高炉炉缸保护层多元体系的形成与演变

The key to the longevity of the blast furnace hearth is to form a stable protective layer on hot face of the hearth lining, but the formation mechanism of the protective layer is not yet clear mow, when the hearth abnormal erosion occured, the lack of a scientific and effective targeted measures resulting in the frequent accidents of hearth breakout in the recent years, causing heavy losses to the enterprise and social. The project will firstly analyse the phase composition, microstructure, crystal morphology and characteristic parameter of the protective layer, and extract the characteristic morphology of the protective layer; then study the carburization mechanism of pig iron under the conditions of high smelting strength and inferior burden, analyse the effect of blast temperature, blast pressure, oxygen enrichment, permeability of deadman, flow characteristics of liquid iron on the pig iron carburization, control the C saturation state of liquid iron; analyse of the existence form and interaction coefficients of elements in multi-component liquid iron with inferior burden, study the effect of crystallinity of the protective layer on the characteristics of liquid iron, clarify the compound co-strengthening precipitation mechanism of graphite carbon and titanium-containing; Ultimately, with the comprehensive analysis the compatibility of lattice between the substrate of refractory and the crystalline material, crystallization kinetics and fluid dynamics of liquid iron, reveal the crystal growth behavior and the evolution of the protective layer to provide scientific support for the blast furnace longevity technology.

实现高炉炉缸长寿的关键在于炉缸砖衬热面能否形成稳定的保护层，而由于目前对保护层的形成机理尚不明晰，当炉缸出现异常侵蚀表征时，缺乏科学有效的针对性措施，造成近年来高炉炉缸烧穿事故频发，给企业和社会造成重大损失。 本项目首先通过对炉缸保护层物相组成、显微结构、结晶形态和特性参数等进行分析，提取保护层的特征形态；然后研究高冶炼强度、劣质炉料条件下高炉生铁渗碳机制，明晰风温、风压、富氧、死焦堆透气透液性、铁液流动特性等因素对生铁渗碳的影响，进行铁液中C饱和状态调控；分析劣质炉料条件下多组元铁液中元素的赋存形态和相互作用系数，研究保护层结晶物对铁水特性影响，阐明石墨碳和含钛化合物协同强化析出机制；最终，结合耐火材料基底晶格与结晶物晶格的相容性、结晶动力学与铁液流体动力学分析，揭示保护层晶体生长行为与演变规律，为高炉长寿技术奠定科学支撑。

本项目着眼于高炉炉缸长寿的本质，首先通过高炉炉缸破损调查和解剖调研，分析炉缸保护层的物相组成和显微结构，建立炉缸保护层类别体系；然后研究不同高炉操作条件下各种因素对铁液渗碳的影响机制；根据多组元铁液中元素的相互作用，阐明保护层析出的临界条件和协同强化析出的作用机制；结合错配度理论分析耐火材料基底晶格与保护层晶格的相容性，同时分析保护层生成溶解规律；最后，揭示不同高炉炉缸保护层的形成机制，制定高炉炉缸保护层综合调控措施，为高炉长寿技术奠定了科学支撑。得出的主要结果如下：.首先，通过高炉炉缸破损调查和解剖调研构建了高炉炉缸保护层类别体系。不同高炉在不同操作条件下可形成不同的保护层，其物相组成中均含有石墨碳相，在钛矿护炉条件下保护层中同时存在含钛化合物，并根据保护层形成机制的不同将其分为富铁层、富渣层、富石墨碳层和富钛层。.其次，分析了高炉炉缸中C饱和状态的调控措施。在操作方面，增大高炉风口风压、适当降低富氧率及风口区理论燃烧温度可提高铁液中C的含量；在铁液方面，降低S含量、增加Si含量可提高铁液中C的饱和程度；焦炭中的灰分组分对铁碳界面反应产物的粘度及有效接触面积有显著影响，进而影响焦炭的渗碳速率。.然后，提出了高炉炉缸保护层析出势指数，表征炉缸保护层的形成能力，结合某高炉铁液成分计算得出石墨碳临界析出温度为1251℃；并建立了达到护炉效果的铁液有效钛含量控制模型，可实时计算铁液中含钛化合物析出的有效Ti含量及炉渣中有效TiO2含量。.最后，建立了炉缸保护层析出动力学模型，可计算得出不同炉况条件下保护层析出一定厚度所需要的时间；在铁液中C含量为4.8%时，当砖衬热面温度分别为1350℃、1300℃、1250℃和1200℃时，石墨碳析出所需要的时间分别为159min、31min、17min和12min；在同一条件下，保护层形成能力的顺序为：富钛层＞富石墨碳层＞富铁层；并分析了不同高炉炉缸保护层形成机理，构建了高炉炉缸保护层综合调控策略，实现对保护层状态的有效调控。