高炉炉缸用炭砖在高温含水条件下的氧化行为.pdf

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1、第24卷增刊矿冶Vo1．24，Suppl2015年11月MINING＆METALLURGYNovember20l5文章编号：1005—7854(2015)S0-0075-07高炉炉缸用炭砖在高温含水条件下的氧化行为刘彦祥张建良侯新梅焦克新刘福军赵永安(1．北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083；2．钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京100083；3．河南五耐集团实业有限公司，河南巩义451250)摘要：借助于热重实验和电子扫描显微镜，研究了高炉炉缸用炭砖在不同气氛和温度条件下的氧化行为和氧化动力学。结果表明，炭砖的氧化行为受温度的影响很大；

2、在同一温度条件下，气氛对炭砖的氧化反应有一定的影响，但温度越高这种影响越不明显；水蒸气的加入在一定程度上可以减缓炭砖的氧化反应；炭砖在高温条件下的氧化反应行为符合收缩核模型，在干空气、湿氩气、湿空气条件下的活化能分别为一13．110，一13．902，一27．959kJ／tool。关键词：高炉炉缸；耐火材料；炭砖；水蒸气；动力学中图分类号：TF549．4文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1005~854．2015．z1．017近年来，随着铜冷却壁等技术的逐步成熟，高炉l试验及设备寿命的限制性因素已逐步从炉身转移到炉缸¨，而要是炉缸达到

3、长寿的目标，耐火材料的质量是非常1．1试验原料重要的因素。。目前，应用较多的两种炉缸结构试验原料采用国内许多高炉应用的模压烧成小为高导热压小块炭砖炉缸和陶瓷杯复合炉缸结炭块，其理化性能指标见表1。将试验采用的小炭构。无论何种炉缸结构，炭砖因其具有高导热块加工成直径约10mm，高约10mm的小圆柱，经性、低热膨胀性等性质成为现代高炉炉缸用耐火材粗磨细磨使其表面光滑，将样品浸入无水乙醇中进料最重要的组成部分。然而，炉缸炭砖在使用过行超声处理。清洗后在烘箱中烘4h，之后将样品放在干燥箱内备用，试验前测量每个样品的实际尺寸程中会受到液态渣铁的机械冲刷、温差造

4、成的热应和称量实际质量，并拍摄记录每个样品反应前的宏力与铁水的渗透作用等引起的物理损毁和高温液态观形貌。渣铁的溶蚀、碱金属及锌的化学反应侵蚀、水蒸气与1．2试验设备二氧化碳的氧化破坏等化学侵蚀。其中，铁水溶本研究所用热重实验装置为实验室设计的一种蚀、碱金属及锌的化学侵蚀。及热应力⋯。及能够准确测量水蒸气的含量且含量可调的装置(见炭砖在空气条件下的氧化侵蚀u，都已经有研究图1)。炉体加热元件为钼丝，氨气经裂解炉裂解为者做过相应的研究。然而，一旦风口、冷却器因操作氢气和氮气的混合气体通入炉膛内，防止钼丝被氧失误或设备故障等问题出现漏水现象，炉缸侧壁炭化；

5、去离子水经流量可控的蠕动泵(美国，Masrter砖便会遭受水蒸气严重的氧化破坏，针对炉缸用FLEX0752390，量程：0．O01—9．999mL／min)后，在炭砖在水蒸气条件下抗氧化性能的研究却鲜见报混气罐中与载气(空气，氧气或氩气)混合，载气流道¨，本工作对其中一种目前应用在高炉炉缸部量由质量流量计控制(美国，AlicatScientific，量程：0位的小块炭砖在干空气、湿空气、湿氩气环境下的抗～500mL／min)，混气罐置于一个小型加热炉内，温氧化性能进行了研究。度控制在300℃以上，以保证液态去离子水经过混作者简介：刘彦祥，博士，研究方

6、向为高炉长寿、铁水物性及耐气罐后能够全部气化并与载气均匀混合；混合后的火材料。气体经缠有加热线(温度控制在100℃以上)的硅通讯作者：侯新梅，博士，教授，博士生导师。研究方向为耐火胶管进入高温炉内，以确保水蒸气不会冷凝；放置样材料及高温临界反应。·76·矿冶品的坩埚((A1O，)=99．9％)悬挂于精密天平下表2炭砖在高温含水条件下的反应行为试验方案方(天平精度为0．1mg)，试验过程中天平在线测量样品的质量变化并用电脑程序记录下来。表1模压烧成小炭块理化指标项目指标显气孔率／％≤14耐压强度／MPa≥30抗折强度／MPa≥8铁水熔蚀指数／％≤2O<

7、1Ixm孔容积／％≥75抗碱性U或LC炭砖在干空气、湿空气或湿氩气条件下主要是体积密度／(g-cm。)≥1_8透气度／mDa≤8石墨C与空气中的0或水蒸气接触发生氧化反应，平均孔径／p．m≤1氧化产物为CO或CO，从热力学角度分析了炭砖≥7(250℃)在空气和水蒸气气氛下可能发生的反应，并根据热≥l0(300℃)导热系数／[W·(111·K)]力学手册计算出了各反应的AG。一关系式，各反应≥l2(600℃)≥14(900)式的AG。-曲线见图2。具体反应方程式及标准Gibbs自由能如下：2C(s)+O2(g)=2C0(g)，AG。。=一0．1746T

8、一224．47，kJ／tool(1)C(s)+O2(g)=CO2(g)，AG2=一0．0012T一394．5