大型钛渣电炉炉衬侵蚀原因及措施_马勇.docx
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1、大型钛渣电炉炉衬侵蚀原因及措施马 勇 ( 四 川 大 学 化 学 工 程 学 院 , 四 川 成 都 610065)摘 要 : 对 大 型 钛 渣 电 炉 炉 衬 侵 蚀 情 况 进 行 物 理 检 测 及 分 析 , 表 明 炉 衬 的 侵 蚀 主 要 来 自 高 温 熔 体 侵 蚀 及 钛 氧 化 物 和 铁 氧 化 物 的 化 学 侵 蚀 , 并 提 出 了 优 化 耐 火 材 料 、 加 强 挂 渣 层 的 维 护 及 保 证 冶 炼 的 连 续 性 等 措 施 。关 键 词 : 炉 衬 ;钛 渣 ;侵 蚀国内的大型钛渣电炉在2000年后才逐渐发展起来的,其中 某厂的25000KVA钛
2、渣电炉作为国内最大钛渣冶炼电炉之一, 随着其使用寿命达到设计年限后,如何延长钛渣电炉的使用寿 命,成为钛渣冶金工作者关心的问题。延长电炉的使用寿命首 先要了解电炉在钛渣冶炼过程中的侵蚀状况,因此在电炉拆除 之际,通过物理检测和分析,重点针对电炉炉衬侵蚀情况进行 研究,提出了延长钛渣电炉炉龄的措施,为钛渣电炉的下一步 设计提供进依据。 11钛渣电炉结构概况钛渣电炉是钛渣生产中的主要设备,其作用是作为钛精矿 还原反应和渣、铁分离的容器。其炉衬可分为熔池上部、熔池 段和炉底三部分。其中熔池上部采用高铝砖砌筑,熔池段和炉 底均采用镁砖砌筑。2电炉侵蚀原因分析从拆除的情况看,钛渣电炉的侵蚀主要集中在熔池
3、段,其 中熔池上部的高铝砖由于未接触到熔体,整体侵蚀情况较轻 微,在正对三根电极处有明显侵蚀,熔池段原砌筑的5层镁砖最 外面一层镁砖已经被钛渣侵蚀,铁口和渣口附近侵蚀了约2层 镁砖,呈“喇叭”形状,底部的镁砖基本保持完好。2.1高 温 侵 蚀在钛渣冶炼过程中90%以上时间都是开弧冶炼,电弧温度 可以达到2 000以上。 在 三 相电弧炉中,每相电弧受其他两相 电弧所建立的磁场作用,电弧倾斜偏向炉衬,这种现象叫电弧 外吹,电弧外吹使靠近电极的炉衬局部过热,形成炉壁的热 点 2。当电弧进一步靠近炉壁后,特别是熔池上部和熔池段的 电极正对位置,炉衬的耐火材料如高铝砖和91镁砖荷重软化温 度分别是14
4、70X : 和1560T:,面对电弧高达 ZOOOTH上温度,非 常容易软化、脱落。2.2化 学 侵 蚀图1侵蚀后镁砖线扫描情况通过对侵蚀镁砖进行线扫描,见图1。可以看到钛渣中的氧化物随着熔渣进入砖内部,在镁砖表面形成一层含镁、铁元 素的钛化物反应层,镁砖各部位的杂质元素含量稍有区别,离 培池越远,杂质元素含量越少。从图1中还可以看出,在侵蚀后镁砖制品内部出现明显的 纵向裂纹,镁砂颗粒溶蚀于髙温含钛的液相渣层中,在工作层 外层形成一层致密的反应产物层,反应产物层厚度1.5mm左 右 。熔渣沿着晶界侵入制品,首先溶蚀基质, 包 裹在方镁石颗 粒周围,使用后的制品方镁石颗粒减少,制品中液相量增大,
5、产 物从液相中析晶,反应产物层中晶体长大,只能看到少量没有 被溶蚀完的方镁石晶体。2.2. 1 Ti02的化学侵蚀通过对镁砖表面侵蚀反应层的分析,见图2,其中谱图1是 以Ti 02、MgO、FeO和Si02构成的钛酸盐相,谱图1是以主要以 Ti02和MgO构成的钛酸盐相。表明在反应层形成了Ti02为主 的钛酸盐,这些钛酸盐从方镁石晶间的液相中析晶,在高温下 液相包裹在镁砂周围,逐渐溶蚀镁砂颗粒。图2镁砖表面侵蚀反应层放大图 图3镁砖表面侵蚀层裂纹放大图2.2. 2 FeO的化学侵蚀通过对镁砖表面侵蚀层裂纹的分析,见图3,其中谱图1 Ti02、MgO和FeO构成的钛酸盐相,谱图 2是以MgO 、
6、Si02和 FeO构成的镁橄榄石相.谱图3是FeO。箭头所指处为从高温液 相中析出的Ti02晶体,可以看出在裂纹出析出的白色晶体主要 是以FeO构成的。对于镁砖中出现的碎裂现象考虑为FeO溶解在方镁石中 并以(Fe* Mg)0形成存在,(Fe*Mg)0与方镁石晶体形成连续固 溶体,其在方镁石中的溶解度随温度变化波动较大,温度升高 大量(FevMg)O溶解于方镁石晶体中,温度降低则以具有较弱 的各向异性的枝状晶体和颗粒包裹体沉析在方镁石晶体表面 和解力裂纹处,析出少量白色晶体。受到钛渣冶炼间断冶炼的 影响,钛渣炉内的气氛波动较大,FeO 在气氛波动中伴随着氧化 还原反应会发生较大体积变化,从而产
7、生裂纹, 3影响镁砖的热 震稳定性 能 。综合以上分析,镁砖的化学侵蚀可以概括为以下过程:渣 中的FeO和 Ti02等氧化物逐步侵蚀到渣中,镁砖中MgO 溶解入 渣中,一方面在镁砖表面形成低熔点的化合物,改变耐火材料 的高温性能,在溶渣搅动冲刷、热冲击等作用下逐层脱落,造成 镁砖的损毁;另一方面MgO与渣中Ti02、Fe0形成钛酸盐相, FeO溶解在方镁石中形成连续固溶体,随着温度和气氛的变化2 |仏 ! f袢 2 16年 3月在镁砖中析出,破坏了镁砖的结构,加速了镁砖的侵蚀。2.3渣、铁的物理冲刷冶炼形成高温熔液后,在电磁搅拌力以及高温下传热传质 的作用下,对炉壁产生冲刷,尤其是在出渣、出铁
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