2.歐冶爐煉鐵用耐火材料

 

當(dāng)前，對熔融還原煉鐵技術(shù)所使用耐火材料的研究與應(yīng)用尚未給予足夠的重視，很大一部分原因是因?yàn)閷W(xué)者們主要側(cè)重于解決流程開發(fā)及冶煉工藝，且大部分鐵浴終還原爐內(nèi)的冶煉環(huán)境相當(dāng)惡劣：雖然熔融還原反應(yīng)及氣體產(chǎn)物生成的速度較快，燃料二次燃燒致使?fàn)t內(nèi)氣氛近爐壁處溫度高達(dá)1800℃，而且低氧分壓有可能造成含碳或非氧化物耐火材料的高溫氧化，少量的水蒸氣可能造成以MgO及CaO為主要成分的耐火材料高溫水化。此外，高強(qiáng)度攪拌系統(tǒng)增大了熔體的流動(dòng)性，泡沫熔渣堿度低且含有4%-13%的FeO對爐襯的耐火材料的沖刷和侵蝕較為嚴(yán)重等等；在COREX法早期冶煉過程中，爐襯使用的耐火材料有SiC質(zhì)、鋁鉻磚、MgO-C磚等。雖然MgO-C制品不僅高溫強(qiáng)度和耐剝落性能優(yōu)異，而且抗堿侵蝕性強(qiáng)，但和SiC磚一樣易被氧化，鋁鉻磚也易出現(xiàn)熱剝落的現(xiàn)象。

 

在豎爐中部，由于內(nèi)襯的MgO-C在服役過程容易發(fā)生水化反應(yīng)，進(jìn)而出現(xiàn)了剝落的現(xiàn)象，為了節(jié)省成本等問題，SiC材料已經(jīng)將其取代。隨著耐火材料相關(guān)進(jìn)一步的研究和探索，認(rèn)為鋯剛玉制品有潛力成為COREX中溫預(yù)還原豎爐用耐火材料的，此類制品不僅內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)致密，密度和容重大，重?zé)湛s和高溫蠕變小，而且抗熱震性能優(yōu)異，在服役期間機(jī)械強(qiáng)度高、極高的化學(xué)穩(wěn)定性及抗堿性介質(zhì)侵蝕，這些特性使其逐漸被學(xué)者所關(guān)注。在熔融氣化爐內(nèi)，其爐襯結(jié)構(gòu)由下至上主要分為爐底、爐缸、焦炭床區(qū)和凈空區(qū)（含拱頂）4個(gè)部位。作為COREX爐的關(guān)鍵設(shè)備，爐底和爐缸一樣為附有陶瓷杯的干砌大炭磚，設(shè)置埋設(shè)于澆注料中的烘爐管，且水冷管在爐底板上部，冷卻壁背后為自流澆注料；鐵口和氧口為組合磚結(jié)構(gòu)，而且氧口至拱頂下半部為耐火磚砌體；拱頂上半部為含有3％的鋼纖維的噴涂料層，正常服役時(shí)工作溫度達(dá)到了1100℃以上；由于氣化爐內(nèi)整體溫度高，導(dǎo)致對包括組合耐火磚和噴涂料在內(nèi)的爐襯侵蝕嚴(yán)重。研究發(fā)現(xiàn)，SiAlON結(jié)合剛玉質(zhì)材料具有優(yōu)良的抗鐵水熔蝕、抗堿、抗高爐渣侵蝕、抗氧化和抗熱震等性能，逐漸成為當(dāng)前COREX熔融氣化爐爐缸陶瓷杯及半焦床爐襯的高性能耐火材料[38]?？偠灾剂系亩稳紵粌H導(dǎo)致COREX爐內(nèi)溫度高且波動(dòng)大，而且產(chǎn)出的爐渣量較大，堿度較低，熔體流動(dòng)性大，故爐襯材料需要具有中溫強(qiáng)度高、耐磨損、抗熱震和抗侵蝕性能優(yōu)異的特點(diǎn)。

 

相對于傳統(tǒng)高爐，COREX爐具有許多優(yōu)勢。首先，它可以節(jié)約能源和原料，減少二氧化碳和其他有害物質(zhì)的排放，從而減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)；其次，它的反應(yīng)效率高，煤氣中含有的一些有價(jià)值的化學(xué)品，如甲醇、氫氣等可以得到利用，提高了資源利用率；后，它的投資和運(yùn)行成本相對較低，因此具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。COREX爐在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用也越來越廣泛，目前已經(jīng)成為國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)理想的技術(shù)之一。