南鋼電弧爐煉鋼煙塵沉降室用耐火材料抗侵蝕性研究

李權(quán)輝 于建賓 李 翔 馬渭奎

1）南鋼鋼鐵股份有限公司 研究院 江蘇南京210044

2）中鋼集團(tuán)洛陽(yáng)耐火材料研究院有限公司 先進(jìn)耐火材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽(yáng)471039

電弧爐煉鋼是一種重要的煉鋼工藝［1-4］。但是，在電弧爐冶煉過程中產(chǎn)生大量的煙氣和塵粒［5］，既污染環(huán)境，又浪費(fèi)資源［6］。

南鋼將煙塵引入沉降室，經(jīng)水冷裝置冷卻回收大部分煙塵，剩余煙塵經(jīng)布袋除塵器除塵，既達(dá)到了煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)，又解決了煙塵回收問題［7］。但是，煙塵沉降室耐火材料侵蝕嚴(yán)重，使用壽命只有3～5個(gè)月。這一方面與煙塵成分復(fù)雜、侵蝕性強(qiáng)有關(guān)，另一方面與耐火材料選材有關(guān)。

本工作中，使用南鋼電弧爐煉鋼沉降室煙塵，對(duì)南鋼電弧爐煉鋼煙塵沉降室在用的黏土磚以及擬用的氮化硅結(jié)合碳化硅磚和鎂鉻磚進(jìn)行了靜態(tài)坩堝法抗渣試驗(yàn)，為煙塵沉降室耐火材料選材提高參考。

1 試驗(yàn)

1．1 試驗(yàn)用煙塵渣及耐火材料

南鋼電弧爐煉鋼沉降室煙塵（以下稱為煙塵渣）的主要化學(xué)組成（w）為：SiO210．52%，CaO 37．27%，F(xiàn)e2O329．64%，MgO 4．34%，Al2O32．21%，MnO 2．56%，TiO20．85%，K2O 0．02%，Cr2O31．13%，ZnO 7．05%?？梢娫摕焿m渣為堿性渣。

試驗(yàn)用耐火材料為南鋼電弧爐現(xiàn)場(chǎng)使用的黏土磚以及擬用的氮化硅結(jié)合碳化硅磚和鎂鉻磚，其主要理化性能見表1。

表1 試驗(yàn)用耐火材料的理化性能

1．2 性能檢測(cè)

從南鋼電弧爐現(xiàn)場(chǎng)使用的黏土磚以及擬用的氮化硅結(jié)合碳化硅磚和鎂鉻磚制取內(nèi)孔為φ36 mm×30 mm的坩堝試樣，將20 g煙塵渣放入坩堝試樣內(nèi)孔中，在1 300℃保溫24 h后，沿坩堝中心軸切開，觀測(cè)其侵蝕情況，使用掃描電鏡分析其顯微結(jié)構(gòu)，使用能譜儀對(duì)不同侵蝕程度區(qū)域的化學(xué)物相組成進(jìn)行面掃描分析。

2 結(jié)果與討論

抗渣試驗(yàn)后坩堝試樣的剖面照片見圖1?？梢钥闯觯吼ね链u侵蝕最為嚴(yán)重，氮化硅結(jié)合碳化硅磚次之，鎂鉻磚幾乎沒有侵蝕。

圖1 抗渣試驗(yàn)后坩堝試樣的剖面照片

抗渣試驗(yàn)后黏土磚試樣的SEM照片見圖2。由圖2（a）可以看出，侵蝕后試樣可分為完全反應(yīng)層、部分反應(yīng)層和原磚層三層。根據(jù)各層的放大照片圖2（b）、圖2（c）和圖2（d）以及各層的EDS面掃描分析結(jié)果（見表2），經(jīng)分析認(rèn)為：高溫下液態(tài)煙塵渣與黏土磚接觸后發(fā)生滲透、侵蝕反應(yīng)，黏土磚中的主要成分SiO2、Al2O3容易溶解到煙塵渣中。因此黏土磚抗煙塵渣侵蝕性較差。

表2 圖2中各層的EDS面掃描分析結(jié)果

抗渣試驗(yàn)后氮化硅結(jié)合碳化硅磚試樣的SEM照片見圖3。由圖3（a）可以看出，侵蝕后試樣可分成部分反應(yīng)層和原磚層兩層。根據(jù)各層的放大照片圖3（b）和圖3（c）以及EDS面掃描分析結(jié)果（見表3），經(jīng)分析認(rèn)為：高溫下液態(tài)煙塵渣對(duì)氮化硅結(jié)合碳化硅磚的潤(rùn)濕性較差，很難滲透；但高溫下氮化硅結(jié)合碳化硅磚易氧化，氧化產(chǎn)物SiO2容易溶解到煙塵渣中［8］。因此氮化硅結(jié)合碳化硅磚抗煙塵渣侵蝕性一般。

圖3 抗渣試驗(yàn)后氮化硅結(jié)合碳化硅磚試樣的SEM照片

表3 圖3中各層的EDS面掃描分析結(jié)果

抗渣試驗(yàn)后鎂鉻磚試樣的SEM照片見圖4。由圖4（a）可以看出：侵蝕后試樣可分成附渣層、致密界面層、滲透反應(yīng)層和原磚層四層［9］。根據(jù)各層的放大照片圖4（b）、圖4（c）、圖4（d）以及各層的EDS面掃描分析結(jié)果（見表4），經(jīng)分析認(rèn)為：高溫下液態(tài)煙塵渣能滲透到鎂鉻磚中，但鎂鉻磚中主要成分方鎂石、鎂鉻尖晶石不容易與煙塵渣反應(yīng)生成低熔點(diǎn)物相，因此鎂鉻磚具有優(yōu)異的抗煙塵渣侵蝕性［10］。

圖4 抗渣試驗(yàn)后鎂鉻磚試樣的SEM照片

表4 圖4中各層的EDS面掃描分析結(jié)果

3 結(jié)論

（1）南鋼電爐煙塵渣為堿性渣。靜態(tài)坩堝法抗渣試驗(yàn)結(jié)果表明，鎂鉻磚抗渣性能最好，氮化硅結(jié)合碳化硅磚次之，黏土磚最差。

（2）高溫下，黏土磚中重要成分SiO2、Al2O3易與液態(tài)煙塵渣反應(yīng)而溶解到渣中。液態(tài)煙塵渣對(duì)氮化硅結(jié)合碳化硅磚的潤(rùn)濕性較差，熔渣很難滲透到磚中；但是氮化硅結(jié)合碳化硅磚在高溫下容易發(fā)生氧化，氧化產(chǎn)物SiO2很容易與煙塵渣反應(yīng)而溶解。液態(tài)煙塵渣雖然能滲透到鎂鉻磚中，但鎂鉻磚中主要成分方鎂石和鎂鉻尖晶石不容易與煙塵渣發(fā)生反應(yīng)。