國內外不少高爐使用含鋅煉鐵原料，鋅對高爐的危害有的表現(xiàn)為爐身、爐頂或荒煤氣管道部位結瘤；有的表現(xiàn)為破壞爐襯乃至爐殼，影響高爐壽命。減少鋅對高爐磚襯的危害，多從研究減少鋅的入爐量著手，對于高爐磚襯抵抗鋅的侵蝕能力的研究鮮有文獻報道。本文對鋅與高爐磚襯反應進行了試驗研究。
1鋅與高爐磚襯反應試驗
1.1試驗方法
鋅與高爐磚襯反應的試驗方法參考高爐炭磚抗堿性試驗方法（YB／T5213－2005），該方法試驗試劑為無水碳酸鉀和木炭，在1100℃下保溫30h，以實驗前后強度變化率、體積變化率和外觀綜合評價炭磚抗堿性好壞。
鋅與高爐磚襯反應的試驗試劑為金屬鋅和碳酸鈣。在高爐高溫區(qū)，由ZnO還原出的鋅以鋅蒸氣形態(tài)擴散到磚襯表面，并通過氣孔、裂紋滲透進入磚襯內部。選擇金屬鋅是模擬以上反應產(chǎn)生的鋅蒸氣。Zn與CO2反應可生成ZnO，產(chǎn)生體積膨脹破壞磚襯。碳酸鉀在高溫下可分解產(chǎn)生CaO和CO2，將CO2用于模擬高爐內CO2和Zn的反應過程。碳酸鈣分解產(chǎn)生的氧化鈣對磚襯的破壞作用比氧化鉀小很多，所以采用碳酸鈣而不采用碳酸鉀。由于金屬鋅較重，對兩者比例進行了調整，由抗堿試驗的55g（碳酸鉀）∶55g（木炭）調整為95g（金屬鋅粉）∶75g（碳酸鈣）。
1.2 1100℃鋅與高爐磚襯反應試驗
試驗用磚襯材料選擇高鋁磚和炭磚，目的是比較二者的差異。高鋁磚和炭磚分別制成30mm×30mm×30mm大小，將高鋁磚或炭磚和試劑分別裝入帶蓋石墨坩堝內，放入反應爐內，石墨坩堝埋碳保護，實驗溫度1100℃，并在此溫度下保溫30h。高鋁磚和炭磚試驗結果見表1。 　　不同爐襯侵蝕試驗結果表明，高鋁磚侵蝕試驗后體積變化不大，為＋0.01％～－0.33％，質量有所增加，平均增加2.51％，試驗后強度下降超過10％，為－13.93％。鋅與高鋁磚有一定的相互作用，并影響高鋁磚強度。炭磚試驗后體積變化很小，試驗后強度還有所增加。鋅與炭磚不發(fā)生反應，對炭磚的破壞作用比較小。試驗后樣品化驗分析結果見表2。 試驗后試劑中含w（Zn）較少，為0.13％，主要為CaO，w（CaO）為68.98％，鋅從坩堝中揮發(fā)逸出。高爐磚和炭磚中w（Zn）分別為0.92％和0.0４2％，高鋁磚w（Zn）比炭磚高得多。試驗結束取出石墨坩堝時發(fā)現(xiàn)：1）取熱電偶時粘結較牢；2）石墨坩堝上部有粘結層，下部未粘結，也說明鋅逸出石墨坩堝外。
1.3 920℃與高爐磚襯反應試驗
1100℃下高鋁磚和炭磚與鋅反應試驗表明，試驗后鋅從石墨坩堝中跑出。根據(jù)鋅的沸點為907℃，碳酸鈣的分解溫度為897℃，將反應溫度調整為920℃進行試驗。其它條件同1100℃試驗。試驗結束取出石墨坩堝只出現(xiàn)輕微粘結現(xiàn)象，試驗結果見表3。 920℃下高鋁磚和炭磚與鋅反應試驗結果與1100℃類似，鋅與高鋁磚有一定的相互作用，并影響高鋁磚強度，強度下降率由1100℃時的13.93％增加到18.20％。炭磚試驗后強度還有所增加。
1.4鋅先擴散滲透后氧化反應試驗
一般認為，還原出來的鋅蒸氣滲入磚襯的磚縫、氣孔和裂紋中，當有CO2或水汽時，在800～1000℃的溫度條件下能生成ZnO，在磚體內發(fā)生這一反應時將產(chǎn)生體積膨脹，從而破壞磚襯。前面的模擬試驗是將鋅的滲透、鋅與CO2反應同時進行，試驗結果不是很理想。為此采用兩溫度階段進一步試驗模擬。第一階段只加鋅作試劑，模擬鋅的擴散滲透過程，第一階段試驗結束后降溫冷卻，取出試樣再進行加碳酸鈣重新升溫進行第二階段試驗，模擬鋅與CO2反應過程?？紤]到鋅的沸點907℃，第一階段試驗溫度選擇920℃，讓鋅充分滲透到試樣內。碳酸鈣的分解溫度為897℃，為提高鋅與CO2反應速度，第二階段試驗溫度選擇950℃。兩階段試驗保溫時間均為10h。第一階段試劑配比鋅與木炭之比為95∶75；第二階段碳酸鈣與木炭之比為75∶75。鋅先擴散滲透后氧化反應試驗結果表明，高鋁磚強度下降達到27.38％，對高鋁磚有較大的破壞作用，鋅對炭磚的作用仍比較小。 　　多次試驗結果表明，鋅與高鋁磚有較強的化學反應，降低高鋁磚強度，對高鋁磚有一定的破壞作用，鋅與高鋁磚反應也是高爐爐身容易結厚的原因之一。鋅與炭磚難以發(fā)生反應，但鋅易滲入炭磚內部孔隙和裂紋中，在條件具備時鋅氧化生成氧化鋅，發(fā)生體積膨脹，破壞炭磚結構，后者在試驗條件下鋅和CO2容易逸出，難以模擬其過程。
1.5 2種不同鋅含量炭磚抗堿試驗
某高爐鋅滲透侵蝕很嚴重，爐底最下層炭磚w（Zn）達４2％，為分析鋅對炭磚抗堿性影響，對2種不同w（Zn）的炭磚進行抗堿試驗，1種炭磚w（Zn）為8.65％（1號），另1種w（Zn）為35.92％（2號），試驗結果見表5?？箟A試驗結果表明，2種炭磚抗堿性極差，表現(xiàn)在抗堿實驗后試樣粉化，強度下降率達到95.26％和96.70％，體積變化率極大，w（Zn）為8.65％的炭磚體積膨脹32.29％，w（Zn）為35.92％的炭磚體積膨脹8.89％，質量變化w（Zn）為8.65％的炭磚增加5.４7％，w（Zn）為35.92％的炭磚減33.07％，說明鋅的存在對炭磚的堿侵蝕有較強的促進作用。 2 鋅氧化反應溫度試驗
2.1 鋅氧化開始溫度試驗
上述模擬試驗結果表明，鋅與高鋁質材料能產(chǎn)生反應破壞高鋁磚結構，但鋅對炭磚結構破壞作用較小。一般認為鋅破壞炭磚是鋅氧化生成氧化鋅，產(chǎn)生體積膨脹，破壞炭磚結構。鋅在高爐磚襯內很容易滲透，有些高爐爐底炭素搗打料中都滲有金屬鋅，但現(xiàn)場取樣卻發(fā)現(xiàn)鋅主要以氧化鋅的形式存在，說明鋅在高爐一定條件下發(fā)生了氧化反應生成氧化鋅。高爐爐內總體上為還原氣氛，但局部區(qū)域可能存在CO2和水蒸氣的氧化氣氛。初步試驗表明，用高爐氣氛模擬鋅被氧化的過程，幾乎難以觀察該反應發(fā)生。為此，本試驗采
用二氧化碳模擬鋅氧化過程，研究鋅與二氧化碳氧化開始反應溫度、反應溫度范圍，試驗結果可能對分析鋅對高爐炭磚的危害有一定參考作用。鋅的氧化反應溫度試驗，采用炭磚氧化試驗爐，參考YB／T5292－1999進行試驗，該設備可以記錄試樣的質量變化，分析反應進行的程度。試驗在二氧化碳氣氛中進行，二氧化碳試驗流量為5l／mｉn，試驗結果見圖1。 從試驗結果可以看出，在開始升溫階段由于失水，質量有微小的下降，到500℃左右質量開始增加，到800℃后質量變化不大，試驗結束后發(fā)現(xiàn)表面鋅已成為氧化鋅，但表層下部仍為金屬鋅，800℃后鋅是否發(fā)生氧化反應還需進一步試驗。
2.2 800℃以后鋅氧化反應試驗
初步試驗表明鋅表面氧化為氧化鋅后，形成1層覆蓋保護層，下面的鋅不能發(fā)生氧化反應。為此進行了800℃及更高溫度下的鋅氧化試驗。試驗開始溫度為800℃左右，二氧化碳流量為5l／mｉn。試驗結果見圖2。800～900℃質量增加較慢，900℃以后質量增加較快，960～1100℃反應速度又有所下降。 　圖3是在二氧化碳氣氛下，800℃時間和質量的關系，由圖3可以看出，即使在800℃時，也只是前20mｉn增加較快，以后基本不變。 　　上述試驗結果表明，鋅在500～1100℃范圍內在二氧化碳氣氛下，均可以發(fā)生氧化反應生成氧化鋅，導致高爐炭磚的破壞。
3 結語
1）鋅與高鋁磚和炭磚在1100℃、920℃及鋅先擴散滲透后氧化反應試驗結果均表明，鋅對高鋁磚有較強的破壞作用，對炭磚的破壞作用比較小，其原因是鋅與高鋁質材料能發(fā)生反應破壞高鋁磚結構，鋅破壞炭磚是鋅氧化生成氧化鋅，發(fā)生體積膨脹，破壞炭磚結構，后者在實驗條件下鋅和二氧化碳容易逸出，反應時間不夠，難以模擬其過程。
2）對2種高鋅含量炭磚進行了抗堿試驗，試驗結果表明，2種炭磚抗堿性極差，表現(xiàn)在抗堿試驗后試樣粉化，強度下降率達到95.26％和96.70％，說明鋅的存在對炭磚的堿侵蝕有較強的促進作用。
3）鋅氧化實驗結果表明，鋅在500～1100℃范圍內，在二氧化碳氣氛下，可以發(fā)生氧化反應生成氧化鋅，導致高爐磚襯的破壞。