關于中頻爐內襯耐火材料抗硅鐵渣侵蝕性能的分析

仝藝章 王怡為 張媛婷

摘要：文采用靜態與動態兩種抗渣法，對不同層次的鎂鉻磚對中頻爐爐渣的抗侵蝕性能進行分析，并在光學顯微鏡下對殘磚的結構進行分析。從實驗結果可知，不同層次的鎂鉻磚中，半再結合鎂鉻磚與電熔再結合鎂鉻磚的抗渣侵蝕性能更強，能夠充分符合中頻爐的使用要求。

關鍵詞：中頻爐；耐火材料；侵蝕性能

引言：

在對有色金屬進行冶煉時，首先將爐料從爐頂部投放進去，然后將浸沒式噴槍壓力調為0.1MPa，將爐料吹入熔池當中，熔池溫度保持在1170—1200℃之間。在熔煉時，熔池將會產生劇烈震動，內襯材料將長時間遭受爐渣侵蝕與固體爐料的摩擦，因此對內襯材料的抗沖刷、抗侵蝕性能具有嚴格要求。

1.實驗對象與方法

1.1樣品選擇

在抗渣侵蝕實驗中，采用三種國內的鎂鉻質耐火品，一種國外鎂鉻耐火品，制品磚的編號分別為：第一種是直接結合鎂鉻磚、第二種為半再結合鎂鉻磚、第三種為電熔再結合鎂鉻磚；第四種為國外再結合鎂鉻磚；爐渣樣品采用我國云南地區某公司的爐渣，主要成分為：Zn含量為2.81%，Fe含量為41.28%，SiO2含量為30.84%，Al2O2的含量為3.37%，CaO的含量為3.73%，Cu的含量為1.75%，在各項指標含量上均符合實驗要求。

1.2實驗方法

1.2.1靜態抗渣法

每個樣品各取三塊，在每塊樣品的工作面上取一小塊，尺寸為50×50×60mm，在每個樣塊中鉆取深度為30mm、直徑為20mm的孔。對爐渣進行研磨，使其成為-200目的細粉，取2Kg，將13g的渣樣分別灌入到各個樣品塊的小孔中，再將樣品置于高溫爐中，調節溫度，使其上升到1550℃，保溫4h后，在常溫狀態下冷卻。將冷卻后的樣品沿著鉆孔直徑切開，這時對爐渣對樣品的侵蝕情況進行細致觀察。

1.2.2動態抗渣法

以GB8931標準為依據，對耐火材料的抗渣性進行分析，對樣品進行切割，使其成為斜削棱柱體，再將其拼裝后置于爐體重，以每小時500℃的速度調節溫度，使爐內溫度提高至1700℃，爐內旋轉速度為3r/min。當溫度提高到1700℃后進行保溫處理，將1Kg的爐渣放入其中，形成渣池，然后每間隔一小時后向其中添加一次爐渣，每次添加1Kg，如此反復。在整個實驗中，隨時觀察爐內的樣品情況，當發現樣品表面出現較深的溝痕時停止。上述操作在持續進行8h后，發現爐內樣品出現較深溝痕，且侵蝕情況較為嚴重，這時將爐內的殘渣清除，實驗結束[1]。

在實驗結束以后，將樣品從中頻爐中取出，沿著最長的一側垂直切開，觀察斷面變化，并在中心150mm的范圍內，每距離15mm進行一次測量，確定磚體樣品的厚度，共計測量十次后，計算出厚度的平均值，這樣便可計算出磚體被侵蝕掉的厚度，計算公式為：

Q=M-N

式中，Q代表的是侵蝕掉的厚度；M代表的是磚體原本的厚度；N代表的是殘留磚體的厚度。

2.實驗結果與分析

2.1靜態抗渣法結果

對于第二種、第三種與第四種樣品磚體來說，熔渣的滲入量相對較少，由于受到制樣影響在底部形成了較為明顯的小平臺。對于第一種磚體來說，留渣的深度測量較難，由于熔渣的滲入量較多，大部分都依附在內壁上，因此變質情況不夠明顯。同時，第一種樣品磚的顯氣孔率較高，熔渣的滲入量較大，在滲入變質、留渣深度等方面來看，與直接結合鎂鉻磚相比，含有合成砂的鎂鉻磚更具優勢，并且我國的電熔再結合鎂鉻磚與國外相比在抗渣侵蝕性能上不相上下。在靜態抗渣法實驗背景下，四種樣品的抗渣侵蝕情況如下所示。

在殘渣厚度方面，第一種樣品的留渣量較少、殘渣大部分附著在側壁上；第二種樣品的殘渣厚度為10mm、第三種厚度為8.2mm、第四種厚度為8.1mm；在變質深度上，第一種樣品約為靠側壁2mm；第二種樣品約為靠側壁1.5mm、第三種約為靠側壁1.2mm、第四種約為靠側壁1.2mm；在裂紋情況上，四種樣品均不存在裂紋；

2.2動態抗渣法結果

在動態抗渣法下，各個樣品對爐渣的抗侵蝕情況如下，在殘磚厚度方面，第一種樣品的厚度為58.5mm、第二種樣品為59.0mm、第三種樣品為61.0mm、第四種樣品為62.0mm；在侵蝕厚度方面，第一種樣品的厚度為6.5mm、第二種樣品為6.0mm、第三種樣品為4.0mm、第四種樣品為3.8mm；在反應層厚度方面，第一種樣品的厚度為6.0mm、第二種樣品為3.0mm、第三種樣品為2.0mm、第四種樣品為2.4mm；通過上述各項指標參數可知，在侵蝕量上，第一種樣品存在不規則的網狀細紋，與第二種、第三種相比分別高出12%和75%，第三和第四種的侵蝕量無較大差別[2]。

2.3顯微結構分析

在光顯微鏡下對鎂鉻磚的結構進行分析，發現磚體中的粗顆粒仍然具備電熔料的原始結構，方鎂石基晶解理較為清晰，純度較高，含有較少的硅酸鹽，具有較強的直接結合度。在顯微結構上，第一種樣品斷面上存在不規則網狀裂紋、第二種樣品在垂直工作面上存在裂紋、第三和第四種均不存在裂紋。爐渣中的方鎂石在發生反應后，對耐火材料產生侵蝕，而復合尖石具有較強的抗渣性，渣蝕部分的硅酸鹽與尖晶石構成了一層保護網，能夠在一定程度上對爐渣的侵蝕與滲透起到阻礙作用。

結論

綜上所述，通過靜態和動態兩種實驗方式能夠看出，電熔再結合磚體由于以電熔鎂鉻砂為原料，樣品的氣孔率較低，在高溫下強度較大，對爐渣具有較強的抗侵蝕性能，鎂鉻耐火材料對爐渣的侵蝕性能強弱排列上首先是電熔再結合鎂鉻磚，其次是半再結合鎂鉻磚，最后為直接結合鎂鉻磚。

參考文獻

[1]周治軍. 原料組成對鋁鎂碳磚抗渣性的影響[J]. 耐火材料，2015，44（5）：372-374.

[2]趙定國，王書桓，郭建龍，等. 含硼爐渣對耐火材料的侵蝕[J]. 過程工程學報，2016，13（2）：333-338.

（作者單位：1.華北理工大學材料科學與工程學院；2.華北理工大學管理學院；3.華北理工大學冶金與能源學院）