高炉炉缸炭砖侵蚀理论的质疑与思考

吴强国

    炉缸环裂及象脚侵蚀是炉缸炭砖侵蚀的两种主要形式。对于高炉炉缸炭砖侵蚀的现有理论，我觉得有一些矛盾之处，略作整理，与大家交流。

一、炉缸环裂问题

    目前的侵蚀理论认为：炉缸炭砖在870℃温度区域产生的热应力使炭砖产生脆化；碱金属（主要是钾）在870℃左右液化侵蚀炭砖；二者共同作用，造成炉缸炭砖环裂。并认为炉缸环裂处富集K₂O(氧化钾)就是碱金属侵蚀炭砖的有力证明。对此理论有如下怀疑：

1.1  对870℃等温线的质疑

1.1.1、870℃等温线的位置是变动的，炉役初期并不在环裂位置，有可能在陶瓷杯中。

1.1.2、如果870℃等温线附近炭砖脆化，那么在870℃等温线自内到外的移动过程中，炭砖从内端热面到环裂处都应该发生脆化而失去强度。炭砖制造中升温、降温过程也两次经过870℃。

1.1.3、如果870℃等温线附近炭砖脆化，那么炉底也存在870℃等温线，也应该有明显的脆化断裂面。

1.1.4、炉缸环裂的部位其实是在比870℃低得多的温度区间。

1.2  对碱金属侵蚀的质疑

1.2.1、高炉内部整体呈还原性气氛，但风口及回旋区是氧化性气氛，该区域不应该存在单质钾，只可能存在氧化钾。

1.2.2、即使存在单质钾，钾蒸汽在煤气中的分压也仅仅占0.05%。

1.2.3、870℃是纯钾蒸汽在0.3MPa左右的沸点（液化点）。

1.2.4、没有查到钾蒸汽在不同分压下的液化温度数据（露点温度）。对比水蒸汽在空气中不同分压的液化温度（露点温度）：在水蒸汽分压为0.05%时，其液化温度（露点温度）在1℃左右，即在熔点（冰点）附近。钾的熔点是63℃，高炉内即使有钾蒸汽，液化温度应在70℃左右。炉缸环炭870℃等温线附近不会有钾蒸汽液化情况出现。

1.2.5、在环裂以外温度更低的区域并没有发现单质钾侵蚀炉缸炭砖的现象，证明炉缸部位不存在单质钾，也就不存在钾侵蚀炉缸炭砖的情况。

1.2.6、氧化钾的熔点为770℃，沸点为1500℃。在高炉内部回旋区完全可能以气态存在，且只占极小的分压。

1.2.7、氧化钾蒸汽在随煤气流动的过程中（炉缸串气），随着温度的降低，在780℃附近淅出成固态的氧化钾，从而沉积下来。环裂中富集的氧化钾应该是物理过程沉积的，而不是化学反应生成的。

   二、高炉炉缸下部炭砖异常侵蚀问题

    现有的侵蚀理论建立在否定凝铁层存在的基础上，从而认为铁水环流及铁水熔蚀是炉缸下部炭砖侵蚀的主要原因。因此要求改进提高炭砖的性能。

但现有的长寿理论又非常强调冷却冷却的作用，希望在炭砖热面形成保护层。

如此自相矛盾的理论体系，是因为没有找到炉缸下部炭砖侵蚀的主要因素。

2.1 综合分析炉缸上部、中部、下部的侵蚀因素，可以看出炉缸中部的工况最恶劣，铁水环流及铁水熔蚀等侵蚀因素最严重。而炉缸下部的工况比炉缸中部好得多。

   炉缸下部炭砖工况比炉缸中部好得多，但下炉缸部侵蚀速度却是炉缸中部的3~5倍甚至更高。这种普遍存在的反常情况使我们有理由相信可能存在其他侵蚀因素，独特作用于象脚区炉缸炭砖。这一侵蚀因素才是炉缸象脚区异常侵蚀的主要原因。

2.2  凝铁层是必然存在的，否则许多炭砖完全侵蚀的高炉是不可能维持生产的。仅仅存在粘滞层无法解释这种状况。

2.3  莱钢128高炉的解剖虽然表面上没有凝铁层，但并不能得出不存在凝铁层的结论。生产中的凝铁层在停炉冷却降温的过程中由于物相性质的差异，自然与炭砖分离，而且与残铁结合成一体。

2.4  凝铁层周期性消失！ 这时炉缸下部炭砖承受铁水熔蚀及铁水环流。但大部分时间内，炉缸下部有凝铁层保护。

2.5  炉缸实际的运行状况可能是：陶瓷杯消失后，炭砖热面逐步形成一定厚度的凝铁层，阻断了铁水与炉缸炭砖的直接接触，中断了铁水对炭砖的熔蚀，也阻断了铁水环流的冲刷。但是炭砖热面仍然发生其他原因引起的持续侵蚀，并诱发已经形成的凝铁层周期性消失。如果炭砖厚度较小，凝铁层的消失将引起炉缸局部温度升高。炉缸侧壁温度恢复的过程实际也是该部位新的凝铁层再次形成的过程。

2.6  铁水环流流速很小，加之死铁层较深，另有凝铁层（或粘滞层）的保护，铁水环流不可能对象脚区产生实质性的冲刷，铁水环流不是炉缸下部侵蚀的主要原因。

2.7  炉缸下部凝铁层周期性消失是象脚区异常侵蚀的表观现象，凝铁层周期性消失的成因可能就是炉缸下部异常侵蚀的主要因素。凝铁层消失后铁水溶蚀迅速加剧，并诱发炉缸局部温度升高。

2.8   强化冷却可以有限程度减缓炉缸的侵蚀速度，但无法阻止象脚区异常侵蚀的继续发展。不宜过分夸大冷却的作用。

2.9 炼铁界努力的方向不是促进保护层的生成，而是防止保护层的脱落（寻找脱落的成因）！！

    以上是我对现有炭砖侵蚀理论的一些疑问和思考。至于炉缸下部炭砖侵蚀的真正原因，我也有一点想法，自认为能够解释现有理论的矛盾之处，期冀能够与感兴趣的朋友交流（邮箱wuqiangguo1966@sina.com， 电话13803862530）。

    对于新建（或大修）高炉及生产中的高炉，我们有不同的技术措施，能够有效防治象脚侵蚀，轻松实现炉缸长寿。即使提高冶炼强度，也不会加剧侵蚀速度。

• 上一条： 另一种视角探索象脚侵蚀的成因
• 下一条： 吴总工论文被中国金属学会2016年炼铁学术年会收录