關(guān)于中頻爐內(nèi)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(tài)與動態(tài)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(xué)顯微鏡下對殘磚的結(jié)構(gòu)進行分析。從實驗結(jié)果可知，不同層次的鎂鉻磚中，半再結(jié)合鎂鉻磚與電熔再結(jié)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(guān)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(diào)為0.1MPa，將爐料吹入熔池當(dāng)中，熔池溫度保持在1170—1200℃之間。在熔煉時，熔池將會產(chǎn)生劇烈震動，內(nèi)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(nèi)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(nèi)的鎂鉻質(zhì)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(jié)合鎂鉻磚、第二種為半再結(jié)合鎂鉻磚、第三種為電熔再結(jié)合鎂鉻磚；第四種為國外再結(jié)合鎂鉻磚；爐渣樣品采用我國云南地區(qū)某公司的爐渣，主要成分為：Zn含量為2.81%，F(xiàn)e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(tài)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(diào)節(jié)溫度，使其上升到1550℃，保溫4h后，在常溫狀態(tài)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(tài)抗渣法

以GB8931標準為依據(jù)，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(diào)節(jié)溫度，使爐內(nèi)溫度提高至1700℃，爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)速度為3r/min。當(dāng)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(fù)。在整個實驗中，隨時觀察爐內(nèi)的樣品情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)樣品表面出現(xiàn)較深的溝痕時停止。上述操作在持續(xù)進行8h后，發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)樣品出現(xiàn)較深溝痕，且侵蝕情況較為嚴重，這時將爐內(nèi)的殘渣清除，實驗結(jié)束[1]。

在實驗結(jié)束以后，將樣品從中頻爐中取出，沿著最長的一側(cè)垂直切開，觀察斷面變化，并在中心150mm的范圍內(nèi)，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(jié)果與分析

2.1靜態(tài)抗渣法結(jié)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(nèi)壁上，因此變質(zhì)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(zhì)、留渣深度等方面來看，與直接結(jié)合鎂鉻磚相比，含有合成砂的鎂鉻磚更具優(yōu)勢，并且我國的電熔再結(jié)合鎂鉻磚與國外相比在抗渣侵蝕性能上不相上下。在靜態(tài)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(cè)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(zhì)深度上，第一種樣品約為靠側(cè)壁2mm；第二種樣品約為靠側(cè)壁1.5mm、第三種約為靠側(cè)壁1.2mm、第四種約為靠側(cè)壁1.2mm；在裂紋情況上，四種樣品均不存在裂紋；

2.2動態(tài)抗渣法結(jié)果

在動態(tài)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(yīng)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(shù)可知，在侵蝕量上，第一種樣品存在不規(guī)則的網(wǎng)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(jié)構(gòu)分析

在光顯微鏡下對鎂鉻磚的結(jié)構(gòu)進行分析，發(fā)現(xiàn)磚體中的粗顆粒仍然具備電熔料的原始結(jié)構(gòu)，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(jié)合度。在顯微結(jié)構(gòu)上，第一種樣品斷面上存在不規(guī)則網(wǎng)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(fā)生反應(yīng)后，對耐火材料產(chǎn)生侵蝕，而復(fù)合尖石具有較強的抗渣性，渣蝕部分的硅酸鹽與尖晶石構(gòu)成了一層保護網(wǎng)，能夠在一定程度上對爐渣的侵蝕與滲透起到阻礙作用。

結(jié)論

綜上所述，通過靜態(tài)和動態(tài)兩種實驗方式能夠看出，電熔再結(jié)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(jié)合鎂鉻磚，其次是半再結(jié)合鎂鉻磚，最后為直接結(jié)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(xué)報，2016，13（2）：333-338.

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