【案例】黄磷电炉炉衬耐火材料侵蚀分析及耐火材料配置方案图

　　电炉是黄磷生产的主要设备，是将合格的磷矿、硅石和焦炭按一定的比例制成混合炉料加入电炉，在1300~1500℃下进行还原反应，产生的含磷炉气经除尘、冷凝、精制得到成品黄磷，副产物炉渣和磷铁从炉底定期排出。因而对炉衬中的绝热材料、耐火材料及炉衬耐火砖结构都有严格的要求。

　　制磷电炉炉体是由钢壳和耐火材料砌筑构成，炉料在炉内进行化学反应，生成的熔融炉渣与磷铁积存在炉膛下部，形成渣蚀所以对这部分炉底和炉膛内衬耐火材料的要求要：荷重软化温度高、抗熔渣侵蚀性好、膨胀系数小、热稳定性好，耐压强度高，一般黄磷电炉炉衬砌筑耐火材料有高铝砖、碳砖、冷捣糊组成，炉顶多用钢纤维耐火浇注料或高强耐火浇注料浇注制成炉盖。

　　在正常生产过程中炉衬会受到熔融炉渣的腐蚀，炉衬的腐蚀程度关系到电炉的检修周期。因此一般来说炉衬的受腐蚀程度决定了制磷电炉的使用寿命，也就决定了电炉制磷装置的大修间隔时间。所以涉及到炉衬耐火材料的质量，施工安装、炉衬砌筑等关键性问题，一定严把质量关，延长电炉制磷的使用寿命节约生产成本。

　　一 黄磷电炉损坏原因分析

　　制磷电炉正常运行时从炉膛截面来看，下部熔池熔渣温度约1500℃。高温炉气由下而上通过数米厚的料层进行充分的热交换而使其温度逐渐降低，升至炉膛上部空间约降至220~300℃，在炉膛熔池中央处熔渣温度约1500℃，由于炉体的散热作用，由中央至炉壁及炉底温度逐渐下降，在炉壁挂料处约1000~1200℃。熔渣和炉壁及炉底的温度越高对炉衬碳砖的腐蚀性越大。炉底和炉壁一般采用空气自然冷却或循环水冷却，在日常生产时须达到预期的炉体冷却效果。

　　1.1 炉衬腐蚀环境分析

　　磷矿石、硅石、和焦炭本身无腐蚀性，但在炉料中硅石和焦炭与磷矿石配合比不合适以及焦炭粒度过大，在炉内形成化学反应，将在生产过程中导致炉衬严重腐蚀。炉渣的熔点决定了其中的CaO—SiO2系统的m(SiO2)/m(CaO)酸碱成份，即按炉渣的酸度指标Mk 来判断，当m(SiO2)=51.7%、m(CaO)=48.3%时 CaSiO3的熔点高，为1540℃，此时熔融硅酸钙的酸度指数MK = 1.07 。MK 小于1.07的炉渣称为碱性炉渣，大于1.07的称为酸性炉渣。但是酸度指标稍大或稍小于1.07的炉渣熔点都比CaSiO3 的低，所以在生产操作中可采用酸度指标 MK 接近于0.8或者1.2的炉渣进行操作。由于酸性炉渣对炉衬的腐蚀性大，不宜采用。采用碱性炉渣操作是一般控制在炉渣酸度指标MK =0.75~0.85.由于炉渣中少量杂质的存在而降低了其熔点，所以就形成了低熔点的指标控制的熔融炉渣温度1250~1450℃。

　　1.2 炉衬液体的侵蚀

　　熔融炉渣和磷铁受到电端部高温作用，不断翻腾冲刷炉底碳砖，在炉中心电三角区的熔池底部有时会形成凹坑，若炉底炭砖砖缝砌筑质量差，熔融磷铁则渗入砖缝中将炭砖浮起烧蚀熔融。熔渣也会腐蚀炉壁碳砖，还会使炉壳钢板发红，甚至烧穿炉底和炉壁钢板。

　　黄磷电炉内衬耐火材料配置及砌筑

　　(黄磷电炉内衬耐火材料配置示意图)

　　2.1 炉底及炉墙高铝砖砌筑按照耐火砖砌筑施工技术要求标准中的I类砌筑标准<1mm的灰缝施工，要求高铝砖干燥砌筑层泥浆饱满。每砌下一层砖前应将已砌完的砖面清扫干净。砌砖中断或返工拆砖而须留槎时，应留成阶梯形的斜槎。相邻墙的高差不得超过1.2m，砌筑时应使用木槌或橡胶槌进行敲打找正，不得使用铁锤敲砖。

　　2.2 炭砖的水平方向砖缝厚度为20mm左右。若采用西缝砌筑，或采用自焙炭砖，冷捣糊筑炉技术，筑炉时须注意产品说明书并按相关的筑炉技术要求进行。

　　2.3 采用冷到糊或电糊做粘结剂砌筑炭砖炉衬要行小火加热。电糊加热熔化温度一般控制在180~190℃，每次灌入砖缝中的高度为80~100mm，用风镐炮锤捣实，使压实后的高度为原高度的40%~50%。炉底上下两层炭砖的竖缝在空间成垂直交叉状态，炉壁内外两层炭砖均为立砌，砖缝宽40mm左右，其与炉底炭砖的砖缝要错开，在开口处用木板挡住，以防电糊流淌形成孔隙，确保施工质量。

　　总结：制磷电炉是黄磷的心脏设备，须精心操作，规范操作，合理调配原料的成份的添加比，控制焦炭的粒度大小，严把内衬耐火材料施工质量及耐火材料的采购标准，才能做到延长炉衬使用寿命。

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