一、高爐用碳磚的損毀過程

高爐停爐后，我們對爐缸內(nèi)襯的調(diào)查研究表明，爐缸內(nèi)襯斷面由下述部分構(gòu)成。

爐缸各區(qū)域的特點概括如下：

1、鐵水滲透至直徑約1um的氣孔內(nèi)，而碳磚的高溫強度隨鐵水滲透量的增加而降低。鐵水的滲透達到了脆化層的前表面；

2、碳磚在鐵水中的溶蝕首先發(fā)生在基質(zhì)中；

3、脆化層在爐缸側(cè)墻和底部沿爐缸的侵蝕輪廓形成；

4、脆化層在附近鋅和堿的沉積僅在有些高爐可見，而不是所有其他高爐都能看到；

5、即使砌筑較小型的碳磚也會形成脆化層；

6、在雙環(huán)結(jié)構(gòu)中砌筑磚也會形成脆化層；

7、在一般情況下，高爐在使用一年半左右會出現(xiàn)脆化層；

8、由于鐵水滲透所造成的碳磚的線熱膨脹，隨鐵水滲透數(shù)量的增加而增加。

從上述發(fā)現(xiàn)情況表明，防止脆化和鐵水的溶蝕是改進碳磚性能的2個先決條件。為此，研究脆化層形成及鐵水中的溶蝕機理顯得尤為重要。

二、脆化層的形成機理

我們考慮到與脆化層有關(guān)的因素有以下幾種：1、鋅和堿的沉積；2、鐵水的滲透；3、線熱膨脹約束的熱應(yīng)力的產(chǎn)生。

新日鐵公司鋼廠的3號高爐，吹煉第六個爐役后停爐一年半，根據(jù)對爐缸所做的檢查發(fā)現(xiàn)有脆化層。但僅有很少量的鋅和堿的沉積，這說明上述因素“1”的影響是很小的。由于爐缸某些部分沒有脆化層的出現(xiàn)，因此沒有確切的論據(jù)說明上述因素“3”的影響，但有可能該因素加速了碳磚結(jié)構(gòu)的惡化，導致鐵水在碳磚中的滲透。經(jīng)鐵水滲透的碳磚的線熱膨脹，隨滲透鐵水數(shù)量的增加而增大。

如果推斷脆化層的形成與考慮到的這些發(fā)現(xiàn)物有關(guān)，那么脆化層有可能在這一過程產(chǎn)生：

第一階段：鐵水在碳磚氣孔中的滲透。

傳統(tǒng)碳磚大約有20%的貼鐵滲透。

第二階段：碳磚的溶蝕與鐵水滲透同時發(fā)生。

碳磚在鐵水中的溶蝕首先發(fā)生在基質(zhì)中，鐵水的滲透破壞了碳磚的結(jié)構(gòu)，而且加速了碳磚在鐵水中的溶蝕，同時鐵水重復(fù)固化與熔融使碳磚產(chǎn)生細裂紋，而且使碳磚強度降低。

第三階段：由于冷面的冷卻阻止了鐵水的滲透。

第四階段：由于鐵水滲透部位與未受損部位物理性能的差別及熱面溫度的變化對碳磚產(chǎn)生剪切力。鐵水的滲透使碳磚的線熱膨脹增大。

第五階段：碳磚內(nèi)部的轉(zhuǎn)移及鐵水滲透末端的分解。

鋅和堿的沉積加速了碳磚的碎裂。

三、碳磚在鐵水中溶蝕的機理

碳磚被提水溶解的指數(shù)，按下列次序遞增：煅燒過的無煙煤＜天然無定型石墨＜人造石墨＜煤焦油瀝青。

鐵水滲透的數(shù)量大于氣孔體積，這意味著滲入到碳磚氣孔中的鐵水，隨著溫度的變化重復(fù)凝固和熔融，以致破壞了碳磚的微觀結(jié)構(gòu)。當鐵水滲透的數(shù)量進一步增加時，鐵水的再熔融激素了對碳磚的侵蝕。