礦熱爐是高爐渣生產(chǎn)礦棉的關(guān)鍵設(shè)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(yīng)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(yīng)線圈，為了改善電磁耦合，還需要盡量使?fàn)t襯壁厚盡量降低，因此爐襯耐火材料在砌筑壁薄的同時(shí)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(dòng)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(shí)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(dǎo)致生產(chǎn)線無法達(dá)產(chǎn)，嚴(yán)重影響了其作業(yè)率，制約了該工藝的推廣應(yīng)用。
我公司鄭州駒達(dá)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(diǎn)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(yàn)?zāi)Ｐ�，對耐火材料抗侵蝕性能進(jìn)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(jìn)行了抗渣侵蝕實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)原料，加水?dāng)嚢杈鶆蚝�，振�?dòng)成型。養(yǎng)護(hù)24h后脫模，然后自然養(yǎng)護(hù)24h后進(jìn)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(xué)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(yīng)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(jìn)一步氧化反應(yīng)，稱為鈍化氧化。但是在抗高溫渣侵蝕試驗(yàn)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(hù)層，SiC被進(jìn)一步深入氧化造成材料結(jié)構(gòu)的破壞，同時(shí)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(diǎn)相，提高了材料基質(zhì)中高溫固相的直接結(jié)合率，強(qiáng)化了基質(zhì)，從而提高試樣的高溫力學(xué)性能。同時(shí)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(shí)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(shí)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(jìn)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(yīng)用于玻璃窯上，鋯剛玉不僅用于溫度高、侵蝕嚴(yán)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(jiān)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(kuò)散，因而保護(hù)了材料的本體，在鋯剛玉坩堝抗渣試驗(yàn)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(kuò)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(shí)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(yīng)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(xué)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(diǎn)。面對鋼包內(nèi)襯是在高溫鋼水和渣液的劇烈機(jī)械沖刷和化學(xué)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(yīng)與之相適應(yīng)為前提，并且要求具有較高的熱態(tài)強(qiáng)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?yàn)棰俜芥V石顆粒與石墨在或高溫真空下產(chǎn)生固相反應(yīng)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(xué)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(qiáng)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(jìn)爐渣內(nèi).所以使用在礦棉礦熱爐上的技術(shù)還有待驗(yàn)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(jià)格均比高鋁磚價(jià)格高，甚至說比如鉻鋯剛玉磚的價(jià)格目前價(jià)格是高鋁磚價(jià)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