出硅爐眼是礦熱爐爐體爐缸的一部分， 用碳磚砌筑而成，是高溫硅熔體從爐內(nèi)排出的唯一通道，一臺(tái)礦熱爐配有五個(gè)出硅爐眼， 碳磚被廣泛用于礦熱爐爐襯。 近年來(lái)，隨著鐵合金生產(chǎn)工藝技術(shù)操作水平的進(jìn)步，其整體的爐襯使用壽命可達(dá) 5～8 年。 而出硅口的爐眼損壞最快， 是爐襯使用壽命最為薄弱的環(huán)節(jié)，爐眼使用 5～7 天左右，因?yàn)闋t眼碳磚受到高溫爐氣、熔融硅水和高溫爐渣的侵蝕和機(jī)械沖刷，形成橢圓形的爐眼，爐眼空大后堵眼困難，常出現(xiàn)跑眼和噴火，此時(shí)需更換使用爐眼，并由修眼技術(shù)人員對(duì)空大變形的爐眼進(jìn)行修復(fù)。 在工業(yè)硅冶煉生產(chǎn)時(shí)爐眼采用周期輪換修復(fù)使用的方法， 在更換使用新?tīng)t眼時(shí)，由于填灌得較牢固，開(kāi)眼困難，需用燒穿器附加吹氧管進(jìn)行燒開(kāi)， 在開(kāi)眼過(guò)程中因氧管熔化使鐵等雜質(zhì)進(jìn)入硅熔體，因此，新更換一個(gè)出硅爐眼不僅影響產(chǎn)品產(chǎn)量，而且影響質(zhì)量，礦熱爐日產(chǎn)量降低約 10%，當(dāng)日不合格品產(chǎn)出率約 80%。 若爐眼長(zhǎng)年失修將影響爐底碳磚和爐缸碳磚使用壽命， 甚至?xí)霈F(xiàn)爐眼周?chē)┕璎F(xiàn)象，存在較大安全隱患。

1 爐眼使用現(xiàn)狀

1.1 爐眼損壞機(jī)理

1.1.1 氧化侵蝕

工業(yè)硅礦熱爐爐眼多采用碳質(zhì)材料。 碳磚具有熔點(diǎn)高、抗熱震性好、高溫強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是易氧化。 400 ℃以上流通的空氣流可迅速氧化碳磚， CO2 和水蒸氣(H2O)在 600 ℃以上的溫度對(duì)碳質(zhì)材料起氧化作用。 出硅口碳磚常暴露于流通的空氣中，氧化氣氛較濃，速度較快。 氧氣、水蒸氣和二氧化碳?xì)怏w的氧化順序?yàn)椋篛2﹥H2O﹥CO2，氧氣對(duì)碳的氧化速度為 CO2 的 2.5～3 倍[3]，其化學(xué)反應(yīng)方程式為：

O2↑+2C=2CO↑

H2O↑+C=CO↑+ H2↑

CO2↑+C=2CO↑

使用氧氣吹開(kāi)或燒穿器燒開(kāi)出硅爐眼時(shí)， 上述反應(yīng)劇烈進(jìn)行。 另外，爐眼維修時(shí)進(jìn)行噴淋水操作和堵眼泥球水分較重時(shí)，加劇了水蒸氣對(duì)爐眼的損壞。

1.1.2 機(jī)械沖刷侵蝕

出硅時(shí)，流出的高溫硅熔體沖刷著爐眼碳磚，使?fàn)t眼擴(kuò)大。 在爐渣粘度高、流動(dòng)性差、排渣不暢或爐眼難開(kāi)時(shí)， 人工用拉渣桿帶渣或用氧管通氧對(duì)爐眼進(jìn)行開(kāi)眼操作會(huì)使?fàn)t眼碳磚受到強(qiáng)烈的機(jī)械沖刷, 以及出硅時(shí)和堵眼后的急冷急熱作用， 造成爐眼碳磚嚴(yán)重?fù)p壞，剝離脫落。

另外， 礦熱爐中不合理的電流分布是爐眼碳磚損毀的重要原因之一。當(dāng)電極至爐眼碳磚的電壓梯度大于電極之間的電壓梯度時(shí)， 電流就會(huì)流向爐眼碳磚，提高這一部位的溫度，從而導(dǎo)致加速爐渣對(duì)爐眼碳磚的化學(xué)侵蝕和機(jī)械沖刷。

1.2 爐眼修復(fù)效益低

爐眼受到高溫爐氣、 熔融硅水和高溫爐渣的侵蝕和機(jī)械沖刷，形成橢圓形的爐眼，爐眼空大后堵眼困難，常出現(xiàn)跑眼和噴火,此時(shí)需更換使用爐眼，并由修眼技術(shù)人員對(duì)空大變形的爐眼進(jìn)行修復(fù)。 通用的爐眼修復(fù)方法是將出硅口的積硅、積渣清理干凈，用電極糊將損壞的爐眼內(nèi)外灌實(shí)， 用澆注料將保護(hù)層打結(jié)好，在礦熱爐生產(chǎn)期間，5 個(gè)爐眼輪換修復(fù)使用。

然而，爐眼使用 5～7 天左右就要重新修復(fù)，嚴(yán)重影響到產(chǎn)品各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的改善。 而到年底大修更換爐眼 碳磚時(shí)需要 將爐內(nèi)的物 料進(jìn) 行 爆 破 清除，清理結(jié)束后將爐墻磚拆至爐底碳磚位置，更換爐眼碳磚，然后重新砌筑爐墻，這樣處理一臺(tái)爐需要 5 個(gè)月，維修成 本包括人工 費(fèi)、清爐費(fèi)等 費(fèi)用不少于 350 萬(wàn)元。 這樣的爐眼傳統(tǒng)修復(fù)方式具有職工勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)環(huán)境差、耗時(shí)長(zhǎng)、維修成本高的缺點(diǎn)，效益低下，有悖于降本增效的方針，故亟需采用一種新的爐眼修復(fù)技術(shù)，以解決爐眼修復(fù)效益低等問(wèn)題。

2 工藝流程圖

圖1 爐眼傳統(tǒng)修復(fù)方法工藝流程圖

圖2 不清爐從外部修復(fù)爐眼工藝流程圖

2.2 鑿眼

與鉆機(jī)廠家合作開(kāi)發(fā)適宜鉆大孔徑的鉆機(jī)，造價(jià)相對(duì)較高，但購(gòu)入后可納入固定資產(chǎn)，機(jī)械操作，勞動(dòng)強(qiáng)度不大，可滿足鑿大口徑爐眼的要求，穩(wěn)定性強(qiáng)，鉆出的爐眼規(guī)整。

25.5 MVA 工業(yè)硅電爐 爐眼 深 度 為 1 200 mm，在原爐眼碳磚上按原開(kāi)孔同中心線上用鉆眼機(jī)打鑿直徑為 400 mm 的圓孔， 深度視爐眼損壞程度和腐蝕 情 況 而 定，但 不 能 低 于 700 mm，最深 不 能 超 過(guò) 1 000 mm。 利用鉆機(jī)鉆眼，角度、深度是關(guān)鍵。

2.3 對(duì)爐眼進(jìn)行保護(hù)操作?

2.3.1 爐眼前端填充爐眼鑿好后在爐眼前端用修復(fù)型復(fù)合填充料灌實(shí)，外部爐眼深度余留 700 mm。 修復(fù)型復(fù)合填充料配比：電極糊(80%)、α-碳化硅(18%)、瀝青(2%)。

由于密閉糊粘結(jié)劑的軟化點(diǎn)溫度低，加熱后流動(dòng)性好，燒結(jié)速度快，成型早，粘結(jié)性能好，用于修復(fù)出硅爐眼，能充分與出硅爐眼周?chē)即u粘結(jié)、燒結(jié)成一體。

碳化硅具有抗高溫氧化、蠕變數(shù)率小、熱膨脹系數(shù)小、耐磨性能好的特點(diǎn)，碳化硅在普通條件下(如大氣 1000～2000 ℃)具有較好的抗氧化性能，這是由于在高溫條件下， 碳化硅材料表面形成了一層非常薄的、致密 的、與 基 體 結(jié) 合 牢 固 的 SiO2 膜，氧在 SiO2 氧化膜中的擴(kuò)散系數(shù)非常小， 因此碳化硅的氧化非常緩慢。 填充料中配比一定的碳化硅可有效地減輕爐眼前端被氧化和沖刷侵蝕。

2.3.2 鑲嵌碳套

出硅爐眼前端灌實(shí)修復(fù)型復(fù)合填充料后， 在爐眼后端鑲嵌外徑為 390 mm、內(nèi)徑為 180 mm、長(zhǎng)度為 600 mm 的石墨碳套，碳套與填充料之間留出 60～80 mm 的間隔。

石墨碳套具有較好的機(jī)械強(qiáng)度、 良好的耐磨性能、自潤(rùn)滑性能、適宜的硬度以及較好的耐氧化腐蝕能力，能滿足出硅爐眼的特殊環(huán)境要求。 鑲嵌碳套后能保護(hù)爐眼碳磚不被沖刷侵蝕和高溫氧化， 到年度大修時(shí)可直接更換損壞的碳套， 減免了傳統(tǒng)爐眼修復(fù)方式 的很多程序和成本。石

2.3.3 穩(wěn)固碳套

碳套與填充料之間留出 60～80 mm 的間隔，再用堵頭把細(xì)縫糊與電極糊 2:3 的混合料沿碳套往里灌， 使細(xì)縫糊與電極糊混合料反壓灌實(shí)到碳套與原爐眼縫隙中，混合料在爐眼余熱的加熱下逐漸焦化，并與爐眼碳磚和碳套焦結(jié)成一個(gè)整體。

2.4保護(hù)層澆灌

用高鋁澆注料修復(fù)溜槽， 溜槽修復(fù)后用電極糊澆灌保護(hù)層，施工結(jié)束后需要進(jìn)行烘烤，使電極糊達(dá)到碳化狀態(tài)。 確認(rèn)電極糊碳化后，碳套穩(wěn)固鑲嵌在爐眼內(nèi)， 再用直徑為 175 mm 的鑿巖機(jī)沿炭套內(nèi)徑進(jìn)行鉆孔，角度與之前鉆孔一致，調(diào)整高度和角度保證鉆頭不損壞碳套，鉆孔深度達(dá)到死料區(qū)。

3 效果檢查

采用不清爐從爐外對(duì)爐眼進(jìn)行大修的方法修復(fù) 7# 25.5 MVA 礦熱爐 5 個(gè)出硅爐眼，并與 5# 25.5 MVA 礦熱爐運(yùn)用傳統(tǒng)爐眼修復(fù)方法的爐眼使用效果情況進(jìn)行了對(duì)比分析， 利用此方法對(duì)工業(yè)硅爐眼維護(hù)效果明顯：

(1)提升了開(kāi)新眼時(shí)的產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)品均為 441 級(jí)以上的合格產(chǎn)品;

(2)提升了爐眼使用壽命;

(3)真正解決了傳統(tǒng)工藝中存在的檢修耗時(shí)長(zhǎng)，作業(yè)效率低、作業(yè)環(huán)境差、開(kāi)爐成本高等難題。