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這三組電爐耐火磚配置方案,哪一種更耐侵蝕更耐用?

2020-08-11

根據釩鈦磁鐵礦特色大膽的提出直接還原-熔分深還原-鐵水提釩-高鈦渣的新工藝路線,不僅實現了釩鈦磁鐵礦冶煉鐵水的短流程,還實現了鐵、釩、鈦的一次性分離和綜合回收利用。根據釩鈦磁鐵礦綜合利用的需要,攀鋼于20世紀80年代著手于釩鈦磁鐵礦直接還原的工藝研究。該工藝在前人研究的基礎上,還是存在較多生產運行問題,其中明弧溫度過高導致爐蓋變形嚴重、爐襯與酸性鈦渣不匹配導致爐襯的過快侵蝕,對生產、試驗運行影響比較大。


目前,熔分電爐采用中碳鎂碳磚(C:14%~16%)作為耐火材料,使用壽命較低,不能滿足現場試驗的需要。為此,我們需要選擇一種適合熔分電爐冶煉的耐火材料。通過開展各種耐火磚的動態抗渣侵蝕對比試驗、計算、分析等方式,找到滿足熔分電爐工況可長期生產的耐火材料。該耐火材料需具備較好的耐氧化亞鐵和二氧化鈦酸性爐渣的侵蝕性能,抗低碳鐵水的沖刷性優良,而且本身耐火度高,適合電爐的高溫和高溫冶煉。


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熔分電爐耐火材料概況


1、熔分電爐概況


中試線的熔分電爐主要由爐基、爐身、爐壁(爐門)、爐蓋、三相石墨電極(A相、B相、C相)、耐火材料、出鐵口、出渣口、操作平臺、電極升降裝置、加料系統、排煙系統等部分組成,功率12500kV·A,爐體直徑7.4m,爐膛直徑5.2m、深2.1m,熔池直徑3.8m、深0.8m。出渣口與出鐵口垂直90°分布,出鐵口正對中A相電極。熔分電爐冶煉末期渣鐵分離后,開渣口出渣,渣出干凈后再開鐵口出鐵。渣系為酸性渣,堿度0.2左右。


2、熔分電爐耐火材料使用情況


2.1 熔分電爐1~5爐役耐火材料砌筑情況


熔分電爐投產后,由于侵蝕過快,對耐火材料進行大修、更換,前后實施了2~5爐役,情況如下:第2爐役耐火材料砌筑結構是在第1爐役砌筑結構基礎上進行了改進和優化,減薄了熔池部位的耐火材料厚度,并在出鐵口和出渣口采用轉爐,目前使用出鋼口套磚,替代了預制件。第3爐役耐火材料砌筑結構進一步優化,降低了鎂磚的厚度,增加了鎂碳磚襯的厚度,同時在第2爐役基礎上增加熔池渣線以上部位耐火材料的厚度,出鐵口和出渣口仍采用出鋼口套磚,出鐵口降低50mm左右。第4爐役耐火材料砌筑結構與第3爐役接近,變化不大,主要是熔池部位耐火材料稍微加厚,熔池直徑變小。第5爐役前期耐火材料砌筑結構與第4爐役相同,試驗后期,熔分電爐上沿鋼殼發紅,對熔分電爐的上部耐火材料進行改進,加厚了上沿鎂碳磚厚度,并砌筑鎂磚用于保護鋼殼。


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2.2 初始設計耐火材料砌筑結構


熔分電爐初始設計耐火材料砌筑結構工作層主要材料是中碳鎂碳磚,爐襯層用鎂磚,爐底采用高鋁磚、鎂磚綜合砌筑。出鐵口和出渣口采用鎂碳質預制件。


2.3 熔分電爐1~5爐役耐火材料侵蝕情況分析


熔分電爐1~5爐役耐火襯在試驗中后期出現嚴重侵蝕和損毀,爐襯侵蝕嚴重的位置主要在渣線附近,特別是三相電極背后區域,呈現明顯的三相梅花瓣狀輪廓。在鐵線及以下耐火材料和渣線上部耐火材料侵蝕和損毀都不嚴重,說明爐渣對耐火材料的侵蝕影響顯著。


根據熔分電爐的工況和冶煉條件,分析爐襯侵蝕損毀原因有4點:


(1) 間歇式操作使耐火材料受冷熱交替的熱震作用,產生裂紋并掉塊,降低耐火材料的性能。


(2) 高溫冶煉條件和電弧的照射與沖刷造成耐火材料侵蝕和損毀。


(3) 熔渣與低碳鐵水受電弧的攪拌,強烈沖刷耐火材料,造成爐襯的機械沖刷損毀。


(4) 酸性熔渣(FeO、SiO2和TiO2)對耐火材料侵蝕,鎂碳磚中的碳被氧化損失,形成孔洞,熔渣進入后與氧化鎂反應形成鐵酸鎂、硅酸鎂、鈦酸鎂等低熔點物質。


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