熔融還原爐運行時對耐火材料的潤濕及要求

 

熔融還原爐對耐火材料的要求

熔融還原爐對耐火材料有什么特殊要求，熔融還原爐使用的耐火材料，須使其滿足各部位的工作環(huán)境，延長爐子的使用壽命。(1)對預還原爐的選材。要求：須使其具有較高的耐剝落性、耐磨性和抗沖擊性，故此多用質粘土質耐火磚或高鋁質耐火磚。(2)終還原爐的選材。要求：須使其具有以下特性：A.耐沖擊性、耐磨性；B.抗堿金屬侵蝕性；C.鐵浸蝕性；D.鐵流動沖刷性，對于采用轉爐和電爐的裝置，其耐火材料多采用MgO-C磚、MgO-Cr2O。磚及鎂白云石磚，對采用豎爐、熔融還原爐裝置，其耐火材料多采用鋁碳磚、低蠕變高鋁耐火磚、碳磚、Al2O3-C-SiC磚。

 

熔融金屬對耐火材料的潤濕

熔渣與熔融鋼鐵之間的潤濕特性對耐火材料與熔融金屬之間的反應有影響。

熔融鋼鐵對耐火材料的潤濕性可以用熔融鋼鐵液滴在耐火材料界面上的接觸角與附著功來表示。

熔融鋼鐵與耐火材料的潤濕性其向耐火材料中的滲透有很大的影響。

當達到一定溫度時，熔融鋼鐵對耐火材料潤濕，熔融鋼鐵容易沿耐火材料氣孔向內部滲透。角越小，潤濕性越好。熔融鋼鐵沿耐火材料氣孔的滲透就越強，越容易接觸到未與熔融鋼鐵反應的耐火材料,反應更容易進行。當具備相關條件時，熔融鋼鐵可很好地鋪展在耐火材料面上。

當溫度低于一定數值時，熔融鋼鐵對耐火材料不潤濕，或潤濕性很差。

常見的耐火氧化物與熔融純鐵在鐵熔化溫度下的吸附功與接觸角。由上面的公式可見，吸附功與耐火材料與溶融金屬的表面張力以及它們之間的界面張力有關。

此外，表面與界面張力還在固體表面的粗糙狀況、氣氛、耐火材料與熔融金屬的組成以及砌體吸附、化學反應等許多因素有關。

 

熔融還原爐在耐火材料的應用

鐵浴式熔融還原爐的使用條件苛刻，對耐火材料要求高。在鐵浴式熔融還原爐操作過程中，爐內髙的二次燃燒率引起溫度提高，二次燃燒帶的爐渣層的溫度可達1700?1900℃，耐火材料蝕損嚴重。長時間高溫下裝料、出鐵的連續(xù)交替操作，更加劇耐火材料的損毀。低堿度(CaO/SiO2=1.2?1.5)高FeO(4%~13%0)爐渣，對耐火材料侵蝕嚴重。

還原爐主要用堿性耐火材料如直接結合鎂鉻磚，鎂白石磚和含碳耐火材料Al2O3-C磚， MgO-C磚等。以下是在5t鐵浴還原爐上的初步使用結果。

(1) MgO-Cr2O3磚。鎂鉻磚在渣線部位使用，在通常的連續(xù)操作下，由剝落造成的蝕損較小，而主要是髙溫下熔損造成的蝕損。這與鎂鉻磚的純度有關，磚中SiO2等雜質成分產生液相進入爐渣反應生成低熔物，促進熔損。為提髙對熔融還原爐等低堿性渣的抗侵蝕和耐磨損性，開發(fā)了高鉻質鎂鉻磚，磚中Cr2O3含量越高，耐侵蝕性越好。添加70%鎂鉻礦(MgO· 

Cr2O3)的磚，其跗用性是添加25%鎂鉻礦的1. 

7倍，蝕損速度在lmm/h以下。但隨著磚中熔劑成分(SiO2，Fe2O3，CaO，Al2O3)的增加，耐侵蝕性有下降趨勢，為此采用以電恪鎂鉻砂和氧化鉻組成的合成磚，提高了耐侵蝕性，同時也采用高鉻鐵礦為原料。但用后的鎊鉻磚存在環(huán)堉污染，因此無鉻磚的開發(fā)和應用十分迫切。

(2) Al2O3-C磚。Al2O3-C磚的蝕損，主要是在髙溫下Al2O3顆粒的熔出和基質石墨的氧化脫碳同時進行所致。研究了石墨含量與金屬添加物對Al2O3-c磚耐蝕性的影響。以石墨含量10%并添加金屬Al的Al3O3-C磚，抗侵蝕性能好。

高溫氧化氣氛、低堿度(Ca0/Si02 = l. 2?1. 5)高FeO爐查，Al2O3-SiO-C磚的耐蝕性 

不如Al2O3-C磚，MgO-Cr2O3磚的侵蝕速率小，約是Al2O3-C磚的I/2，其次是含碳量10%的Mga-C磚，其蝕損速率比A12O3-C磚小1/5。

(3) MgO-C磚。MgO-C磚的蝕損，受爐渣溫度、氣氛的影響較大，尤以渣線部位，爐渣的影響更甚，當鐵氧化物含量增多時，因C的液相氧化造成的蝕損加劇，渣線上部尤為嚴重。對高溫氧化氣氛、低堿度爐渣，采用電熔氧化鎂的MgO-C磚，C含量從20%減至10%的效果好。

U)Al2O3-SiC-C磚，在Al2O3-C質耐火材料中加入SiC，可提高抵抗熔融還原型爐渣對耐火材料的侵蝕能力。1)添加SiC大于5%后，在鐵浴中，侵蝕速率隨SiC量的增加變化很小。在渣及演鐵熔體中的侵蝕速率隨SiC量增加直線降低。2)在鐵渣共存熔體中，渣線處 

Al2O3-SiC-C侵蝕速率高，鐵浴內侵蝕速率低。隨時間延長，熔體對耐火材料的侵蝕速率降低。3)加入SiC后，由于SiC與CO反應析碳而使磚內脫C速率降低。加之SiO2薄膜對 SiC的保護作用，使SiC也能穩(wěn)定存在，降低Al2O3-SiO-C磚氣孔率，可阻止熔體向耐火材料的滲透。

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