南鋼電弧爐煉鋼煙塵沉降室用耐火材料抗侵蝕性研究

李權輝 于建賓 李 翔 馬渭奎

1）南鋼鋼鐵股份有限公司 研究院 江蘇南京210044

2）中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司 先進耐火材料國家重點實驗室 河南洛陽471039

電弧爐煉鋼是一種重要的煉鋼工藝［1-4］。但是，在電弧爐冶煉過程中產生大量的煙氣和塵粒［5］，既污染環境，又浪費資源［6］。

南鋼將煙塵引入沉降室，經水冷裝置冷卻回收大部分煙塵，剩余煙塵經布袋除塵器除塵，既達到了煙氣排放標準，又解決了煙塵回收問題［7］。但是，煙塵沉降室耐火材料侵蝕嚴重，使用壽命只有3～5個月。這一方面與煙塵成分復雜、侵蝕性強有關，另一方面與耐火材料選材有關。

本工作中，使用南鋼電弧爐煉鋼沉降室煙塵，對南鋼電弧爐煉鋼煙塵沉降室在用的黏土磚以及擬用的氮化硅結合碳化硅磚和鎂鉻磚進行了靜態坩堝法抗渣試驗，為煙塵沉降室耐火材料選材提高參考。

1 試驗

1．1 試驗用煙塵渣及耐火材料

南鋼電弧爐煉鋼沉降室煙塵（以下稱為煙塵渣）的主要化學組成（w）為：SiO210．52%，CaO 37．27%，Fe2O329．64%，MgO 4．34%，Al2O32．21%，MnO 2．56%，TiO20．85%，K2O 0．02%，Cr2O31．13%，ZnO 7．05%。可見該煙塵渣為堿性渣。

試驗用耐火材料為南鋼電弧爐現場使用的黏土磚以及擬用的氮化硅結合碳化硅磚和鎂鉻磚，其主要理化性能見表1。

表1 試驗用耐火材料的理化性能

1．2 性能檢測

從南鋼電弧爐現場使用的黏土磚以及擬用的氮化硅結合碳化硅磚和鎂鉻磚制取內孔為φ36 mm×30 mm的坩堝試樣，將20 g煙塵渣放入坩堝試樣內孔中，在1 300℃保溫24 h后，沿坩堝中心軸切開，觀測其侵蝕情況，使用掃描電鏡分析其顯微結構，使用能譜儀對不同侵蝕程度區域的化學物相組成進行面掃描分析。

2 結果與討論

抗渣試驗后坩堝試樣的剖面照片見圖1。可以看出：黏土磚侵蝕最為嚴重，氮化硅結合碳化硅磚次之，鎂鉻磚幾乎沒有侵蝕。

圖1 抗渣試驗后坩堝試樣的剖面照片

抗渣試驗后黏土磚試樣的SEM照片見圖2。由圖2（a）可以看出，侵蝕后試樣可分為完全反應層、部分反應層和原磚層三層。根據各層的放大照片圖2（b）、圖2（c）和圖2（d）以及各層的EDS面掃描分析結果（見表2），經分析認為：高溫下液態煙塵渣與黏土磚接觸后發生滲透、侵蝕反應，黏土磚中的主要成分SiO2、Al2O3容易溶解到煙塵渣中。因此黏土磚抗煙塵渣侵蝕性較差。

表2 圖2中各層的EDS面掃描分析結果

抗渣試驗后氮化硅結合碳化硅磚試樣的SEM照片見圖3。由圖3（a）可以看出，侵蝕后試樣可分成部分反應層和原磚層兩層。根據各層的放大照片圖3（b）和圖3（c）以及EDS面掃描分析結果（見表3），經分析認為：高溫下液態煙塵渣對氮化硅結合碳化硅磚的潤濕性較差，很難滲透；但高溫下氮化硅結合碳化硅磚易氧化，氧化產物SiO2容易溶解到煙塵渣中［8］。因此氮化硅結合碳化硅磚抗煙塵渣侵蝕性一般。

圖3 抗渣試驗后氮化硅結合碳化硅磚試樣的SEM照片

表3 圖3中各層的EDS面掃描分析結果

抗渣試驗后鎂鉻磚試樣的SEM照片見圖4。由圖4（a）可以看出：侵蝕后試樣可分成附渣層、致密界面層、滲透反應層和原磚層四層［9］。根據各層的放大照片圖4（b）、圖4（c）、圖4（d）以及各層的EDS面掃描分析結果（見表4），經分析認為：高溫下液態煙塵渣能滲透到鎂鉻磚中，但鎂鉻磚中主要成分方鎂石、鎂鉻尖晶石不容易與煙塵渣反應生成低熔點物相，因此鎂鉻磚具有優異的抗煙塵渣侵蝕性［10］。

圖4 抗渣試驗后鎂鉻磚試樣的SEM照片

表4 圖4中各層的EDS面掃描分析結果

3 結論

（1）南鋼電爐煙塵渣為堿性渣。靜態坩堝法抗渣試驗結果表明，鎂鉻磚抗渣性能最好，氮化硅結合碳化硅磚次之，黏土磚最差。

（2）高溫下，黏土磚中重要成分SiO2、Al2O3易與液態煙塵渣反應而溶解到渣中。液態煙塵渣對氮化硅結合碳化硅磚的潤濕性較差，熔渣很難滲透到磚中；但是氮化硅結合碳化硅磚在高溫下容易發生氧化，氧化產物SiO2很容易與煙塵渣反應而溶解。液態煙塵渣雖然能滲透到鎂鉻磚中，但鎂鉻磚中主要成分方鎂石和鎂鉻尖晶石不容易與煙塵渣發生反應。