高爐爐缸炭磚侵蝕理論的質(zhì)疑與思考

吳強國

    爐缸環(huán)裂及象腳侵蝕是爐缸炭磚侵蝕的兩種主要形式。對于高爐爐缸炭磚侵蝕的現(xiàn)有理論，我覺得有一些矛盾之處，略作整理，與大家交流。

一、爐缸環(huán)裂問題

    目前的侵蝕理論認為：爐缸炭磚在870℃溫度區(qū)域產(chǎn)生的熱應(yīng)力使炭磚產(chǎn)生脆化；堿金屬（主要是鉀）在870℃左右液化侵蝕炭磚；二者共同作用，造成爐缸炭磚環(huán)裂。并認為爐缸環(huán)裂處富集K₂O(氧化鉀)就是堿金屬侵蝕炭磚的有力證明。對此理論有如下懷疑：

1.1  對870℃等溫線的質(zhì)疑

1.1.1、870℃等溫線的位置是變動的，爐役初期并不在環(huán)裂位置，有可能在陶瓷杯中。

1.1.2、如果870℃等溫線附近炭磚脆化，那么在870℃等溫線自內(nèi)到外的移動過程中，炭磚從內(nèi)端熱面到環(huán)裂處都應(yīng)該發(fā)生脆化而失去強度。炭磚制造中升溫、降溫過程也兩次經(jīng)過870℃。

1.1.3、如果870℃等溫線附近炭磚脆化，那么爐底也存在870℃等溫線，也應(yīng)該有明顯的脆化斷裂面。

1.1.4、爐缸環(huán)裂的部位其實是在比870℃低得多的溫度區(qū)間。

1.2  對堿金屬侵蝕的質(zhì)疑

1.2.1、高爐內(nèi)部整體呈還原性氣氛，但風(fēng)口及回旋區(qū)是氧化性氣氛，該區(qū)域不應(yīng)該存在單質(zhì)鉀，只可能存在氧化鉀。

1.2.2、即使存在單質(zhì)鉀，鉀蒸汽在煤氣中的分壓也僅僅占0.05%。

1.2.3、870℃是純鉀蒸汽在0.3MPa左右的沸點（液化點）。

1.2.4、沒有查到鉀蒸汽在不同分壓下的液化溫度數(shù)據(jù)（露點溫度）。對比水蒸汽在空氣中不同分壓的液化溫度（露點溫度）：在水蒸汽分壓為0.05%時，其液化溫度（露點溫度）在1℃左右，即在熔點（冰點）附近。鉀的熔點是63℃，高爐內(nèi)即使有鉀蒸汽，液化溫度應(yīng)在70℃左右。爐缸環(huán)炭870℃等溫線附近不會有鉀蒸汽液化情況出現(xiàn)。

1.2.5、在環(huán)裂以外溫度更低的區(qū)域并沒有發(fā)現(xiàn)單質(zhì)鉀侵蝕爐缸炭磚的現(xiàn)象，證明爐缸部位不存在單質(zhì)鉀，也就不存在鉀侵蝕爐缸炭磚的情況。

1.2.6、氧化鉀的熔點為770℃，沸點為1500℃。在高爐內(nèi)部回旋區(qū)完全可能以氣態(tài)存在，且只占極小的分壓。

1.2.7、氧化鉀蒸汽在隨煤氣流動的過程中（爐缸串氣），隨著溫度的降低，在780℃附近淅出成固態(tài)的氧化鉀，從而沉積下來。環(huán)裂中富集的氧化鉀應(yīng)該是物理過程沉積的，而不是化學(xué)反應(yīng)生成的。

   二、高爐爐缸下部炭磚異常侵蝕問題

    現(xiàn)有的侵蝕理論建立在否定凝鐵層存在的基礎(chǔ)上，從而認為鐵水環(huán)流及鐵水熔蝕是爐缸下部炭磚侵蝕的主要原因。因此要求改進提高炭磚的性能。

但現(xiàn)有的長壽理論又非常強調(diào)冷卻冷卻的作用，希望在炭磚熱面形成保護層。

如此自相矛盾的理論體系，是因為沒有找到爐缸下部炭磚侵蝕的主要因素。

2.1 綜合分析爐缸上部、中部、下部的侵蝕因素，可以看出爐缸中部的工況最惡劣，鐵水環(huán)流及鐵水熔蝕等侵蝕因素最嚴重。而爐缸下部的工況比爐缸中部好得多。

   爐缸下部炭磚工況比爐缸中部好得多，但下爐缸部侵蝕速度卻是爐缸中部的3~5倍甚至更高。這種普遍存在的反常情況使我們有理由相信可能存在其他侵蝕因素，獨特作用于象腳區(qū)爐缸炭磚。這一侵蝕因素才是爐缸象腳區(qū)異常侵蝕的主要原因。

2.2  凝鐵層是必然存在的，否則許多炭磚完全侵蝕的高爐是不可能維持生產(chǎn)的。僅僅存在粘滯層無法解釋這種狀況。

2.3  萊鋼128高爐的解剖雖然表面上沒有凝鐵層，但并不能得出不存在凝鐵層的結(jié)論。生產(chǎn)中的凝鐵層在停爐冷卻降溫的過程中由于物相性質(zhì)的差異，自然與炭磚分離，而且與殘鐵結(jié)合成一體。

2.4  凝鐵層周期性消失！ 這時爐缸下部炭磚承受鐵水熔蝕及鐵水環(huán)流。但大部分時間內(nèi)，爐缸下部有凝鐵層保護。

2.5  爐缸實際的運行狀況可能是：陶瓷杯消失后，炭磚熱面逐步形成一定厚度的凝鐵層，阻斷了鐵水與爐缸炭磚的直接接觸，中斷了鐵水對炭磚的熔蝕，也阻斷了鐵水環(huán)流的沖刷。但是炭磚熱面仍然發(fā)生其他原因引起的持續(xù)侵蝕，并誘發(fā)已經(jīng)形成的凝鐵層周期性消失。如果炭磚厚度較小，凝鐵層的消失將引起爐缸局部溫度升高。爐缸側(cè)壁溫度恢復(fù)的過程實際也是該部位新的凝鐵層再次形成的過程。

2.6  鐵水環(huán)流流速很小，加之死鐵層較深，另有凝鐵層（或粘滯層）的保護，鐵水環(huán)流不可能對象腳區(qū)產(chǎn)生實質(zhì)性的沖刷，鐵水環(huán)流不是爐缸下部侵蝕的主要原因。

2.7  爐缸下部凝鐵層周期性消失是象腳區(qū)異常侵蝕的表觀現(xiàn)象，凝鐵層周期性消失的成因可能就是爐缸下部異常侵蝕的主要因素。凝鐵層消失后鐵水溶蝕迅速加劇，并誘發(fā)爐缸局部溫度升高。

2.8   強化冷卻可以有限程度減緩爐缸的侵蝕速度，但無法阻止象腳區(qū)異常侵蝕的繼續(xù)發(fā)展。不宜過分夸大冷卻的作用。

2.9 煉鐵界努力的方向不是促進保護層的生成，而是防止保護層的脫落（尋找脫落的成因）??！

    以上是我對現(xiàn)有炭磚侵蝕理論的一些疑問和思考。至于爐缸下部炭磚侵蝕的真正原因，我也有一點想法，自認為能夠解釋現(xiàn)有理論的矛盾之處，期冀能夠與感興趣的朋友交流（郵箱wuqiangguo1966@sina.com， 電話13803862530）。

    對于新建（或大修）高爐及生產(chǎn)中的高爐，我們有不同的技術(shù)措施，能夠有效防治象腳侵蝕，輕松實現(xiàn)爐缸長壽。即使提高冶煉強度，也不會加劇侵蝕速度。