礦熱爐是高爐渣生產(chǎn)礦棉的關(guān)鍵設備，也叫電爐生產(chǎn)礦棉法。爐體外形為圓柱形從功率上區(qū)分目前國內(nèi)應用較多的有3500KVA、5000KVA、8000KVA等不等功率的礦棉電爐，爐襯內(nèi)襯盛載著高溫渣液，外圍是水冷的感應線圈，為了改善電磁耦合，還需要盡量使爐襯壁厚盡量降低，因此爐襯耐火材料在砌筑壁薄的同時要在使用過程中承受來自高爐渣液倒入電爐內(nèi)熱沖擊和溫度急劇變化的的破壞、要承受熔煉過程中電極磁場帶動渣液泛起波紋狀的沖刷和爐渣的侵蝕。因此對爐襯用耐火材料選材要求十分苛刻。目前爐襯用的材料主要是圍繞中性耐火材料選擇有特級高鋁磚、碳素制品、石墨制品、高鋁澆注料、碳化硅搗打料但在實際使用過程中耐火內(nèi)襯均不能夠滿足使用要求，使用壽命短，不能連續(xù)生產(chǎn)，導致生產(chǎn)線無法達產(chǎn)，嚴重影響了其作業(yè)率，制約了該工藝的推廣應用。
我公司鄭州駒達新材料科技有限公司針對礦棉電爐耐火材料內(nèi)襯出現(xiàn)的問題，并結(jié)合該工藝特點以及高爐熔渣調(diào)質(zhì)后為酸性熔渣的工況，建立了抗酸性熔渣侵蝕試驗模型，對耐火材料抗侵蝕性能進行研究，分別采用了剛玉碳化硅質(zhì)、鉻鋯剛玉質(zhì)、鋯剛玉質(zhì)、鋁鎂碳質(zhì)系列材料進行了抗渣侵蝕實驗。
實驗方法及過程采用靜態(tài)坩堝法研究試樣的抗侵蝕性能。按照配方配比稱量實驗原料，加水攪拌均勻后，振動成型。養(yǎng)護24h后脫模，然后自然養(yǎng)護24h后進行110℃烘干，烘干后的坩堝放入適量的爐渣（80%高爐渣+20%調(diào)質(zhì)礦石）高爐爐渣和調(diào)質(zhì)礦石化學成分見下表，在1600℃的溫度下保溫6h，然后將坩堝從中間部位切開，以中間剖面觀察到侵蝕深度來判斷其抗侵蝕性能。
四種材料抗渣性能對比
① 剛玉碳化硅體系產(chǎn)品
剛玉碳化硅體系在高爐鐵溝上取得了成功的應用，抗FeO—SiO2渣的侵蝕以及抗CaO—SiO2渣的熔蝕性能優(yōu)良，碳化硅屬于非氧化物，對渣潤濕角大，具有一定的抗侵蝕性能。但是在高溫狀態(tài)下，碳化硅發(fā)生SiC+2O2 =SiO2+CO2 SiO2 在材料表面形成釉層，堵塞氣孔，避免了碳化硅的進一步氧化反應，稱為鈍化氧化。但是在抗高溫渣侵蝕試驗中，沒有體現(xiàn)出很好的抗侵蝕性，在材料與渣液界面沒有形成保護層，SiC被進一步深入氧化造成材料結(jié)構(gòu)的破壞，同時抗渣侵蝕性能降低。
② 鉻鋯剛玉質(zhì)體系
在鉻剛玉耐火材料中加入各種添加劑，例如二氧化鋯、鋯英砂等、加入ZrO2可以提高耐火材料的抗熱震性和耐磨性，在鉻剛玉系耐火材料中引入ZrO2會提高高溫液相的粘度，使高溫液相更加孤立的存在于基質(zhì)中，并且ZrO2本身為高熔點相，提高了材料基質(zhì)中高溫固相的直接結(jié)合率，強化了基質(zhì)，從而提高試樣的高溫力學性能。同時添加的ZrO2在高溫過程中發(fā)生相變伴隨著體積變化而在晶粒周圍產(chǎn)生微裂紋合并狂戰(zhàn)，這同時也改善了材料的熱震穩(wěn)定性。鉻鋯剛玉體系能夠很好地抵抗高爐爐渣的滲透與侵蝕，同時引入改善了鉻剛玉體系熱震穩(wěn)定性，有利于材料使用壽命的進一步提高。
③鋯剛玉質(zhì)體系
鋯剛玉具有優(yōu)良的抗酸性侵蝕性能，被廣泛的應用于玻璃窯上，鋯剛玉不僅用于溫度高、侵蝕嚴重的與玻璃液接觸部位，而且廣泛用于玻璃窯上部結(jié)構(gòu)中。鋯剛玉的主要晶相是堅密共存的剛玉和斜鋯石，而這兩種晶相都具有很好的抗侵蝕性能。鋯剛玉中的玻璃相填充在剛玉相與斜鋯石相之間，這種玻璃相在收到高溫玻璃相侵蝕后生產(chǎn)粘度極高的鈉長石質(zhì)玻璃，由于其中熔化了一定數(shù)量的ZrO2而粘度更大，這層高黏度的玻璃質(zhì)留在材料表面上，不易擴散，因而保護了材料的本體，在鋯剛玉坩堝抗渣試驗中，坩堝底部只有淺淺的一層基質(zhì)部分被蝕損，渣液沒有繼續(xù)向深處擴展，侵蝕深度大約為1~2mm，抗高爐渣侵蝕效果好。在鋯剛玉材質(zhì)中存在斜鋯石和剛玉共晶在菱面注狀的剛玉晶體上同時分布著粒狀斜鋯石結(jié)晶，鑲嵌在剛玉晶體里：這種結(jié)構(gòu)可以防止剛玉過早的被渣液所破壞，因此具有良好的抗渣侵蝕性能。
④：鋁鎂碳質(zhì)體系
鋁鎂碳磚在鋼包中應用的非常廣泛為了能夠抵抗高溫鋼水和渣液的劇烈沖刷和化學侵蝕，摻加了適量的碳素材料，為了提高磚的抗氧化性，參加了適量的抗氧化劑。因此鋁鎂碳磚具有抗侵蝕、抗剝落、抗氧化、不沾渣等特點。面對鋼包內(nèi)襯是在高溫鋼水和渣液的劇烈機械沖刷和化學作用下使用的工況環(huán)境，其渣成分主要是CaO、SiO2、AL2O3、FeO、MgO、MnO、K2O、Na2O 等因此選材質(zhì)應與之相適應為前提，并且要求具有較高的熱態(tài)強度，以抵抗高溫鋼水的沖刷。鋁鎂碳轉(zhuǎn)抗堿性渣效果特別好但是鋁鎂碳轉(zhuǎn)在使用過程中碳元素在高溫會發(fā)生氧化，原因是因為①方鎂石顆粒與石墨在或高溫真空下產(chǎn)生固相反應如下: MgO+C→Mg↑+CO↑ 生成的蒸汽和CO揮發(fā); ②方鎂石顆粒被熔渣化學熔損,包括外來爐渣及鎂砂雜質(zhì)中的各類氧化物的熔損; ③鋁鎂碳磚工作層基質(zhì)氧化脫碳后,其結(jié)合強度降低.在爐渣的滲透及沖刷下,方鎂石顆粒脫離磚體被沖裹進爐渣內(nèi).所以使用在礦棉礦熱爐上的技術(shù)還有待驗證。
通過以上四種材料的抗渣性能對比其結(jié)果為鉻鋯剛玉磚＞鋯剛玉磚＞剛玉碳化硅磚＞鋁鎂碳磚，但是這四種材料的市場價格均比高鋁磚價格高，甚至說比如鉻鋯剛玉磚的價格目前價格是高鋁磚價格的十倍左右，所以很多廠家不愿意選擇這種材料，出現(xiàn)難以推廣的局面