高炉出铁沟用铁沟料的侵蚀机理

影响铁沟料使用寿命的因素比较复杂，包括熔渣对铁沟料的侵蚀性、高温液体对铁沟料的冲刷性、高温熔液对铁沟料的化学侵蚀以及铁水渗透等。我们以熔渣侵蚀为主，探讨一下铁沟料的蚀损机理。

熔渣侵蚀过程主要是指熔渣向耐火材料内部的侵入过程和耐火材料在熔渣中的溶解过程。耐火材料向熔渣中溶解的过程可分为两种情况，即单纯溶解和反应溶解：

单纯溶解：耐火材料与熔渣不发生化学反应的物理溶解过程。

反应溶解：耐火材料与熔渣在界面处发生化学反应，使耐火材料的工作面部分转变为低熔物而溶于渣中，同时改变了熔渣和制品的化学组成。

熔渣向耐火材料内部的侵入过程是侵入变质溶解，即：高温溶液或熔渣通过气孔侵入耐火材料内部深处，或通过耐火材料的液相扩散和向耐火材料的固相中扩散使制品的组织结构发生质变而熔解。

铁沟料向熔渣中的溶解可认为是后两种情况居多，铁沟料与熔渣反应速度体现了铁沟料的使用寿命，也就是说如果铁沟料与熔渣的反应速度快，则反应产物大量生成，由于这些产物一般都是低熔物，因此，铁沟料将被熔渣严重磨损、冲刷和熔蚀，使用寿命缩短;如果反应速度慢，则易熔混合粉生成的较少，耐火材料仍能很好工作，铁沟的使用寿命就会延长。

熔渣对铁沟料的侵蚀可以渗透到其内部，扩大其反应面积和深度，加速损毁，此种侵入的比例大致与气孔率成正比，因此即使耐火材料的化学组成相同，由于其组织结构不同，其蚀损速度也显著不同;而且，由于不定形材料一般气孔率都较大，熔渣通过气孔侵入，而基质部分比粗颗粒容易先侵蚀掉，这不仅使粗颗粒突出，反应面积增大，最终脱离基质而被冲走，加速了材料的蚀损。这也是要求铁沟料致密性的原因之一。

除此之外，熔渣对耐火材料的润湿难易程度又是影响材料抗侵蚀的重要因素。若熔渣不易润湿耐火材料，则耐火材料通常不易被熔渣溶解或侵入。正是因为材料中加入了碳，铁沟料可降低熔渣、铁水对材料的润湿性，阻碍了熔渣等对铁沟料的熔蚀。

随着不定形耐火材料技术的迅速发展，高炉主铁沟用浇注料不断更新换代，现在多使用ASC系材质。它在宏观使用情况表现为：

(1)高炉渣中的有害成分与基质组成反应，生成低熔化合物，使材料的结构松散;(2)直接受铁水和渣的高温冲刷，又受机械磨损;(3)温度梯度急剧变化，即温度急冷急热频繁交替;(4)高温长时间的作用。

这些综合作用使耐火材料产生微细裂纹，促使了铁水和渣的侵蚀和结构的破坏。同时，结构的变化引起的剥落也是不容忽视的。

主铁沟的损毁原因一般可分为熔损、磨损、龟裂和剥离。

所谓的熔损是：

1)铁沟材料与高炉渣反应生成低熔点物质，熔进铁水渣里;

2)与CO反应导致SiC氧化，即渣里的SiO2与铁水中的C反应，产生CO，铁沟料中的SiC被氧化：

SiO2+2C=Si+2CO↑(1)

SiC+2CO=SiO2+3C(2)

3)由于生成的FeO而导致SiC氧化。渣中的SiO2和Fe反应生成FeO;铁沟料中的SiC被该FeO所氧化。

SiO2+2Fe=2FeO+Si(3)

SiC+2FeO=SiO2+2Fe+C(4)

生成的SiO2进一步熔进炉渣里，导致迅速且长期的进行局部损毁。

所谓磨损主要是指铁水渣流动引起的机械磨损。

龟裂和剥离是指在烧结过程中或者由于增加使用、冷却循环次数而引起内部热应力增大，从而产生的鬼裂和剥离。

从龟裂稳定系数来看，龟裂稳定系数越大，则越难发生龟裂。

Rst=[γ(1−v)2/Eα2]1/2(5)

式中：Rst—龟裂稳定系数;

γ—断裂能;

v—泊松比;

E—杨氏模量;

α—膨胀系数。

要加大Rst，则增加断裂能和减小杨氏模量、膨胀系数即可。即要控制龟裂和剥离最重要的是控制烧结、膨胀和弹性率。

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