硅铁矿热炉炉眼修复技术的研究应-耐火材料行业知识-耐火砖高铝砖刚玉砖浇注料河南耐火材料厂-宏泰耐材

出硅炉眼是矿热炉炉体炉缸的一部分，用碳砖砌筑而成，是高温硅熔体从炉内排出的唯一通道，一台矿热炉配有五个出硅炉眼，碳砖被广泛用于矿热炉炉衬。近年来，随着铁合金生产工艺技术操作水平的进步，其整体的炉衬使用寿命可达 5～8 年。而出硅口的炉眼损坏最快，是炉衬使用寿命最为薄弱的环节，炉眼使用 5～7 天左右，因为炉眼碳砖受到高温炉气、熔融硅水和高温炉渣的侵蚀和机械冲刷，形成椭圆形的炉眼，炉眼空大后堵眼困难，常出现跑眼和喷火，此时需更换使用炉眼，并由修眼技术人员对空大变形的炉眼进行修复。在工业硅冶炼生产时炉眼采用周期轮换修复使用的方法，在更换使用新炉眼时，由于填灌得较牢固，开眼困难，需用烧穿器附加吹氧管进行烧开，在开眼过程中因氧管熔化使铁等杂质进入硅熔体，因此，新更换一个出硅炉眼不仅影响产品产量，而且影响质量，矿热炉日产量降低约 10%，当日不合格品产出率约 80%。若炉眼长年失修将影响炉底碳砖和炉缸碳砖使用寿命，甚至会出现炉眼周围漏硅现象，存在较大安全隐患。

1 炉眼使用现状

1.1 炉眼损坏机理

1.1.1 氧化侵蚀

工业硅矿热炉炉眼多采用碳质材料。碳砖具有熔点高、抗热震性好、高温强度高等优点，缺点是易氧化。 400 ℃以上流通的空气流可迅速氧化碳砖， CO2 和水蒸气(H2O)在 600 ℃以上的温度对碳质材料起氧化作用。出硅口碳砖常暴露于流通的空气中，氧化气氛较浓，速度较快。氧气、水蒸气和二氧化碳气体的氧化顺序为：O2﹥H2O﹥CO2，氧气对碳的氧化速度为 CO2 的 2.5～3 倍[3]，其化学反应方程式为：

O2↑+2C=2CO↑

H2O↑+C=CO↑+ H2↑

CO2↑+C=2CO↑

使用氧气吹开或烧穿器烧开出硅炉眼时，上述反应剧烈进行。另外，炉眼维修时进行喷淋水操作和堵眼泥球水分较重时，加剧了水蒸气对炉眼的损坏。

1.1.2 机械冲刷侵蚀

出硅时，流出的高温硅熔体冲刷着炉眼碳砖，使炉眼扩大。在炉渣粘度高、流动性差、排渣不畅或炉眼难开时，人工用拉渣杆带渣或用氧管通氧对炉眼进行开眼操作会使炉眼碳砖受到强烈的机械冲刷, 以及出硅时和堵眼后的急冷急热作用，造成炉眼碳砖严重损坏，剥离脱落。

另外，矿热炉中不合理的电流分布是炉眼碳砖损毁的重要原因之一。当电极至炉眼碳砖的电压梯度大于电极之间的电压梯度时，电流就会流向炉眼碳砖，提高这一部位的温度，从而导致加速炉渣对炉眼碳砖的化学侵蚀和机械冲刷。

1.2 炉眼修复效益低

炉眼受到高温炉气、熔融硅水和高温炉渣的侵蚀和机械冲刷，形成椭圆形的炉眼，炉眼空大后堵眼困难，常出现跑眼和喷火,此时需更换使用炉眼，并由修眼技术人员对空大变形的炉眼进行修复。通用的炉眼修复方法是将出硅口的积硅、积渣清理干净，用电极糊将损坏的炉眼内外灌实，用浇注料将保护层打结好，在矿热炉生产期间，5 个炉眼轮换修复使用。

然而，炉眼使用 5～7 天左右就要重新修复，严重影响到产品各项技术经济指标的改善。而到年底大修更换炉眼碳砖时需要将炉内的物料进行爆破清除，清理结束后将炉墙砖拆至炉底碳砖位置，更换炉眼碳砖，然后重新砌筑炉墙，这样处理一台炉需要 5 个月，维修成本包括人工费、清炉费等费用不少于 350 万元。这样的炉眼传统修复方式具有职工劳动强度大、作业环境差、耗时长、维修成本高的缺点，效益低下，有悖于降本增效的方针，故亟需采用一种新的炉眼修复技术，以解决炉眼修复效益低等问题。

2 工艺流程图

图1 炉眼传统修复方法工艺流程图

图2 不清炉从外部修复炉眼工艺流程图

2.2 凿眼

与钻机厂家合作开发适宜钻大孔径的钻机，造价相对较高，但购入后可纳入固定资产，机械操作，劳动强度不大，可满足凿大口径炉眼的要求，稳定性强，钻出的炉眼规整。

25.5 MVA 工业硅电炉炉眼深度为 1 200 mm，在原炉眼碳砖上按原开孔同中心线上用钻眼机打凿直径为 400 mm 的圆孔，深度视炉眼损坏程度和腐蚀情况而定，但不能低于 700 mm，最深不能超过 1 000 mm。利用钻机钻眼，角度、深度是关键。

2.3 对炉眼进行保护操作

2.3.1 炉眼前端填充炉眼凿好后在炉眼前端用修复型复合填充料灌实，外部炉眼深度余留 700 mm。修复型复合填充料配比：电极糊(80%)、α-碳化硅(18%)、沥青(2%)。

由于密闭糊粘结剂的软化点温度低，加热后流动性好，烧结速度快，成型早，粘结性能好，用于修复出硅炉眼，能充分与出硅炉眼周围碳砖粘结、烧结成一体。

碳化硅具有抗高温氧化、蠕变数率小、热膨胀系数小、耐磨性能好的特点，碳化硅在普通条件下(如大气 1000～2000 ℃)具有较好的抗氧化性能，这是由于在高温条件下，碳化硅材料表面形成了一层非常薄的、致密的、与基体结合牢固的 SiO2 膜，氧在 SiO2 氧化膜中的扩散系数非常小，因此碳化硅的氧化非常缓慢。填充料中配比一定的碳化硅可有效地减轻炉眼前端被氧化和冲刷侵蚀。

2.3.2 镶嵌碳套

出硅炉眼前端灌实修复型复合填充料后，在炉眼后端镶嵌外径为 390 mm、内径为 180 mm、长度为 600 mm 的石墨碳套，碳套与填充料之间留出 60～80 mm 的间隔。

石墨碳套具有较好的机械强度、良好的耐磨性能、自润滑性能、适宜的硬度以及较好的耐氧化腐蚀能力，能满足出硅炉眼的特殊环境要求。镶嵌碳套后能保护炉眼碳砖不被冲刷侵蚀和高温氧化，到年度大修时可直接更换损坏的碳套，减免了传统炉眼修复方式的很多程序和成本。石

2.3.3 稳固碳套

碳套与填充料之间留出 60～80 mm 的间隔，再用堵头把细缝糊与电极糊 2:3 的混合料沿碳套往里灌，使细缝糊与电极糊混合料反压灌实到碳套与原炉眼缝隙中，混合料在炉眼余热的加热下逐渐焦化，并与炉眼碳砖和碳套焦结成一个整体。

2.4保护层浇灌

用高铝浇注料修复溜槽，溜槽修复后用电极糊浇灌保护层，施工结束后需要进行烘烤，使电极糊达到碳化状态。确认电极糊碳化后，碳套稳固镶嵌在炉眼内，再用直径为 175 mm 的凿岩机沿炭套内径进行钻孔，角度与之前钻孔一致，调整高度和角度保证钻头不损坏碳套，钻孔深度达到死料区。

3 效果检查

采用不清炉从炉外对炉眼进行大修的方法修复 7# 25.5 MVA 矿热炉 5 个出硅炉眼，并与 5# 25.5 MVA 矿热炉运用传统炉眼修复方法的炉眼使用效果情况进行了对比分析，利用此方法对工业硅炉眼维护效果明显：

(1)提升了开新眼时的产品质量，产品均为 441 级以上的合格产品;

(2)提升了炉眼使用寿命;

(3)真正解决了传统工艺中存在的检修耗时长，作业效率低、作业环境差、开炉成本高等难题。