欧冶炉竖炉耐火材料研究

欧冶炉（原称Corex）熔融还原工艺带来了新的炼铁方式，但人们大多关注工艺技术进步，而被忽视的耐材研发和应用发展较慢。非高炉炼铁工艺涉及高温、高压、气氛复杂等极端条件，欧冶炉工艺中的煤气射流需要耐火材料抵御气氛中的化学反应和机械冲刷。此外，熔渣FeO含量高也是侵蚀耐火材料的主要因素。为此，结合工艺流程特点进行分析，讨论欧冶炉用耐火材料的使用现状及存在问题。

欧冶炉的冶炼在还原竖炉和熔融气化炉中完成。块矿或球团被送入还原竖炉，经高温煤气得到块状海绵铁，通过螺旋杆将海绵铁送入熔融气化炉中，完成还原及熔化过程。

欧冶炉竖炉中金属铁的产出率达到90%以上。竖炉围管是炉料和热煤气进行热交换最剧烈的部位，围管及其附近设备需要承受高热负荷。由于煤气是周期性排放，煤气出口区域会经历周期性温度变化，引起围管材料的热膨胀和收缩，这就要求围管耐火材料必须具有好的耐高温性能、抗侵蚀能力和抗热震性。目前，八钢欧冶炉围管采用了碳化硅结合氮化硅复相砖搭配高铝砖进行堆砌。虽然Si3N4-SiC复合材料性能优异，但Si3N4和SiC抗氧化性都较差，在高温煤气的长期冲刷下，Si3N4和SiC被水蒸气氧化为SiO2和C，导致耐火材料逐渐剥落。SiAlON-SiC被氧化时可生成SiO2和Al2O3氧化薄膜，抵抗了水蒸气的侵蚀，因此抗氧化性能更好的SiAlON-SiC耐火材料可代替Si3N4-SiC砖。尺寸过大的SiAlON-SiC耐火砖在烧制过程中会出现裂纹等质量问题，需将大块耐火砖分解为多块小型砖并重新进行压缝设计。

熔融气化炉从上至下分别为拱顶区、净空区、半焦床区、炉缸和炉底，耐火材料的种类与堆砌方式存在差异。其中拱顶区负责煤的干馏和气化、煤粉汽化燃烧，为冶金过程提供还原煤气，从而确保整个冶炼过程顺利运行。目前，含少量钢纤维的致密铝土基喷淋耐火材料广泛应用于拱顶区，该类材料具有良好的抗热震性、适宜的高温力学性能和耐腐蚀性。研究人员将SiC粉加入到铝土矿基喷涂料，发现可促进内部莫来石的生成以提高耐材高温强度，但SiC易活性氧化，导致材料孔隙增多，降低了基体的完整性和黏接强度；将Cr2O3加入至铝土矿基耐材，发现有利于提高中低温强度，还可提高其高温强度和抗热震性能。净空区炉衬主要受到炉料机械冲击和含尘气体冲刷与腐蚀，要求耐火材料的耐磨性，所以用Al2O3含量在55%~65%（w）的高铝砖即可。半焦床区的温度最高可达2000℃,铁的还原、渗碳以及煤的燃烧等熔炼反应都在该区域进行，不断受到温度波动与熔渣侵蚀，该区域宜采用具有良好的导热性能、耐腐蚀性、耐冲击性和高强度、高抗热震性以及低热膨胀系数的SiAlON结合刚玉砖。炉缸炉底采用的耐火材料主要使用陶瓷杯结构，杯底采用中心刚玉块，杯壁内壁为SiAlON结合刚玉砖，外壁采用炭砖，炉底则采用具有超高导热率的石墨砖，确保炉底散热，减缓炭砖侵蚀及铁水渗透。

对于欧冶炉工艺，竖炉围管的耐火材料选择成为关键。采用SiAlON-SiC耐火材料以提高抗氧化性能是一个重要的改进，需要解决其尺寸和烧制质量方面的问题。气化炉拱顶区主要围绕铝土基喷涂料进行改性，通过负载SiC、Cr2O3等材料以强化喷涂料的抗热震性。半焦床区环境较为恶劣，需采用优异的抗热震性和耐腐蚀性能的SiAlON结合刚玉砖。炉缸炉底则借鉴了高炉的陶瓷杯碳砖堆砌设计，使欧冶炉耐材寿命有了很大改善。（中国冶金报）