【案例】5000KVA礦棉電爐耐火材料損毀分析及總結(jié)

　　摘要：礦棉是良的隔熱保溫、吸聲材料。由硅酸鹽熔融物制得的棉花狀短纖維，生產(chǎn)制作原料有多種，可以使用天然巖石比如玄武巖、石英巖也可以使用工業(yè)廢渣比如高爐錳渣、煉鋼爐渣、鐵合金渣等進(jìn)行酸堿搭配的配料計(jì)算后按一定比例加入爐內(nèi)熔煉制得原漿。生產(chǎn)設(shè)備目前比較常見有沖天爐、電爐礦熱爐。我公司鄭州榮盛窯爐耐火材料有限公司就山西東方資源發(fā)展有限公司5000KVA礦棉生產(chǎn)電爐使用耐火材料壽命短等問題進(jìn)行了總結(jié)。

　　鋼鐵、有色金屬的冶煉一直是促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展一項(xiàng)重要指標(biāo)，但是隨之而來的是環(huán)保及資源再利用的問題，在冶煉過程中排出的高爐渣處理問題一直困擾著企業(yè)。大量的高爐渣堆積不僅占用大片土地造成環(huán)境污染，而且對高爐渣這一潛在的資源也是嚴(yán)重的浪費(fèi)，利用高爐渣生產(chǎn)礦棉是資源在利用的重要技術(shù)途徑之一，它不僅可以直接將高爐渣變廢為寶更是實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排、低碳環(huán)保的效果。

　　山西東方資源發(fā)展有限公司是一家循環(huán)能源為一體的綜合型企業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)鏈做到利用循環(huán)的目的，目前該公司實(shí)現(xiàn)2臺(tái)5000KVA電爐生產(chǎn)礦棉，綜合利用了高爐冶煉錳鐵排出的高爐錳渣，高爐錳渣是高爐錳鐵的主要副產(chǎn)物，排出溫度在1400℃以上。一般情況下，1t高爐熔渣含有顯熱1675MJ，約相當(dāng)于57kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時(shí)放出的熱量，礦棉生產(chǎn)工藝是將高爐冶煉錳鐵后排放出來的含有高爐顯熱的高爐熔渣倒入鋼包中運(yùn)送至可冶煉的電爐內(nèi)與輔料硅石通過液-固混合調(diào)質(zhì)均勻，且酸度系數(shù)復(fù)合成纖維要求后，經(jīng)噴吹法制成纖維棉。

　　該公司自投產(chǎn)的2臺(tái)電爐礦棉生產(chǎn)線一直因?yàn)閮?nèi)襯耐火材料使用壽命短造成生產(chǎn)不穩(wěn)定，短的使用壽命在砌筑完以后投產(chǎn)不到1個(gè)月出現(xiàn)爐墻侵蝕過快而停產(chǎn)修復(fù)，連續(xù)這種情況達(dá)數(shù)次，后經(jīng)多個(gè)地區(qū)不同耐火材料廠家分析使用原因均沒有得到顯著的使用效果，該公司后經(jīng)自己在不斷的實(shí)踐過程中總結(jié)了豐富的經(jīng)驗(yàn)，在不斷的改進(jìn)爐殼尺寸，液線高度及增加水冷壁的情況下延長使用壽命，我公司鄭州榮盛窯爐耐火材料有限公司就目前山西東方資源發(fā)展有限公司1#電爐內(nèi)襯耐火材料損毀情況進(jìn)行了分析并與該公司進(jìn)行了溝通對接。

　　該公司有2臺(tái)同樣功率的5000KVA礦熱電爐，且1#爐的使用壽命一直比較短，但是2#爐的使用壽命目前已經(jīng)從砌筑到投產(chǎn)超過4個(gè)月暫時(shí)沒有出現(xiàn)太大問題，現(xiàn)在該公司將1#爐重新建造全部改成與2#爐同樣爐殼尺寸及同樣內(nèi)襯耐火材料的砌筑方法。我公司就電爐內(nèi)襯耐火材料損毀機(jī)理進(jìn)行分析。

　　一：損毀機(jī)理分析

　　(1)化學(xué)因素侵蝕損毀

　　礦棉生產(chǎn)在配料是通常需要控制其酸性系數(shù)值也就是我們所說的調(diào)酸，酸度要合適(SiO2+AL2O3與MgO+CaO的比值為1.2~1.6)使用高爐錳渣冶煉時(shí)則還需要另外加入酸性礦石硅石作為助熔劑，所以在熔煉過程中液體整體的成份要呈酸性值，酸度系數(shù)越高，礦棉的化學(xué)耐久性越好。但酸度系數(shù)過高時(shí)，制成的纖維可能較長，雖然化學(xué)穩(wěn)定性得到改善，使用溫度提高，但較難熔化，纖維較粗，我們從礦棉的生產(chǎn)原料高爐錳渣和添加的助熔劑硅石(SiO2)來判斷其酸性，高爐錳渣的主要成分是SiO2、AL2O3、CaO和MgO，這4種成分高爐錳渣熔體的成棉質(zhì)量及其化學(xué)穩(wěn)定性主要由一個(gè)化學(xué)常數(shù)—酸度(MK)系數(shù)決定MK表示其中含有的SiO2+AL2O3對CaO+MgO之質(zhì)量比的表示方法。其中這4中成分的含量總和達(dá)90~95%即(SiO2+AL2O3)約占45%(CaO+MgO)約占47%的高爐錳渣酸度比值MK為0.95。為了滿足礦渣棉成纖要求，需向高爐錳渣中添加一定量的調(diào)節(jié)劑來調(diào)節(jié)酸度系數(shù)，也即調(diào)節(jié)熔渣的粘度，添加的助熔劑為酸性礦石硅石助熔劑其中化學(xué)成分為SiO2主要成分為二氧化硅屬于酸性氧化物來調(diào)和酸度形成佳配比。

　　所以說在電爐中的整體液相成分為酸性，在耐火材料產(chǎn)品中抵抗酸性侵蝕的酸性耐火磚主要有：

　　(1)強(qiáng)酸性的硅磚、不定形硅質(zhì)耐火材料以及石英玻璃制品、熔融石英再結(jié)合制品;

　　(2)中等酸性的半硅質(zhì)耐火材料及葉蠟石質(zhì)耐火材料;

　　(3)弱酸性的黏土質(zhì)耐火材料。酸性耐火材料的主要特點(diǎn)是在高溫下能抵抗酸性物質(zhì)(酸性渣)的侵蝕，但易與堿性物質(zhì)(堿性渣)起反應(yīng)，鋯英石質(zhì)耐火材料和碳化硅質(zhì)耐火材料作為特殊酸性耐火材料也歸于此類。

　　(2)物理因素?fù)p毀機(jī)理

　　在與該公司生產(chǎn)和砌筑窯爐的工作人員對于1#爐耐火材料損毀情況及結(jié)合現(xiàn)2#爐的耐火材料砌筑情況溝通后得知電爐內(nèi)襯耐火材料損毀嚴(yán)重部位為爐膛向上800~900mm液面向下100~200mm地方爐墻侵蝕為過快，其他地方則沒有損毀過快情況，介于這種情況我公司分析問題原因在于此部位的耐火材料損毀與電下插深度位置相接近，判斷該部位耐火材料的損壞是由于電產(chǎn)生高溫后形成熔煉帶動(dòng)周圍熔體的沸騰產(chǎn)生波紋狀的波動(dòng)從而對爐墻耐火材料造成一層一層的掏蝕，掏蝕后此部位爐墻耐火磚沒有重力點(diǎn)然后造成上面耐火磚形成剝落。后該公司總結(jié)了1#爐襯里耐火材料的使用情況，在2#爐上進(jìn)行爐襯耐火材料的改造2#爐比原1#爐爐殼直徑要大，在爐墻該部位使用了碳化硅搗打料，目前已經(jīng)正常使用4個(gè)月暫無問題，說明碳質(zhì)SiC耐火材料作為特殊酸性耐火材料，也作為中性耐火材料對酸性侵蝕及物理掏蝕是有一定效果的。

　　總結(jié)：對于5000KVA礦棉電爐內(nèi)襯耐火材料的損毀情況，我公司做了以上兩點(diǎn)客觀性的分析，建議應(yīng)根據(jù)不同的侵蝕機(jī)理和損毀原因作出適當(dāng)調(diào)整與耐火材料廠家共同一致打造能健康爐襯。

　　鄭州榮盛窯爐耐火材料有限公司是一家為高溫行業(yè)用耐火材料提供從材料定制、技術(shù)服務(wù)到窯爐砌筑為一體的整包服務(wù)單位，主營業(yè)務(wù)產(chǎn)品有高鋁澆注料、不沾鋁澆注料、低水泥澆注料、鋼纖維耐磨澆注料、高強(qiáng)澆注料、碳化硅澆注料等一系列熱工窯爐用耐火澆注料產(chǎn)品。