【案例】黃磷電爐爐襯耐火材料侵蝕分析及耐火材料配置方案圖

　　電爐是黃磷生產(chǎn)的主要設(shè)備，是將合格的磷礦、硅石和焦炭按一定的比例制成混合爐料加入電爐，在1300~1500℃下進(jìn)行還原反應(yīng)，產(chǎn)生的含磷爐氣經(jīng)除塵、冷凝、精制得到成品黃磷，副產(chǎn)物爐渣和磷鐵從爐底定期排出。因而對爐襯中的絕熱材料、耐火材料及爐襯耐火磚結(jié)構(gòu)都有嚴(yán)格的要求。

　　制磷電爐爐體是由鋼殼和耐火材料砌筑構(gòu)成，爐料在爐內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成的熔融爐渣與磷鐵積存在爐膛下部，形成渣蝕所以對這部分爐底和爐膛內(nèi)襯耐火材料的要求要：荷重軟化溫度高、抗熔渣侵蝕性好、膨脹系數(shù)小、熱穩(wěn)定性好，耐壓強(qiáng)度高，一般黃磷電爐爐襯砌筑耐火材料有高鋁磚、碳磚、冷搗糊組成，爐頂多用鋼纖維耐火澆注料或高強(qiáng)耐火澆注料澆注制成爐蓋。

　　在正常生產(chǎn)過程中爐襯會(huì)受到熔融爐渣的腐蝕，爐襯的腐蝕程度關(guān)系到電爐的檢修周期。因此一般來說爐襯的受腐蝕程度決定了制磷電爐的使用壽命，也就決定了電爐制磷裝置的大修間隔時(shí)間。所以涉及到爐襯耐火材料的質(zhì)量，施工安裝、爐襯砌筑等關(guān)鍵性問題，一定嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，延長電爐制磷的使用壽命節(jié)約生產(chǎn)成本。

　　一 黃磷電爐損壞原因分析

　　制磷電爐正常運(yùn)行時(shí)從爐膛截面來看，下部熔池熔渣溫度約1500℃。高溫爐氣由下而上通過數(shù)米厚的料層進(jìn)行充分的熱交換而使其溫度逐漸降低，升至爐膛上部空間約降至220~300℃，在爐膛熔池中央處熔渣溫度約1500℃，由于爐體的散熱作用，由中央至爐壁及爐底溫度逐漸下降，在爐壁掛料處約1000~1200℃。熔渣和爐壁及爐底的溫度越高對爐襯碳磚的腐蝕性越大。爐底和爐壁一般采用空氣自然冷卻或循環(huán)水冷卻，在日常生產(chǎn)時(shí)須達(dá)到預(yù)期的爐體冷卻效果。

　　1.1 爐襯腐蝕環(huán)境分析

　　磷礦石、硅石、和焦炭本身無腐蝕性，但在爐料中硅石和焦炭與磷礦石配合比不合適以及焦炭粒度過大，在爐內(nèi)形成化學(xué)反應(yīng)，將在生產(chǎn)過程中導(dǎo)致爐襯嚴(yán)重腐蝕。爐渣的熔點(diǎn)決定了其中的CaO—SiO2系統(tǒng)的m(SiO2)/m(CaO)酸堿成份，即按爐渣的酸度指標(biāo)Mk 來判斷，當(dāng)m(SiO2)=51.7%、m(CaO)=48.3%時(shí) CaSiO3的熔點(diǎn)高，為1540℃，此時(shí)熔融硅酸鈣的酸度指數(shù)MK = 1.07 。MK 小于1.07的爐渣稱為堿性爐渣，大于1.07的稱為酸性爐渣。但是酸度指標(biāo)稍大或稍小于1.07的爐渣熔點(diǎn)都比CaSiO3 的低，所以在生產(chǎn)操作中可采用酸度指標(biāo) MK 接近于0.8或者1.2的爐渣進(jìn)行操作。由于酸性爐渣對爐襯的腐蝕性大，不宜采用。采用堿性爐渣操作是一般控制在爐渣酸度指標(biāo)MK =0.75~0.85.由于爐渣中少量雜質(zhì)的存在而降低了其熔點(diǎn)，所以就形成了低熔點(diǎn)的指標(biāo)控制的熔融爐渣溫度1250~1450℃。

　　1.2 爐襯液體的侵蝕

　　熔融爐渣和磷鐵受到電端部高溫作用，不斷翻騰沖刷爐底碳磚，在爐中心電三角區(qū)的熔池底部有時(shí)會(huì)形成凹坑，若爐底炭磚磚縫砌筑質(zhì)量差，熔融磷鐵則滲入磚縫中將炭磚浮起燒蝕熔融。熔渣也會(huì)腐蝕爐壁碳磚，還會(huì)使?fàn)t殼鋼板發(fā)紅，甚至燒穿爐底和爐壁鋼板。

　　黃磷電爐內(nèi)襯耐火材料配置及砌筑

　　(黃磷電爐內(nèi)襯耐火材料配置示意圖)

　　2.1 爐底及爐墻高鋁磚砌筑按照耐火磚砌筑施工技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)中的I類砌筑標(biāo)準(zhǔn)<1mm的灰縫施工，要求高鋁磚干燥砌筑層泥漿飽滿。每砌下一層磚前應(yīng)將已砌完的磚面清掃干凈。砌磚中斷或返工拆磚而須留槎時(shí)，應(yīng)留成階梯形的斜槎。相鄰墻的高差不得超過1.2m，砌筑時(shí)應(yīng)使用木槌或橡膠槌進(jìn)行敲打找正，不得使用鐵錘敲磚。

　　2.2 炭磚的水平方向磚縫厚度為20mm左右。若采用西縫砌筑，或采用自焙炭磚，冷搗糊筑爐技術(shù)，筑爐時(shí)須注意產(chǎn)品說明書并按相關(guān)的筑爐技術(shù)要求進(jìn)行。

　　2.3 采用冷到糊或電糊做粘結(jié)劑砌筑炭磚爐襯要行小火加熱。電糊加熱熔化溫度一般控制在180~190℃，每次灌入磚縫中的高度為80~100mm，用風(fēng)鎬炮錘搗實(shí)，使壓實(shí)后的高度為原高度的40%~50%。爐底上下兩層炭磚的豎縫在空間成垂直交叉狀態(tài)，爐壁內(nèi)外兩層炭磚均為立砌，磚縫寬40mm左右，其與爐底炭磚的磚縫要錯(cuò)開，在開口處用木板擋住，以防電糊流淌形成孔隙，確保施工質(zhì)量。

　　總結(jié)：制磷電爐是黃磷的心臟設(shè)備，須精心操作，規(guī)范操作，合理調(diào)配原料的成份的添加比，控制焦炭的粒度大小，嚴(yán)把內(nèi)襯耐火材料施工質(zhì)量及耐火材料的采購標(biāo)準(zhǔn)，才能做到延長爐襯使用壽命。

　　鄭州駒達(dá)新材料科技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。