炉衬损毁机理.

【本章学习要点】本章学习转炉炉衬结构及损毁机理，转炉炉衬耐火材料及炉衬的修补，溅渣护炉的技术特点及其操作等。

从氧气转炉诞生之日起，转炉炉衬的耐火材料及其寿命，就是工程技术人员研究的重要课题之一。最初的炉衬寿命只有一百多次，甚至几十次，是妨碍氧气转炉炼钢技术发展的主要障碍。经过几十年的开发研究，现在的炉衬寿命已经达到了成千上万次，炉衬耐火材料的单位消耗降到了2〜0.38kg/1钢，应该说已经达到了一种技术水平高、应用效果稳

定的状态。这主要受益于耐火材料新品种的开发，冶炼技术、造渣技术的进步，炼钢过程的稳定操作，溅渣护炉技术等。

第一节炉衬耐火材料损毁机理

炉衬耐火材料的损毁机理与耐火材料的化学成分、矿物结构，炼钢工艺过程等一些十分复杂的因素有密切关系，因此要在理论上完全说清楚几乎是不可能的。几十年来，人们对炼钢熔体与耐火材料之间的高温物理化学反应做过大量的研究，但是现在所能作出的结论，也还只是宏观的或是经验性的。归纳起来炉衬损毁的原因大致分成四类：

①机械冲击和磨损；

②耐火材料高温溶解；

③高温溶液渗透；

④高温下气相挥发；

其中以②，③两项被认为是最基本的损毁原因，所做的研究工作也最多。

转炉渣的成分主要为CaQ SiO2, FeO等，当炉渣碱度偏低时，对以CaQ MgC为主要成分的炉衬耐火材料侵蚀严重，炉衬寿命降低；相反，当炉渣碱度较高时，对炉衬的侵蚀则较轻微，炉衬寿命也相对有所提高。这导致炼钢工艺中造渣技术的变革，采用轻烧白云石造渣，结果炉衬寿命有较大幅度的提高。炉渣中含有氟离子、金属锰离子等时，或者熔池温度升高到1700 C以上，溶液的粘度会急骤下降，炉衬的损毁速度加快，寿命大幅度降低。所以转炉钢水温度偏高，会使

炉衬寿命相应降低。

溶液渗入耐火材料内部的成分包括：渣中的CaQ SiO2、FeO;钢液中的Fe、Si、Al、Mn C,甚至还包括金属蒸气、CO

气体等。这些渗入成分沉集在耐火材料的毛细孔道中，造成耐火材料工作面的物理化学性能与原耐火材料基体的不连续性，在转炉操作的温度急变下，出现裂纹、剥落和结构疏松，严格地说这个损毁过程要比溶解损毁过程严重得多。

因此，要降低溶液对耐火材料的渗透，措施有： a.应降低炉衬耐火材料的气孔率和气孔的孔径； b.在耐火材料中加

入与溶液不易润湿的材料，如石墨、碳素等; c. 严格控制溶液的粘度，即控制冶炼强度、控制出钢温度等。

由炉衬材料的抗渣侵蚀性试验，可得出镁碳砖的渣浸蚀过程为：石墨氧化T方镁石相被渣中SiO2、Fe2O3

侵蚀T反应生成的低熔物被熔失。

在含碳炉衬的耐火材料中，随着碳含量的增加抗渣侵蚀性会有提高，但不是碳含量越高越好，因为碳含量越高，氧化失碳后炉衬耐火材料的结构越疏松，使用效果会变差。

通过从大量的抗渣试验研究和转炉实际操作可以得出一些炉衬耐火材料抗侵蚀性的认识：

(1) 铁水成分对炉衬耐火材料寿命有显著影响，特别是硅、磷、硫的含量。

(2) 转炉终点温度过高将导致炉衬寿命降低，特别是当终点温度在1700 C以上，每提高10 C,炉衬耐火材料的侵

蚀速率都会有显著增加。

(3) 提高炉渣碱度有利于降低炉渣对碱性耐火材料的侵蚀。

(4) 提高渣中MgO含量，可以降低炉渣对炉衬耐火材料的侵蚀。

(5) 提高渣中FeO含量会导致炉衬耐火材料侵蚀加剧。

(6) 转炉吹炼初期，渣碱度比较低，对炉衬侵蚀严重，应采用白云石造渣，使渣中MgO含量接近饱和状态。

(7) 萤石对炉衬也有侵蚀，因此应尽量降低萤石的加入量。

(8) 白云石、镁白云石耐火材料中，MgO勺抗渣侵蚀性要优于CaO但是有CaO存在可以提高耐火材料的高温

热塑性和抗渣渗透性。

(9) 要求炉衬耐火材料的原料有较高的纯度，如镁

白云石砂要求杂质总量SiO2+A12Q+FeO小于3%;其他如电

熔镁砂、石墨等也有类似要求。

第二节转炉炉衬结构

转炉耐火材料炉衬结构可以分成炉底、熔池、炉壁、炉帽、渣线、耳轴、炉口、出钢口、底吹供气砖几部分。

1 .永久层永久层是从安全角度考虑设置的，很少出现损坏现象，在砌筑新的炉衬时，这一层是不需要拆除的。永久层厚度一般为230mm左右，用烧结镁砖砌筑，需要指出的是，砌筑时应使用有较好粘接性的镁质火泥; 砌筑后永久层有非常好的整体性，在以后反复拆除工作层时，永久层会保持较为完整。

2. 综合砌炉

在拆除使用后的炉衬时发现，损坏是由个别侵蚀严重的部位不能使用造成的，而其余相当多的部位虽然仍可以使用，可是为了砌筑新的炉衬而不得不废弃。这就使人们提出一个综合砌炉、均衡炉衬的概念。针对

炉衬不同部位的侵蚀状态选择不同质量的炉衬砖。

渣线、耳轴区是转炉炉衬中使用条件最苛刻的部位，受到钢液、炉渣的冲刷、侵蚀以及炉内气体的冲刷作用，要求使用抗侵蚀性最好的砖砌筑。

炉帽区主要受炉内气体的冲刷作用，以及吹炼时炉渣的喷溅作用，这部分衬砖的主要问题是剥落和掉砖。炉帽区的衬砖大都处于一种悬臂状态，加之炉体的经常摇动，反复的加料、出钢时的机械碰撞等原因

造成了掉砖现象。解决掉砖的方法有几种：①将这部分衬砖的外面包装铁皮，高温下铁皮熔结在一起，使炉

帽区的衬砖整体性更好；②在铁皮的外侧焊接绞链并将绞链同炉壳连接在一起；③在砌筑炉帽区衬砖时，背

部使用以树脂为结合剂的粘接泥料，使炉衬有更好的整体性。

炉壁区的衬砖，特别是装料侧的炉衬砖，受到钢水、炉渣的冲刷作用，要求具有较高的高温强度。

熔池和炉底的衬砖主要受到钢液的侵蚀，应具有很好的抗侵蚀性。

炉衬砖的长度为500〜800mm个别部位的砖长度在Im以上，这种砖有很大的生产难度，一般要用高吨位真空压

砖机成型。

转炉炉衬砖都采用干砌法，不希望砌得过分紧密，甚至还在砖缝中夹一些纸板。目前的衬砖大多是镁碳砖，或者泥砌一些含碳的镁白云石砖。这些砖在高温下均有不同程度的膨胀，砌筑过分紧密会因为膨胀产生剪切应力，容易造成衬砖断裂，破坏炉衬的整体性。

综合砌炉，应根据不同厂家的具体情况，选择3〜6个不同档次的砖种，分别砌筑在渣线、耳轴、炉壁、熔池等部位，以求获得最好的经济效益。

3．底吹供气砖在转炉炉衬中底吹供气砖是一个具有特殊地位的砖种。在顶底复合吹炼中，底吹Ar，CO2，N2 就是通过这块砖

吹入炉内的，严格地讲，底吹供气砖已经脱离了原有耐火砖的概念，而具有一定的功能特征。因此，一般定义这类耐火材料为功能性耐火材料。

最初的底吹供气砖是单管式或狭缝式的，由于难于满足顶底复合吹炼工艺的要求，现在都已弃用，而改用技术更先进的直通孔式供气砖。

直通孔式供气砖是由不锈钢管埋设在镁碳质耐火材料中构成的，不锈钢管焊接在均压气室上。不锈钢管内经1〜

2mm外径2.0〜2.5mm, —支供气砖需要埋设几十根不锈钢管。

直通孔式供气砖生产技术难度较大，以高纯电熔镁砂、高纯石墨、酚酣树脂结合剂为原料，添加高效抗氧化剂，用等静压机成型。

通过供气砖向炉内吹入CO、N2 Ar，在钢水中形成大量气泡、搅动钢水，使供气砖及其周边的炉底衬砖受到严重冲刷和侵蚀。尽管采用的是优质镁碳质耐火材料，但还是难以达到与整个炉衬同步损毁的目的。因此，如果炉衬寿命在几千上万次时，中途则要更换供气砖。

技术水平要求高的供气砖则装有预警装置，当损耗达到一定程度后，会发出警报，提醒更换供气砖。更换供气砖是连同一小块炉底衬砖一起更换。在转炉钢壳外装置成一小块活动炉底，更换时拆下炉底，将损坏的供气砖连同周边的炉衬砖一起取下来，再将预先砌好的带有供气砖的小炉底装上去。接缝处压入镁碳质压人料，更换即完成，更换约需7〜8h。一

个新的炉衬当使用到I000 〜1200炉时，则需要更换供气砖了，新更换的供气砖可以使用500〜700次：

4 ．出钢口

在转炉炉衬中，出钢口砖是另一个具有特殊意义的砖种。大型转炉出钢口由于通钢量大，受到钢液的冲刷，使用条件十分苛刻，一般寿命都比较短，远远不能与炉衬同步使用，只有100 次左右。所以要经常更换出钢口砖，每换一次约需2〜4h。出钢口砖从样式上分，可以分成整体式和分段组装式；从材质上分，可以分成镁碳质和烧成镁质。目前认为镁碳质整体出钢口使用效果比较好，寿命长，更换方便。这种砖是以高纯原料等静压机成型的。

第三节转炉炉衬耐火材料

50 年代氧气转炉初创时期，炉衬沿用了平炉、电炉使用的镁砖、沥青白云石砖；经过几次更新换代，炉衬寿命有了大幅度提高。以下是几十年来曾经使用过以及目前正在使用的转炉炉衬耐火材料。

1．焦油白云石砖焦油白云石砖是我国应用时间最长，使用量最大的一种炉衬耐火材料。将天然白云石和焦油混合配料，投入煅烧白

云石砂，其理化指标为：Ca0 55%〜60%, MgO32%〜36%、杂质总量(Si0 2+Fe203+A1Q)4 %〜7%,体积密度2. 95〜3. 05g /cm3。白云石砂预热300〜600C，加入结合剂焦油沥青混料，振动成型或机压成型，生产出焦油白云石炉衬砖。这种砖的优点是生产成本低,但炉衬寿命也比较低,现在已很少使用。

2．二步料白云石砖

用二步煅烧法生产白云石砂或镁白云石砂。将天然白云石在900 C下轻烧，加水消化，细磨，同时加入轻烧

MgO粉，调节MgO含量，压球或机压成坯，在1650 C以上煅烧成二步白云石砂或镁白云石砂。同竖窑煅烧的白云石

砂相比, 杂质含量低, 烧结程度好, 抗水化性能优, 制砖后炉衬寿命也较高。

3．镁白云石碳砖

以优质白云石砂、镁白云石砂为基本原料，添加优质石墨，以焦油沥青或树脂为结合剂，机压成型生产炉衬砖。由于添加石墨，这种砖的抗侵蚀性有大幅度提高。

4．镁碳砖