摘要对发生漏铁事故的首钢260t鱼雷罐铝碳砖进行理化检验、重烧试验、扫描电镜等分析研究，初步弄清了鱼雷罐寿命下降的原因，提出了提高鱼雷罐寿命的改进措施。

关键词 鱼雷罐  铝碳砖  漏铁

l概况

首钢260t鱼雷罐车于1990年6月研制成功，单程运输距离4．6 km，最大时速15 km／h，最大装载量254．3t。目前共有52台鱼雷罐投入运行，日平均运输铁水量超过2万t，周转率2．5以上。罐壳采用30mm厚的16MnR宽厚板，罐内砌体主要由喷涂层、致密粘土砖保护层、铝碳砖、罐口浇注料4个部分组成，工作层为Al₂O₃一SiC—C不烧砖(简称ASC砖或铝碳砖)，结构如图1所示。铝碳砖在罐内的不同区域分A、B、C三种不同档次，A砖用在柱环铁水冲击区，B砖用在柱环下半部分，其余部分采用C砖砌筑。采用铝碳砖砌筑的鱼雷罐，在罐壳与永久层之间没有隔热层情况下，使用时外壳温度可高达370℃。

  2004年12月和2005年1月，首钢炼铁厂连续发生两起高炉出铁过程中鱼雷罐烧穿漏铁事故，烧穿位置都在罐口附近渣线部位(见图2)。

  对33号罐进行冷检发现，漏铁区域发生在罐口浇注料与渣线部位的A1₂O₃一SiC—C砖相接触部位，该部位残砖厚度仅剩120 mm左右(原砖厚度345mm)，且有断砖现象。除了发生漏铁的渣线部位侵蚀严重、罐顶挂渣较多外，在与炉渣发生接触的罐顶等部位还发现了几处侵蚀较厉害的孔洞，耐火砖基本侵蚀殆尽，已经露出耐火砖下层的喷涂料(见图2右)，这也是潜在的漏铁危险点。

2综合分析

    根据鱼雷罐损坏情况，初步判断造成鱼雷罐烧穿的原因有三种可能：一是炉渣成分波动；二是耐火砖质量和砌筑质量；三是热应力。

2．1  炉渣成分分析

    取3份高炉渣对炉渣成分进行化学分析，结果见表1。

    炉渣成分在小范围内正常波动，渣中MnO、TiO₂含量极少，对铝碳砖的侵蚀无影响；FeO对耐火砖侵蚀较严重，但其含量也在正常范围之内。总体来看，炉渣成分没有出现异常，因此排除了炉渣成分波动过大造成对耐火砖侵蚀加剧的可能性。

2．2铝碳砖质量分析

    (1)理化性能分析。本次发生漏铁的渣线部位由C型砖砌筑，对C型耐火砖进行理化分析,结果见表2。

    一般来讲，K₂O、Na₂O及Fe₂O₃都是耐火砖害杂质，杂质在高温下具有强烈的熔剂作用，使得共熔液相生成温度降低，生成的液相量增加，随着温度升高液相量增加速度加快，从而加速耐火砖侵蚀速度，严重影响耐材高温性能，铝碳砖中要求Fe₂O₃含量不大于1．5％。由于首钢目前仍执行98版的耐火材料入厂标准，根据化验结果，铝碳砖中除Fe₂O₃含量偏高外，其余各项指标均符合原料人厂标准。

    (2)高温强度分析判断。图3中左图是首钢33号鱼雷罐冲击区，右图为宝钢鱼雷罐圆形坑状冲击区。从左图中铁水的冲刷痕迹可以粗略判断目前首钢鱼雷罐使用的铝碳砖高温物理性能(包括高温抗折、抗热震性等)不合格。正常情况下，质量合格的铝碳砖由于熔损比较均匀，在铁水冲击区应该出现一个如右图所示的圆坑，而非条状深坑，条状深坑是耐火砖遭受铁水冲击时综向断裂所致，也就是说其高温抗折强度不足。

    (3)耐火砖及炉渣侵蚀微观分析。

    ①耐火砖原砖分析。为了分析炉渣对耐火砖的侵蚀情况，对C型铝碳砖原砖进行渣浸试验，并通过电子显微镜对侵蚀部位进行形貌及成分分析。

    图4是对铝碳砖原砖的观察结果。图中白色物质应该全部是骨料——刚玉颗粒(即Al₂O₃)，但扫描分析却发现了氧化镁和含钛化合物。左图中连续四个白色颗粒的左一含氧化镁，左三含氧化钛，右图中整个白色颗粒为氧化镁，而不是氧化铝，显微观察结果与耐火砖的化学成分差别较大，可以推断生产铝碳砖所用原料质量较差。

    氧化镁对铝碳砖质量影响非常严重。宝钢的试用经验表明，铝碳砖中MgO含量达到2％时，鱼雷罐使用次数下降了30％。可见铝碳砖中MgO的危害极大，少量的MgO就会使铝碳砖在高温下变酥,强度急剧下降，必须严格控制其含量。

氧化钛是原料刚玉带人的杂质成分，优质刚玉有棕刚玉和电熔刚玉，其纯度高，气孔率低，强度高，抗渣铁侵蚀能力强，但是刚玉中含有如氧化钛等杂质时，其各种性能会均有不同程度的降低。

②耐火砖渣浸试验对比分析。用首秦高炉渣和首钢高炉渣对C型耐火砖做了重烧(渣浸)对比试验，图5(1)、(2)是首钢高炉渣与首秦高炉渣重烧试验后试样的纵剖面。首秦渣浸试样中炉渣结构致密，表面光滑，颜色较浅；而首钢渣浸试样中炉渣呈黑色，疏松多孔，表面不规则。

图5(3)和(4)是首钢高炉渣与首秦高炉渣重烧试样中渣、砖结合部位显微观察结果。图中上面白色部分为炉渣，下面黑色部分为耐火砖，中间灰色区域为炉渣和耐火砖结合部位。从图5(4)中可以清晰地看到白色炉渣“刺入”耐火砖中的侵蚀现象，说明首秦高炉渣对耐火砖的侵蚀渗透能力很强。

③鱼雷罐漏铁部位铝碳砖分析。取图2中漏铁部位的残砖进行观察，显微镜下可以清晰地看到该部位铝碳砖中残余的Al₂O₃颗粒周围被炉渣侵蚀后出现了大量孔洞，见图6(1)，说明铝碳砖物理性能不均匀，局部抗渣性能较差，炉渣对铝碳砖的侵蚀就是从这些抗渣性能较弱的局部区域开始，逐渐向周围蔓延，最后将整块砖侵蚀殆尽；图6(2)中左上角为炉渣，右下部大块区域为耐火砖，右下角白色颗粒是残存的刚玉(Al₂O₃)颗粒。

 图6(3)中左侧为炉渣，右侧为耐火砖。左侧小黑块为含有少量二氧化硅杂质的刚玉颗粒，是从铝碳砖中刚刚被炉渣“卷下”来尚未来得及熔解掉的耐火砖残骸。右侧铝碳砖成分中含有氧化钛，前面已经提到，氧化钛是刚玉带入的杂质，因此可以做出定性判断，制作耐火砖的原料刚玉中含有一定量的二氧化硅和氧化钛，尽管无法准确判断出具体含量多少，但至少已经严重影响了铝碳砖的抗渣性能和高温性能，从图6(1)铝碳砖被侵蚀的程度可以略见一斑。

 图6(4)中渣砖界线比较明显，上部是炉渣，下部是铝碳砖，元素成分分析也证实了这一点，左下角的黑色颗粒应该为骨料——刚玉，但其中含有少量的二氧化硅和氧化钛，再一次证实了铝碳砖中刚玉纯度不足。

2．3热应力分析

文献[4]使用有限元法计算了宝钢鱼雷罐受铁和倒铁过程中单砖热应力变化和工作层三维整体热应力分布，计算结果表明：受铁时热冲击产生的压应力不会破坏铝碳砖，而在对称中心沿铝碳砖高度方向的拉应力会使铝碳砖产生平行于热面的裂纹；倒罐时垂直于热面的拉应力会使铝碳砖在高度方向的4条棱上产生平行于热面的裂纹；在鱼雷罐柱环和锥环结合部位压应力最大，压应力促使裂纹扩展，导致该部位铝碳砖容易剥落。

 为了降低鱼雷罐工作层的热冲击应力，可采取如下措施来减少鱼雷罐内衬热损失：提高鱼雷罐周转率，减少空罐时间，在罐壳和永久层之问增设隔热层(如高密度硅酸钙隔热材料)，罐口加设保温盖等。

3  结语

(1)首钢高炉炉渣化学成分波动较小，不是导致鱼雷罐漏铁的根本的原因。

 （2）鱼雷罐铝碳砖的质量存在问题：物理性能不均匀，局部抗渣性能较差，高温抗折强度不足；铝碳砖中发现成块的氧化镁颗粒，氧化镁对铝碳砖的危害极大，必须严格控制其含量；制作铝碳砖的原料刚玉中含有一定数量的二氧化硅和氧化钛，刚玉纯度不足导致铝碳砖高温性能下降。

（3）高炉出铁时对鱼雷罐底部的热冲击产生的压应力不会破坏铝碳砖，沿铝碳砖高度方向上的拉应力会使铝碳砖产生平行与热面的裂纹，柱环、锥环结合部位的压应力最大，促使裂纹扩展，容易引起铝碳砖剥落。

（4）首钢目前执行的98版鱼罐耐火材料进厂标准有待于重新修订。

总之，提高鱼雷罐使用寿命是一个系统工程，罐体设计、耐材质量、砌筑质量、检修制度、出铁制度、运输高度等无论哪个环节出现问题都会影响鱼雷罐使用次数。结合首钢实际情况，提高鱼雷罐寿命除了保证进厂耐火材料质量外，还应该借鉴国内成熟经验，改进现有砌砖结构，重点加强对罐口渣线区域等易侵蚀部位铝碳砖的质量改进。在检修制度上对罐内的较深裂缝可用特种涂料进行填充，首钢目前在鱼雷罐涂抹料的开发方面已经取得了一定进展。