摘要： 本文深入探讨了基于金属冶炼电炉原料的整体透气砖在高炉应用中的损毁机制，通过对其化学侵蚀、热应力破坏、机械磨损等方面的分析，揭示了影响透气砖使用寿命的关键因素。并在此基础上，从原料选择、结构设计、制造工艺等角度提出了相应的结构改进措施，旨在提高整体透气砖在高炉环境中的耐用性，降低生产成本，为高炉炼铁技术的优化提供参考。

一、引言

在金属冶炼行业中，高炉炼铁是核心环节之一，而透气砖作为高炉关键耐火材料，其性能直接影响高炉的顺行、生产效率和成本。基于金属冶炼电炉原料制备的整体透气砖，因其独特的优势在高炉中得到广泛应用，但在实际使用过程中，面临着复杂的损毁情况，深入研究其损毁机制并寻求有效的结构改进策略具有重要的现实意义。

二、整体透气砖在高炉中的应用现状

整体透气砖凭借良好的透气性、较高的强度和耐高温性能，被安置于高炉炉缸、炉底等关键部位，起到调节炉内气流分布、保障物料正常循环的作用。它能够承受高温铁水、炉渣的冲刷以及巨大的热应力作用，确保高炉内反应平稳进行。然而，随着高炉冶炼强度的不断提高、炉役周期的延长，透气砖的损毁问题愈发凸显，频繁更换透气砖不仅增加生产成本，还影响高炉的正常生产节奏。

三、损毁机制分析

（一）化学侵蚀

高炉内部存在着多种具有强腐蚀性的物质，如铁水、炉渣、碱金属等。铁水对透气砖的侵蚀主要体现在渗透作用，铁水沿砖体的孔隙和微裂纹逐渐渗入，与砖体成分发生化学反应，生成低熔点化合物，导致砖体结构疏松、强度下降。炉渣中的碱性氧化物、酸性氧化物等会与透气砖中的硅酸盐相发生反应，侵蚀砖体基质，使砖体表面形成一层变质层，随着反应的持续进行，变质层增厚、剥落，进一步加剧侵蚀进程。碱金属（如钾、钠）更是具有极强的渗透性和化学活性，它们以蒸汽或离子形式侵入透气砖内部，与砖体中的铝硅酸盐等成分反应，形成膨胀性矿物，造成砖体内部应力集中，引发开裂、粉化等破坏现象。

（二）热应力破坏

高炉内温度梯度大，透气砖在加热、冷却过程中承受着剧烈的热应力变化。当高炉送风、出铁等操作时，透气砖局部温度急剧升降，由于砖体材料的热膨胀系数差异，内部产生较大的热应力。这种热应力超过砖体强度极限时，就会导致砖体出现裂纹。尤其是在透气砖的边角等应力集中部位，更容易因热应力作用而损坏。长期的热应力循环作用，使得透气砖内部的裂纹不断扩展、贯通，最终导致砖体碎裂，丧失透气功能。

（三）机械磨损

高炉内物料的流动、铁水的冲刷以及高炉操作过程中的机械振动，都对透气砖造成机械磨损。铁水携带着固体炉料高速冲刷透气砖表面，磨损砖体表层材料。同时，炉料在下降过程中与透气砖碰撞、摩擦，使得砖体边缘和表面逐渐磨损剥落。在高炉风口附近的透气砖，还要承受高速鼓风的直接冲击，磨损更为严重，长期作用下，透气砖的尺寸精度和透气性能大幅下降。

四、结构改进措施

（一）原料优化

1. 选用抗热震性能优异的原料，如红柱石、硅线石等，这些原料在高温下具有良好的体积稳定性，能够有效缓解热应力对透气砖的破坏。通过合理配比，提高透气砖的抗热震能力，使其在高炉温度急剧变化时不易开裂。

2. 增加抗氧化、抗侵蚀成分，例如引入少量的锆英石、碳化硅等。锆英石在高温下能形成稳定的氧化锆保护膜，阻止铁水、炉渣的进一步侵蚀；碳化硅具有优良的耐磨性和耐高温性能，可增强透气砖表面的抗磨损能力，同时提高其对化学侵蚀的抵抗力。

（二）结构设计创新

1. 采用多层复合结构，将不同性能的材料组合在一起。例如，在透气砖的工作面采用致密、高耐磨、抗侵蚀性强的材料，如刚玉质或铬刚玉质材料，以抵御铁水、炉渣的直接冲刷和化学侵蚀；在透气砖的内部设置多孔、高透气性的材质，如堇青石莫来石质材料，保证良好的透气性能，同时缓冲热应力和机械应力。这种多层复合结构既能满足透气要求，又能显著提高透气砖的耐用性。

2. 优化透气砖的形状和尺寸设计，根据高炉不同部位的气流分布特点和受力情况，定制特殊形状的透气砖。如在炉缸侧壁的透气砖设计成带有倾斜角度的款式，有利于引导气流均匀分布，减少局部冲刷；在炉底透气砖设计合理的支撑结构，增强其抗压能力，防止因铁水静压力过大而变形损坏。

（三）制造工艺提升

1. 采用先进的成型工艺，如等静压成型技术，使透气砖坯体密度均匀、结构致密，减少内部缺陷，从而提高透气砖的强度和抗侵蚀性能。等静压成型能够在各个方向上施加均匀的压力，确保原料颗粒紧密结合，避免因成型压力不均导致的局部薄弱区域，延长透气砖的使用寿命。

2. 引入微波烧结、反应烧结等新型烧结工艺，精确控制烧结过程，促进原料之间的烧结反应，形成更稳定的矿物相组成。微波烧结具有快速、均匀加热的特点，能够在短时间内使透气砖达到良好的烧结效果，提高其致密度和性能；反应烧结则利用原料在烧结过程中的化学反应，原位生成高性能的烧结体，进一步增强透气砖的耐高温、抗侵蚀能力。

五、结论

基于金属冶炼电炉原料的整体透气砖在高炉应用中的损毁是由化学侵蚀、热应力破坏和机械磨损等多种因素共同作用的结果。通过深入分析损毁机制，从原料优化、结构设计创新和制造工艺提升等方面采取针对性的结构改进措施，能够有效提高透气砖的抗损毁能力，延长其在高炉中的使用寿命，降低生产成本，保障高炉炼铁生产的高效、稳定运行。未来，随着材料科学和冶金技术的不断发展，还需持续探索更优的透气砖材质和结构设计，以适应高炉冶炼日益严苛的工况需求。