耐高溫耐腐蝕高耐磨特種涂料對高溫爐缸進行防護

目前，我國鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，能源和環(huán)保壓力越來越大，行業(yè)處于轉(zhuǎn)型升級關(guān)鍵時期。煉鐵行業(yè)作為鋼鐵行業(yè)重要的組成部分，高爐煉鐵生產(chǎn)面臨適應(yīng)低質(zhì)量和多品種原燃料、高冶煉強度等多種嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在此新形勢下，近年來，國內(nèi)外發(fā)生多起因侵蝕危害造成的爐缸爐底燒穿、風(fēng)口等冷卻設(shè)備（冷卻壁）損壞、爐缸爐底溫差異常升高等嚴(yán)重事故，為高爐生產(chǎn)帶來了災(zāi)難性困難。

高爐爐役時間的長短關(guān)鍵取決于爐缸、爐底的使用壽命，一座高爐從建成投產(chǎn)到結(jié)束一代爐役，爐缸、爐底一直浸泡在液態(tài)渣鐵中，長期處于高溫、高壓冶煉過程。爐缸、爐底內(nèi)襯的侵蝕機理非常復(fù)雜，涉及多種因素相互作用和影響。目前，已知影響高爐爐缸侵蝕的因素有爐缸設(shè)計、耐材性能、耐材質(zhì)量、鐵水環(huán)流、鐵水溶蝕、有害元素侵蝕，熱應(yīng)力、結(jié)構(gòu)性應(yīng)力等。

一、爐缸侵蝕形成的機理

1．物理侵蝕

（1）熱應(yīng)力：爐缸內(nèi)壁耐材熱面與液態(tài)渣鐵接觸，溫度通常高于1200℃，其冷面接觸的冷卻壁的冷卻水溫度為20~40℃，爐缸徑向溫差高達1150℃左右，會產(chǎn)生巨大的熱應(yīng)力。爐缸的耐材，在高溫、高壓和超大溫差的共同作用下進行熱量傳輸，經(jīng)受多重物理化學(xué)作用，極容易發(fā)生熱脹冷縮、斷裂、粉碎等各種破損現(xiàn)象。特別是復(fù)合結(jié)構(gòu)的爐缸，由于不同材質(zhì)的耐材組合，熱膨脹系數(shù)的差異會產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)性應(yīng)力，對耐材造成損壞。

（2）機械沖刷和摩擦：爐缸內(nèi)受出鐵引發(fā)的鐵水環(huán)流、渣鐵液面的升降是不可避免的，出鐵速度越快，鐵水環(huán)流、渣鐵液面升降速度越大，都會對爐襯耐材的表面產(chǎn)生機械沖刷和摩擦侵蝕。若爐缸內(nèi)襯耐材熱面沒有形成粘滯層的隔離保護，或伴隨著爐況波動，與爐缸內(nèi)襯渣鐵接觸面形成的保護層發(fā)生脫落，爐襯耐材將直接經(jīng)受渣鐵流的機械沖刷和摩擦侵蝕。而且，長期處在高壓、高溫環(huán)境下的耐材的耐磨強度會明顯降低，嚴(yán)重影響其使用壽命。

（3）鐵水浮力

爐缸耐材除需經(jīng)受很大的靜壓力和剪切力外，還受到鐵水浮力的作用。耐材的體積密度通常在1.5~3.0t/m³左右，只為鐵水密度的幾分之一，耐材容易浮于液態(tài)鐵水之上。爐底靠爐殼附近通常設(shè)有一定收徑，依靠磚體結(jié)構(gòu)的擠壓、摩擦來防止耐材上浮。一但這種作用力超出所用耐材承受范圍，將導(dǎo)致耐材破碎、變形，只要爐缸內(nèi)某個部位或一小處受侵蝕，受鐵水浮力影響，大量的耐材將發(fā)生漂浮和損壞。

2．化學(xué)侵蝕

（1）鐵水滲碳侵蝕

現(xiàn)代的生產(chǎn)條件下煉鋼生鐵的含碳量一般維持在4.5%~5.4%之間，生鐵含碳量與高爐容積、熱風(fēng)壓力、冶煉強度等因素有關(guān)。生鐵是鐵碳熔體含碳的不飽和溶液，由于爐缸內(nèi)時刻有鐵水，故爐缸內(nèi)時刻都在發(fā)生滲碳反應(yīng)。通常情況下，爐底耐材承受的較高的靜壓力，爐缸、爐底交界處的耐材承受較大的剪切力，同時耐材在高溫下強度低于其在常溫下強度，所承受壓力與其本身承受重力接近，很容易受壓碎裂。一旦耐火材料破碎或產(chǎn)生裂紋，高溫、高壓的液態(tài)鐵水就很容易侵入磚縫或耐火材料孔隙。伴隨著鐵水侵入耐火材料孔隙，鐵水與耐材的接觸面就迅速增加，碳質(zhì)顆粒會被鐵水包圍，發(fā)生滲碳反應(yīng)，使其加速熔入鐵水，即碳磚將很快熔損在爐缸中。

（2）氧化還原侵蝕

通常情況下，高溫爐缸內(nèi)能夠發(fā)生多種類型的氧化還原反應(yīng)，造成爐缸結(jié)構(gòu)侵蝕受損。如受入爐原燃料條件的制約，加之高爐各部位存在氣隙和串煤氣情況，難免存鉀、鈉、鉛、鋅等有害堿金屬元素的傳播和富集，有害元素主要在風(fēng)口燃燒區(qū)分解氣化，進入煤氣，通過煤氣在爐缸或風(fēng)口區(qū)凝結(jié)和富集?；诟郀t內(nèi)部的實際工況，爐缸側(cè)壁容易受到鉀、鈉、鋅等有害元素的侵蝕，爐底受到鉛的侵蝕，如果進入炭磚則發(fā)生炭磚氧化還原反應(yīng)，造成碳磚中常見的疏松帶和環(huán)形裂縫；又如風(fēng)口等冷卻設(shè)備漏水引起的水煤氣反應(yīng)，將引起碳磚氧化而失碳、粉化產(chǎn)生裂縫，終導(dǎo)致爐缸碳磚強度下降。

二、爐缸侵蝕的防護方案

1．提升爐缸的冷卻效果

優(yōu)異的爐缸冷卻效果是緩解鐵水對耐材砌體侵蝕的有效辦法，其關(guān)鍵在于較高的水速和消除水垢。

2．提高耐材的理化性能

（1）采用超微孔耐材，減少孔徑大于1μm的氣孔，是阻止鐵水向耐材內(nèi)滲透的有效措施，從而減緩鐵水對耐材的侵蝕。

（2）提高耐材的導(dǎo)熱系數(shù)，提高冷卻效果，耐材溫度得到降低，從而減緩耐材的侵蝕速度。

（3）提高耐材的抗鐵水侵蝕能力，減少了鐵水向耐材內(nèi)的滲透，使鐵水對耐材的侵蝕只能在耐材表面進行，緩解了對耐材的侵蝕速度。

3．采用耐高溫耐腐蝕高耐磨特種涂料防護

相較于前兩種防護解決方案，采用耐高溫耐腐蝕高耐磨特種涂料防護是經(jīng)濟和長效的，通過較低的成本投入，可有效延長爐缸的使用壽命，同時為生產(chǎn)安全提供可靠的保障。

鐵立仕特種涂料（上海）有限公司擁有專業(yè)高爐爐缸防護材料的技術(shù)團隊、高效的特種防護涂料產(chǎn)品（VB800、GT700、VH-S等）以及數(shù)百起成功案例，現(xiàn)已形成體系化的“產(chǎn)品+服務(wù)”模式的解決方案。鐵立仕新材料聚焦高爐爐缸侵蝕機理，結(jié)合具體工況，主要采用全新第三代納米高溫防護技術(shù)，應(yīng)用低導(dǎo)熱的納米聚釉復(fù)合新材料涂層技術(shù)，將1200℃恒溫線阻隔在涂層表面，避免爐缸耐材在高溫、高壓和超大溫差的共同作用下進行熱量傳輸，造成的熱脹冷縮、斷裂、粉碎等各種破損現(xiàn)象。同時，鐵立仕高爐爐缸防護結(jié)構(gòu)內(nèi)襯確保導(dǎo)熱系數(shù)從內(nèi)到外依次增大（爐缸防護涂層<耐材<（填料）<冷卻壁），整體傳熱效率得到保證，達到傳熱平衡。由于特種防護涂層的存在，使鐵水不直接與耐材接觸，有效緩解了鐵水及堿金屬對耐材的滲透、機械沖刷及摩擦破壞，同時特種防護涂層襯與耐材無縫結(jié)合，使涂層襯外部表面與耐材充分接觸，使較低溫差的熱量通過耐材介質(zhì)迅速傳遞出來，由冷卻壁帶走，有效增加了耐材的使用壽命。而且低導(dǎo)熱的納米復(fù)合聚釉新材料涂層內(nèi)襯，其內(nèi)壁與鐵水在接觸面發(fā)生反應(yīng)，形成保護性的粘滯層，具有較高的抗?jié)B透性、沖刷性及耐磨性，起到了優(yōu)異的防護性能。

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