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01.爐襯的損毀機理

礦熱爐爐襯一般由三部分組成:外層、中間層和內層。外層的作用是保溫隔熱，很少損毀，稱為永久層;中間層起防止漏爐的作用，相對安全，又稱安全層;內層又稱工作層，處于該層的耐火材料工作條件最為惡劣，是爐襯最脆弱的部位，因此爐襯毀損主要是工作層耐火材料的損毀，原因包括物理、化學、機械等多方面因素，具體如下:

(1)熔蝕作用:當工作層耐火材料的工作溫度超過其耐火度時，就會發(fā)生熔蝕現(xiàn)象。鎂質爐襯的荷重軟化溫度為1550℃左右，在靠近電弧區(qū)的爐墻和自焙電極下方的爐底等溫度較高的部位，最易發(fā)生熔蝕現(xiàn)象。

(2)化學侵蝕:工作層耐火材料可能與爐渣、熔融金屬以及反應氣氛等發(fā)生化學反應，不同鐵合金冶煉過程中爐內環(huán)境不同，發(fā)生的化學反應也不盡相同。礦熱爐最常用的碳質爐襯在400℃以上即會發(fā)生氧化反應，甚至還會發(fā)生“逆氧化現(xiàn)象”，使其內部空化、材料毀損。冶煉過程中的缺碳操作還會使碳質材料作為還原劑被消耗。鎂質爐襯的使用溫度常高于其荷重軟化溫度，處于軟熔狀態(tài)時會加速爐渣和熔融合金對它的化學侵蝕。

(3)機械沖蝕:工作層耐火材料會受到冶金原料倒入沖擊、金屬熔體和爐渣沖刷等機械作用。工作溫度較高區(qū)域的耐火材料強度會出現(xiàn)不同程度的降低甚至軟化，在受到機械作用時更易毀損。

02.耐火內襯損壞的形式

爐襯中最關鍵的是工作層，選材最為重要。針對不同鐵合金生產用爐襯耐火材料的選擇，通常情況下，金屬硅、硅鐵、電石和硅鉻合金的冶煉溫度較高，工作層需采用碳質爐襯;高碳錳鐵和錳硅合金生成的爐渣呈酸性，也多采用碳質爐襯;而低碳錳鐵和中低碳鉻鐵的爐渣呈堿性，故一般采用鎂質爐襯。

同一礦熱爐內，不同高度爐墻和爐底所處的工作環(huán)境存在較大差異，其損毀機理和毀損速度不同，因此需要選用具有不同物化性能的耐火材料。通常爐墻靠近渣線處、爐底電極下方損毀較快，尤其出鐵口是爐襯結構中最脆弱的部位，這些位置的選材最為關鍵。

礦熱爐爐襯的正常使用壽命可達10年甚至更久。然而出鐵口爐眼磚往往不到一年就過早失效。現(xiàn)在的研究表明，礦熱爐的短期損壞主要是出鐵口的局部損毀所導致。礦熱爐在向外排渣和金屬熔體時，會對出鐵口處的耐火材料產生機械沖刷、化學侵蝕和反復熱震，使其成為爐襯中最容易損壞的地方。傳統(tǒng)硅鐵、工業(yè)硅和錳硅等鐵合金的出鐵口多采用碳質爐眼磚，近年來的研究表明，碳化硅和碳化硅結合氮化硅材料具有更優(yōu)的高溫力學性能、熱物理性能以及化學穩(wěn)定性，采用此類陶瓷替代炭磚用于出鐵口已經表現(xiàn)出了優(yōu)異的使用效果。

03.爐襯結構類型

1、保溫型爐襯

我國礦熱爐使用的傳統(tǒng)爐襯結構為保溫型爐襯，如圖1所示。該爐襯結構在多種鐵合金長期冶煉過程中均獲得了良好的使用效果，其原理是通過提高耐火材料質量和增加耐火材料厚度來達到長期隔熱保溫的效果。保溫型爐襯工作層多數(shù)采用炭磚或鎂磚砌筑而成，在鐵合金冶煉過程中，爐底燒穿是最常出現(xiàn)的生產事故。通過對礦熱爐的解剖發(fā)現(xiàn):爐底燒穿是因為爐渣、金屬熔體和反應氣體滲入炭磚或鎂磚間的砌縫，從而加劇爐襯的損壞速度。

圖1保溫型爐襯結構

為了解決耐火磚間的砌縫問題，Elkem公司提出了整體內襯的爐襯結構，如圖2所示，它的工作層采用不定形耐火材料(冷搗糊)整體搗打成型，然后通過烘爐將其燒結成一個整體。

圖2具有整體內襯的保溫型爐襯結構

2、冷凝型爐襯

隨著礦熱爐爐型越來越大，冶煉溫度越來越高，爐襯耐火材料的工作條件也愈加苛刻，甚至達到耐火材料的理化性能極限，單純的增加爐襯厚度和提高耐材質量已無法適應現(xiàn)代冶煉的需求。這種設計可使爐渣在爐襯內壁形成一層凝固殼，因此具有“自保護”的功能。與保溫型爐襯相比，冷凝爐襯的結構特點使其呈現(xiàn)以下優(yōu)勢:①降低了對耐火材料性能的要求，爐襯壽命大幅延長，從而減少砌爐和停爐檢修造成的經濟損失，并顯著減少出鐵口的維護;②爐渣形成的凝固殼導熱系數(shù)較小，可以有效減少熱傳導引起的能量損失，降低單位電耗;③冷凝爐襯的薄爐襯使礦熱爐工作區(qū)體積增大，可以提高冶煉產量;④冷凝爐襯筑爐時通常配有熱電偶，可以實時監(jiān)測爐襯侵燭情況，保障生產安全。