高炉炼铁化学方程(炼铁高炉的介绍,高炉炼铁化学方程)

一、炉衬破坏机理

高炉炉衬的寿命决定高炉一代寿命的长短。高炉内不同部位发生不同的物理化学反应，所以需要具体分析各部位炉衬的破坏机理。

1、炉底

根据高炉停炉大修前炉底破损状况和生产中炉底温度等检测结果知道炉底破损分为两个阶段，初期是铁水渗入将砖漂浮而形成锅底形深坑，第二阶段是熔结层形成后的化学侵蚀。铁水渗入的条件：一是炉底砌砖承受着液体渣铁、煤气压力、料柱重量的10%~20%；二是砌砖存在砖缝和裂缝。

熔结层中砖与砖已烧结成一个整体，能抵抗铁水的渗入，并且坑底面的铁水温度也较低，砖缝已不再是铁水渗入的薄弱环节了,这时炉衬损坏的主要原因转化为铁水中的碳将砖中的二氧化硅还原成硅，并被铁水所吸收的化学侵蚀。反应方程式如下:

SiOz+2[C]+[Fe]--[FeSi]+2CO

从上述炉底破损机理看出，影响炉底寿命因素：首先是它承受的高压，其次是高温,再次是铁水和渣水在出铁时的流动对炉底的冲刷，炉底的砖衬在加热过程中产生温度应力引起转层开裂，此外在高温下渣铁也对砖衬有化学侵蚀作用，特别是渣液的侵蚀更为严重。

2、炉缸

炉缸下部是盛渣铁液的地方，而且周期地进行聚集和排出，所以渣铁的流动、炉内渣铁液面的升降，大量的煤气流等高温流体对炉衬的冲刷是主要破坏因素。高炉炉渣偏碱性而常用的耐火砖偏酸性，故在高温下化学性渣化，对炉缸砖衬是一个重要的破坏因素。整个高炉的最高温度区域是炉缸上部的风口带，此处炉衬内表面温度高达1300℃~1900℃，所以砖衬的耐高温性能和相应的冷却措施都是非常重要的。

3、炉腹

此处距风口带近，故高温热应力作用很大。由于炉腹倾斜故受着料柱压力和崩料、坐料时的冲击力的影响。另外还承受初渣的化学侵蚀。由于初渣中的 FeO、MnO 以及自由 CaO 含量较高，初渣中 FeO、MnO、CaO与砖衬中的 SiO,反应,生成低熔点化合物,是砖衬表面软熔，在液态渣铁和煤气流的冲刷下而脱落。在实际生产中，往往开炉不久这部分炉衬便被完全侵蚀掉，增加炉衬厚度也无济于事，而是靠冷却壁上的渣皮维持生产

4 、炉身

炉身中下部温度较高，故热应力的影响较大，同时也受到初渣的化学侵蚀以及碱金属和锌的化学侵蚀。另外，碳素沉积也是该部位炉衬损坏的一个原因。在炉身上部炉料比较坚硬，具有棱角，下降炉料的磨损和夹带着的大量炉尘的高速煤气流的冲刷是这部位炉衬损坏的主要原因。

5、炉喉

炉喉受到炉料落下时的撞击作用，故都用金属保护板加以保护，又称炉喉钢砖，即使如此，它仍会在高温下失去强度和由于温度分布不均匀而产生热变形，炉内的煤气流频繁变化时损坏更为严重。对于大中型高炉来说，炉身部位是整个高炉的薄弱环节，这里的工作条件虽然比下部好，但由于没有渣皮的保护，寿命反而较短。对于中小型高炉，炉缸是薄弱环节，常因炉缸冷却不良、堵铁口泥泡能力小而发生炉缸烧穿事故。

最终决定炉衬寿命的因素有：

1）炉衬质量，是决定炉衬寿命的关键因素，如耐火砖的化学成分、物理性质、外形公差等。

2）砌筑质量，砌缝大小及是否均匀，膨胀缝是否合理，填料是否填实等。

3）操作因素，如开炉时的烘炉质量，正常操作时各项操作制度是否稳定、合理。

4）炉型结构尺寸是否合理，如炉身角炉腹角。另一方面高炉内也存在着保护炉衬的因素，如合理的冷却设备、渣皮的形成、炉壳的存在，都有助于炉衬的保护，减弱了高温热应力的破坏响。

二、高炉用耐火材料

1、高炉对耐火材料的要求根据高炉炉衬的工作条件和破坏机理，砌筑材料的质量对炉衬寿命有重要影响，故对高炉用耐火材料提出以下要求:

1）耐火度要高。耐火度是指耐火材料开始软化的温度。它表示了耐火材料承受高温的能力。

2）荷重软化点要高。将直径 36mm 高50mm 的试样在 0.2MPa 荷载下升温，当温度达到某一定值时，试样高度突然降低。这个溫度就是荷重软化点。荷重软化点能够更确切的评价耐火材料的性能。

3）Fe2O3的含量要低。

4）重烧收缩要小。重烧收缩也称残余收缩，是表示耐火材料升至高温后产生裂纹可能性大小的一种尺度。

5）气孔率要低。气孔率是耐火材料的重要指标之一，在高炉冶炼条件下，如果砖衬材料的气孔率大，则为石墨和锌沉积创造了条件，从而引起炉衬破坏。

2、高炉常用耐火材料

高炉常用耐火材料主要有陶瓷材料和碳质材料材料两大类。陶瓷质材料包括黏土砖、高铝砖、钢玉砖和不定形耐火材料等；碳质材料包括碳砖、石墨碳砖、石墨碳化硅砖、氮结合碳化硅砖等。

1）黏土砖和高铝砖。

粘土砖是高炉上应用最广泛的耐火砖，它有良好的物理机械性能，化学成分与炉渣相近，不易和渣起化学反应，有较好的机械性能，成本较低。高铝砖是 Al2O3含量大于 48%的耐火制品，它比黏土砖有更高的耐火度和荷重软化点，由于 Al2o3为中性，故抗渣性较好，但是加工困难，成本较高。粘土砖和高铝砖的外形质量也非常重要，特别是精细砌筑部位更为严格，有时还需要再磨制加工才能合乎质量要求，所以在贮运过程中要注意保护边缘棱角，否则会降低级别甚至报废。

2）碳质耐火材料

近代高炉逐渐大型化，冶炼强度也有多提高，炉衬热负荷加重，碳质耐火材料具有独特的性能，因此逐渐应用到高炉上来，尤其是炉缸炉底部位几乎普遍采用碳质材料，其它部位炉衬的使用量也日趋增加。碳质耐火材料的特性如下：①耐火度高，碳是不熔化物质在 3500℃升华，在高炉冶炼温度下碳质耐火材料不熔化也不软化；②碳质耐火材料具有良好的抗渣性，对酸和碱性炉渣都具有很好的抗蚀能力；③具有高导热性，抵抗热震性好，可以很好的发挥冷却器的作用，有利于延长炉衬寿命；④膨胀系数小，热稳定性好；⑤致命弱点是易氧化，对氧化性气氛抵抗能力差。

3）不定形耐火材料

不定形耐火材料主要要有捣打料、喷涂料、浇注料、泥浆和填料等。按成分可分碳质不定形耐火材料和黏土质不定形耐火材料。耐火泥浆的作用是填充砖缝，将砖黏结成整体。耐火泥浆由散状耐火材料调制而成,它应该有良好的筑炉性

能，及良好的流动性、可塑性及保水性，还要有良好的高温性能保证在高温下性能稳定及气孔率低。不定形耐火材料与成形耐火材料相比，具有成形工艺简单、能耗低、整体性好、抗热震性强、耐剥落等优点；还可以减小炉衬厚度，改善导热性等。

三、结束语

高炉炉衬是按照设计的炉形用耐火材料砌筑而成的。耐火材料直接承受高温作用以及化学侵蚀、炉料和煤气运动的磨损等多种因素的破坏作用，故炉衬结构和耐火材料的材质直接影响到炉衬寿命。耐火材料的选用应与高炉内型部位相配合，与原料条件相适应，与冷却设备配合合理。