预熔锌锅内衬耐火材料损毁的原因分析及改进措施

宝钢预熔锌锅投产三年后突然跳电引发故障，将预熔锅耐火材料解体(见图 1)，发现在距炉口 2 m 深处的炉墙(流口的右侧)耐材发黑，且在感应线圈的下 1/3 处出现横向裂纹，锌液在感应加热的作用下通过裂纹穿透耐火材料背部的云母层， 并渗入线圈浆料，将感应线圈表面的绝缘层破坏， 导致感应线圈漏电报警，系统跳电。

1 耐火材料失效原因分析 

1.1 试验室分析数据 

1.1.1 残样分析 

将漏锌部位的耐火材料(发黑)和正常部位的耐火材料(发黄)送研究所，进行化学和物理性能检测分析，结果见表 1。根据化学成分分析结果判断， 发黑的残料中含有 6.39%的 ZnO， 说明该部位四周发黑的残料已变质，除因微裂缝存在的渗漏外，还存在 ZnO 蒸汽的渗透。

1.1.2 新料烧结性能检测 

根据材料生产厂提供的数据，开始烧结温度550 ℃，最终烧结温度840 ℃，经委托宝钢研究所对新 料的上述两 个烧结温度 点进行了烧 结 性 能 实 验(实验炉规格：440 mm×200 mm×175 mm)。实验结果是：550 ℃×3 h 烧后，样品未烧结;840℃×3 h 烧后。

1.2 原预熔锌锅烘炉以及耐火材料烧结等情况 

1.2.1 实际烘炉曲线 

原烘炉时炉温监控点在钢模内部(共有 3 点)，热电偶位置及实际烘炉曲线如图 4、图 5 所示。从图中可以看出， 大部分测温点温度均在 550℃以下。 基建时炉温监控点在钢模内部，测温点显示的温度为炉内气体的温度， 实际钢模外耐材温度将低于测点显示的炉气温度。

1.2.2 耐火材料烧结情况分析 

原基建烘炉时测温热电偶放在钢模具内， 热电偶测的温度是钢模具内的炉气温度， 所以实际钢模外耐材温度将低于测点显示的炉气温度。 因此，原烘炉时耐材表面基本没有达到材料要求的 550 ℃的开始烧结温度，耐火材料也就没有进行有效的烧结，形成致密的烧结层。没有 烧 结 的 料 比 较 疏 松， 更 容 易 造 成 锌 液 的渗漏。 

1.2.3 材料的热震稳定性 

材料的热震稳定性不是十分理想， 造成烘炉结束后在冷却至室温进行脱模和装锌锭时， 产生微细裂纹，造成锌液的渗漏。 

1.3 基建施工情况 

预熔锌锅施工工序是：铺设两层云母纸—炉底施工—钢模具表面粘贴纸板—吊装钢模具—炉墙施工—流口施工—炉墙顶部施工。 

在对炉墙的施工中，因炉墙深度较深(达 2 438mm)，炉墙厚度又较窄(仅为 160 mm)，钢模具又是一个整体，因此，在炉墙下部进行干振料的振动作业时，粉尘飞扬，无法看清振动头(振捣机器和振动头之间 连接杆长 度为 2 450 mm)的工作 情况，如图 6所示。 导致预熔锅下部干振料施工质量难于确保，可能存在没有打结实的情况， 造成下部墙体局部比较疏松，材料更难于烧结。 

2 改进措施 

本次改进措施主要有以下三点： 

(1)保证耐火材料表面的开始烧结温度。 将原测温点放在钢模内部改为放在钢模与耐火材料之间，直接测量耐材表面温度，以耐火材料表面温度进行控制，温度将更加准确。 改进后实际烘炉曲线见图 7。可以看出，改进后耐材表面温度基本可以达到 500～600 ℃。 

(2)热态装锌，尽 可能避 免 锅 内 温 度 降 低 幅 度过大。烧结完成后直接进行脱模和装锌锭，避免冷却至室温造成的炉衬微细裂纹产生。 

(3)严格控制每层材料捣打的压下量，确保整体捣打密实。 

3 结语 

经过上述三个措施改进后， 预熔锌锅内衬耐火材料的使用寿命从原来的不到三年延长至七年左右，使用寿命大大提高，效果显著。