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岩相分析方法在高炉炭砖中的应用 李继铮宋木森 (武汉钢铁集团公司研究院 湖北武汉430080) 摘要：将岩相分析方法用于辨别炭砖中原料的种类和质量的优劣，辨别微孔炭 砖中添加物的种类及反状况，分析炭砖组织结构的致密程度、孔洞裂隙分布状 况及分析使用后炭砖的侵蚀状况等。通过实例介绍了岩相分析方法在高炉炭砖 中的应用，涉及炭砖研制、炭砖质量评价和使用后的性能检验等。在炭砖理化 性能指标基础上，用岩相分析方法评价炭砖，对高炉选用优质炭砖，延长寿命 有重要作用。 关键词：岩相分析 高炉炭砖显微结构 1．前言 高炉炭砖的研制和应用对提高炉缸寿命非常重要，生产炭砖的原料主要有普煅无烟 煤、电煅无烟煤、石墨化无烟煤、石墨、焦炭颗粒、电极颗粒等；添加的微粉有金属硅 粉、A1203、石英、Si02、硅灰等；不同的原料，不同的生产工艺和煅烧温度，对炭砖的性 能和显微结构有很大影响。评价炭砖质量，主要有抗铁水溶蚀、抗碱性、抗氧化、热导 率等指标，但这些指标不能反映所用原料的真实情况。武钢从20世纪80年代开始研制 高炉炭砖，先后研制开发出一系列高炉用炭砖并进行了高炉破损调查工作，以了解炭砖 的破损原因和机理，这些研究工作中一直采用了岩相分析技术。实践证明：岩相分析技 术可用于了解炭砖中所用原料的种类，炭砖添加物的反应状态，使用后炭砖中外来物侵 蚀炭砖的状况，可以辅助判别材质的优劣；在炭砖理化性能测试指标基础上采用岩相分 析方法评价炭砖，可以比较准确地评价炭砖的质量和性能，对高炉选用优质炭砖，延长 高炉寿命有重要作用。本文对在炭砖研制过程中岩相方法的应用过程及实例进行介绍。 2．炭砖的岩相分析 岩相分析是l项综合分析技术，其中偏光显微镜是岩相分析的基本手段。随着研究 工作的深入，在必要时可配合扫描电镜、电子探针、x射线衍射等分析方法对炭砖进行 综合分析。 2．1炭砖原料的岩相分析 从高炉炭砖中主要原料在显微镜下的特征图看出，电煅无烟煤在显微镜下呈亮白色， 颗粒致密，少量颗粒上有些细裂纹，或夹少量灰分，致密颗粒质量比较好，在高炉炭砖 中一般做骨料和细粉。随着煅烧温度的提高，无烟煤具有明显的非均性(异向光性逐渐明 显)，颜色从亮白色逐渐变为黄色，具有多色性，颗粒上出现一些气孔。研究发现，随着 温度升高，无烟煤颗粒中的气孔裂隙不断增加和变大，1600℃以后，气孔裂隙不再增加， 而是随着温度升高，气孔裂隙有逐渐缩小的趋势。到石墨化温度时，无烟煤颗粒更致密【lJ 。用于高炉炭砖中的无烟煤有普煅无烟煤和高温电煅无烟煤，前者煅烧温度为1300℃，后 者煅烧温度为1600～2500℃。无烟煤煅烧温度越高，石墨化度越高，导热性能越好。 石墨电极颗粒呈棕黄色，具明显的非均性，颗粒上气孔较多。石墨颗粒呈棕黄色， ．184． 具明显的非均性，颗粒一般呈片状；通过研究，石墨和电极颗粒抗铁熔蚀性能差，在超 微孔炭砖中应该不用或少用。 碳化硅在反光镜下呈亮白色，突起高。硅粉颗粒呈亮白色。它与碳化硅的区别是， 碳化硅颗粒突起高。炭砖中应加入适量的硅粉，并使硅粉充分反应，以形成微孔结构。 2．2炭砖显微结构分析 优质炭砖的生产，首先要合理选用原料，保证原料质量，并且要采用合理的生产工 艺。炭砖的显微结构与生产工艺有直接的关系。 岩相分析方法可以鉴定炭砖中骨料、细粉的种类，分析评估炭砖的整体结构的均匀 性，骨料和细粉分散的均匀性，骨料与基质的结合状况，添加物的反应状况，分析微裂 纹和气孔的形状、尺寸、分布状态， 从炭砖的显微结构可以辨别炭砖中添加物在高温下是否生成新的化合物，是否均匀 充填气孔。从图l岩相分析图片可直观看出炭砖中添加硅粉的反应过程。图1(a)中白色颗 粒是硅粉，呈碎屑状，是加入的原始状态，没有发生明显的变化；图l(b)中的硅粉颗粒 边缘呈锯齿状，发生了部分反应：图1(c)是硅粉与碳发生反应后形成SiC充填气孔的形 貌，反应产物无固定形状，沿原砖中的气孔裂隙分布。通过显微镜观察到的这些现象，可 以得知硅粉在升温过程中有汽化、渗透扩散、与C发生反应等行为，具有填充堵塞气孔的 作用，减少炭砖的微气孔孔径和透气度。在检验炭砖成品时观察炭砖中是否有残留硅粉， 也可以初步判断制品烧成温度，推断微孔炭砖质量的优劣。 (a)Si未反应(b)Si少量反应(c