关于中频炉内衬耐火材料抗硅铁渣侵蚀性能的分析

仝艺章 王怡为 张媛婷

摘要：文采用静态与动态两种抗渣法，对不同层次的镁铬砖对中频炉炉渣的抗侵蚀性能进行分析，并在光学显微镜下对残砖的结构进行分析。从实验结果可知，不同层次的镁铬砖中，半再结合镁铬砖与电熔再结合镁铬砖的抗渣侵蚀性能更强，能够充分符合中频炉的使用要求。

关键词：中频炉；耐火材料；侵蚀性能

引言：

在对有色金属进行冶炼时，首先将炉料从炉顶部投放进去，然后将浸没式喷枪压力调为0.1MPa，将炉料吹入熔池当中，熔池温度保持在1170—1200℃之间。在熔炼时，熔池将会产生剧烈震动，内衬材料将长时间遭受炉渣侵蚀与固体炉料的摩擦，因此对内衬材料的抗冲刷、抗侵蚀性能具有严格要求。

1.实验对象与方法

1.1样品选择

在抗渣侵蚀实验中，采用三种国内的镁铬质耐火品，一种国外镁铬耐火品，制品砖的编号分别为：第一种是直接结合镁铬砖、第二种为半再结合镁铬砖、第三种为电熔再结合镁铬砖；第四种为国外再结合镁铬砖；炉渣样品采用我国云南地区某公司的炉渣，主要成分为：Zn含量为2.81%，Fe含量为41.28%，SiO2含量为30.84%，Al2O2的含量为3.37%，CaO的含量为3.73%，Cu的含量为1.75%，在各项指标含量上均符合实验要求。

1.2实验方法

1.2.1静态抗渣法

每个样品各取三块，在每块样品的工作面上取一小块，尺寸为50×50×60mm，在每个样块中钻取深度为30mm、直径为20mm的孔。对炉渣进行研磨，使其成为-200目的细粉，取2Kg，将13g的渣样分别灌入到各个样品块的小孔中，再将样品置于高温炉中，调节温度，使其上升到1550℃，保温4h后，在常温状态下冷却。将冷却后的样品沿着钻孔直径切开，这时对炉渣对样品的侵蚀情况进行细致观察。

1.2.2动态抗渣法

以GB8931标准为依据，对耐火材料的抗渣性进行分析，对样品进行切割，使其成为斜削棱柱体，再将其拼装后置于炉体重，以每小时500℃的速度调节温度，使炉内温度提高至1700℃，炉内旋转速度为3r/min。当温度提高到1700℃后进行保温处理，将1Kg的炉渣放入其中，形成渣池，然后每间隔一小时后向其中添加一次炉渣，每次添加1Kg，如此反复。在整个实验中，随时观察炉内的样品情况，当发现样品表面出现较深的沟痕时停止。上述操作在持续进行8h后，发现炉内样品出现较深沟痕，且侵蚀情况较为严重，这时将炉内的残渣清除，实验结束[1]。

在实验结束以后，将样品从中频炉中取出，沿着最长的一侧垂直切开，观察断面变化，并在中心150mm的范围内，每距离15mm进行一次测量，确定砖体样品的厚度，共计测量十次后，计算出厚度的平均值，这样便可计算出砖体被侵蚀掉的厚度，计算公式为：

Q=M-N

式中，Q代表的是侵蚀掉的厚度；M代表的是砖体原本的厚度；N代表的是残留砖体的厚度。

2.实验结果与分析

2.1静态抗渣法结果

对于第二种、第三种与第四种样品砖体来说，熔渣的渗入量相对较少，由于受到制样影响在底部形成了较为明显的小平台。对于第一种砖体来说，留渣的深度测量较难，由于熔渣的渗入量较多，大部分都依附在内壁上，因此变质情况不够明显。同时，第一种样品砖的显气孔率较高，熔渣的渗入量较大，在渗入变质、留渣深度等方面来看，与直接结合镁铬砖相比，含有合成砂的镁铬砖更具优势，并且我国的电熔再结合镁铬砖与国外相比在抗渣侵蚀性能上不相上下。在静态抗渣法实验背景下，四种样品的抗渣侵蚀情况如下所示。

在残渣厚度方面，第一种样品的留渣量较少、残渣大部分附着在侧壁上；第二种样品的残渣厚度为10mm、第三种厚度为8.2mm、第四种厚度为8.1mm；在变质深度上，第一种样品约为靠侧壁2mm；第二种样品约为靠侧壁1.5mm、第三种约为靠侧壁1.2mm、第四种约为靠侧壁1.2mm；在裂纹情况上，四种样品均不存在裂纹；

2.2动态抗渣法结果

在动态抗渣法下，各个样品对炉渣的抗侵蚀情况如下，在残砖厚度方面，第一种样品的厚度为58.5mm、第二种样品为59.0mm、第三种样品为61.0mm、第四种样品为62.0mm；在侵蚀厚度方面，第一种样品的厚度为6.5mm、第二种样品为6.0mm、第三种样品为4.0mm、第四种样品为3.8mm；在反应层厚度方面，第一种样品的厚度为6.0mm、第二种样品为3.0mm、第三种样品为2.0mm、第四种样品为2.4mm；通过上述各项指标参数可知，在侵蚀量上，第一种样品存在不规则的网状细纹，与第二种、第三种相比分别高出12%和75%，第三和第四种的侵蚀量无较大差别[2]。

2.3显微结构分析

在光显微镜下对镁铬砖的结构进行分析，发现砖体中的粗颗粒仍然具备电熔料的原始结构，方镁石基晶解理较为清晰，纯度较高，含有较少的硅酸盐，具有较强的直接结合度。在显微结构上，第一种样品断面上存在不规则网状裂纹、第二种樣品在垂直工作面上存在裂纹、第三和第四种均不存在裂纹。炉渣中的方镁石在发生反应后，对耐火材料产生侵蚀，而复合尖石具有较强的抗渣性，渣蚀部分的硅酸盐与尖晶石构成了一层保护网，能够在一定程度上对炉渣的侵蚀与渗透起到阻碍作用。

结论

综上所述，通过静态和动态两种实验方式能够看出，电熔再结合砖体由于以电熔镁铬砂为原料，样品的气孔率较低，在高温下强度较大，对炉渣具有较强的抗侵蚀性能，镁铬耐火材料对炉渣的侵蚀性能强弱排列上首先是电熔再结合镁铬砖，其次是半再结合镁铬砖，最后为直接结合镁铬砖。

参考文献

[1]周治军. 原料组成对铝镁碳砖抗渣性的影响[J]. 耐火材料，2015，44（5）：372-374.

[2]赵定国，王书桓，郭建龙，等. 含硼炉渣对耐火材料的侵蚀[J]. 过程工程学报，2016，13（2）：333-338.

（作者单位：1.华北理工大学材料科学与工程学院；2.华北理工大学管理学院；3.华北理工大学冶金与能源学院）