2.歐冶爐煉鐵用耐火材料

 

當前，對熔融還原煉鐵技術所使用耐火材料的研究與應用尚未給予足夠的重視，很大一部分原因是因為學者們主要側重于解決流程開發(fā)及冶煉工藝，且大部分鐵浴終還原爐內的冶煉環(huán)境相當惡劣：雖然熔融還原反應及氣體產物生成的速度較快，燃料二次燃燒致使爐內氣氛近爐壁處溫度高達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，高強度攪拌系統(tǒng)增大了熔體的流動性，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、鋁鉻磚、MgO-C磚等。雖然MgO-C制品不僅高溫強度和耐剝落性能優(yōu)異，而且抗堿侵蝕性強，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，由于內襯的MgO-C在服役過程容易發(fā)生水化反應，進而出現(xiàn)了剝落的現(xiàn)象，為了節(jié)省成本等問題，SiC材料已經將其取代。隨著耐火材料相關進一步的研究和探索，認為鋯剛玉制品有潛力成為COREX中溫預還原豎爐用耐火材料的，此類制品不僅內部晶體結構致密，密度和容重大，重燒收縮和高溫蠕變小，而且抗熱震性能優(yōu)異，在服役期間機械強度高、極高的化學穩(wěn)定性及抗堿性介質侵蝕，這些特性使其逐漸被學者所關注。在熔融氣化爐內，其爐襯結構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個部位。作為COREX爐的關鍵設備，爐底和爐缸一樣為附有陶瓷杯的干砌大炭磚，設置埋設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構，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，正常服役時工作溫度達到了1100℃以上；由于氣化爐內整體溫度高，導致對包括組合耐火磚和噴涂料在內的爐襯侵蝕嚴重。研究發(fā)現(xiàn)，SiAlON結合剛玉質材料具有優(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]。總而言之，燃料的二次燃燒不僅導致COREX爐內溫度高且波動大，而且產出的爐渣量較大，堿度較低，熔體流動性大，故爐襯材料需要具有中溫強度高、耐磨損、抗熱震和抗侵蝕性能優(yōu)異的特點。

 

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的排放，從而減輕環(huán)境負擔；其次，它的反應效率高，煤氣中含有的一些有價值的化學品，如甲醇、氫氣等可以得到利用，提高了資源利用率；后，它的投資和運行成本相對較低，因此具有更好的經濟效益。COREX爐在鋼鐵工業(yè)中的應用也越來越廣泛，目前已經成為國內外鋼鐵企業(yè)理想的技術之一。