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8 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年4 期 A u s m e l t 炼锡炉炉渣对镁铬耐火材料的侵蚀 于仁红1 ，王宝玉2 ，黄兴远1 1 ．河南科技大学材料科学与工程学院，洛阳，4 7 1 0 0 3 ；2 ．中钢集团耐火材料有限公司，洛j 墨，4 7 1 0 3 9 摘要采用静态坩埚法对镁铬砖抗A u s m e l t 炼锡炉炉渣侵蚀性进行了研究，并用扫描电镜和能谱分析等 手段对抗渣前后试样的显微结构进行了分析。研究结果表明随着C r 2 0 。含量的增加，镁铬砖的抗渣性 能提高。炉渣对镁铬砖的侵蚀机理主要表现为；炉渣中的F “ 、s i 0 。与镁铬砖中的M g 发生反应生成 低熔点的镁铁橄榄石 M F s ，导致镁铬砖的直接结合结构被破坏；炉渣中的S n 不与耐火材料各成分 发生反应，对镁铬砖的侵蚀以渗透为主；镁铬砖中的铬矿不与炉渣发生反应，表现出良好的抗渣性能。 关键词A u s m e l t 炉，镁铬砖，侵蚀机理 中图分类号T Q l 7 5 ．7 1文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 8 1 0 4 一O 0 0 8 0 4 C o r r o s i o nM e c h a n s i mo fM a g n e s i t e c h r o m eB r i c k sb y S l a go fA u s m e l tf o rT i nS m e l t i n g Y UR e n - h o n 9 1 ，W A N GB a o y u 2 ，H U A N GX i n g y u a n l 1 ．C o Ⅱe g eo fM 盎t e r 王a lS d e ∽ea n dE n g i n e e d n g ，H e ’n a nU n i v e r s 主t yo fS c 三e I ∞a l dT e c h n o l o g y ．L u o y a n g 毒7 1 0 0 3 ，C h i 弛I 2 ．S i a o s t e e IR e f r a c t o r i e sC o ．L t d ．，L u o y a n g4 7 1 0 3 9 。C h i n a A b s t r 舵t T h ec o r r o s i o nr e s i s t a n c et os l a go fm a g n e s i t } c h r o m eb r i c k sw i t hd i f f e r e n tC 】- 20 3c o n t e n tw 弱s t u d i e d b yt h em e t h o do fs t a 在cc r u c i b l es l a gt e s t ．T h eI 试c r o s t r u c t u r e so ft h ea s - d e l i V e r e d8 n dt e s t e dr e f r a c t o r i e sw e r ea n a 一 1 y z e db ym e 弛so fS E Ma n dE D ST h er 皓u l t ss h o w e dt h a t t h e1 1 1 0 r eC r 2Q ∞n t e n to fn l a g I l 船i t } c h r o m eb r i c k s t h eb e t t e ri t ss l a gr e s i s t a n c 已T h ec o r r o s i o nm e c h a m s m so fm a g n ∞i t e _ c h r a m er e f r a c t o r yc a nb ed 鹤c r i b e da sf o I 1 0 、ⅣS S i 0 2 锄dF e 0i ns l a gr e a c t 诵t hM g O i nr I l a g n e S i t } c h r o m eb r i c k s ，w h i c hr e s u l t si nt h ef o 彻a t i o no f l o 、I I 卜 m e l t i n gc o m p o u n d so fo l i 、，i n e M F s ，a n dt h e nt h ed i r e c t ．b o n d e dr n i c r o s t r u c t u r eo f b r i c ki sd e s t r o y e d ．s n Oi na d d i cs l a gd o e sn o tr e a c t 、Ⅳi t ht h e ∞m p o n e n t so fr e f r a c t o r y ，a n dt h ei I l f i l t r a t i o ni si t sm a i n ∞r r o S i o nf b n mT h e r ei s n or e a c t i o nb e t w e e nc h r o r mi nm a g n e s i t p c h r o r n eb r i c k ∞ds l a g ，w h i c hd 明∞n S t r a t 鹤t h a t 出ec h r o m eh a sb e t t e r s L a gn 西S t a n c e ． K e ”w ，r d s A u s m e l tf u m a c e ；1 Ⅵa g n e s i t } c h r o t n eb r i c k ；C o r r o s i o nm e c h a n i s m A u s m e l t 炉是澳大利亚澳斯麦特有限公司开发 的用于冶炼铜、铅、锡及渣烟化等的专利技术装置，因 具有投资少、操作简单，易于自动化控制，生产能力 大，污染少，烟气可制酸和能耗低等特点，在世界范围 内得到了广泛应用r l _ 3 ] 。 目前，A u s m e l t 炼锡炉用耐火材料主要为镁铬 砖，但关于A u s m e l t 炉锡冶炼用镁铬砖的损毁，尤其 基金项目河南科技大学人才科学研究基金项目 0 5 一0 9 5 作者简介于仁红 1 9 7 7 一 ，女，山东泰安人，博士，讲师． 是炉渣对镁铬砖的侵蚀，目前尚未见系统报道。本文 用静态坩埚法研究了不同镁铬砖的抗渣性，并用扫描 电镜和能谱分析等手段研究了炉渣对镁铬砖的侵蚀 机理，以便为提高炉衬寿命提供依据。 1实验 1 ．1 实验用原料 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年4 期 9 。 实验选用中钢集团耐火材料有限公司生产的不能如表1 所示。 同C r 20 3 含量的电熔再结合镁铬砖为试样，其理化性 表l 电熔再结合镁铬砖的理化性能 l l 抽k1a I 锄i c a I 咖p 鸺i t i 帆a n dp h y s i c a lp r o p e r t i e so ft l I ef l l S e d 椭d e dm a 羽惜i 悟c l l r 伽腿b r i c l ‘s 实验所用炉渣取自云锡公司A u s m e l t 炉，将其 破碎、磨细至小于O ．1m m 备用。炉渣的主要化学 成分为 ％ F e 03 2 ，S i 0 22 6 ，A 1 2 0 31 5 ，C a O6 ， T i 0 24 ，M g O3 。 1 ．2 实验方法 将制备好的镁铬砖加工成中孔为①2 5m m 3 0 m m ，外形尺寸为7 0m m 7 0m m 7 0m m 的坩埚； 往坩埚内装入一定量的炉渣后放入电阻炉中，按一 定的升温速率升至l3 0 0 ℃后保温3h ；然后关闭电 源，随炉自然冷却到室温。为了防止炉渣的氧化，抗 渣试验在A r 气气氛中进行。 抗渣实验结束后，将试验后的坩埚沿中线切开， 观察并测量炉渣的侵蚀、渗透深度和面积。以胁2 0 抗渣试样为例，将其加工成光片，用扫描电镜和能谱 分析等手段对其进行显微结构分析。 2 结果与讨论 2 ．1 C r 20 3 含量对镁铬砖抗渣性的影响 炉渣对试样的侵蚀照片如图1 所示。从图1 可 知，炉渣对砖的侵蚀较小，这说明国产电熔再结合镁 铬砖具有较好的抗渣性。C r z O 。含量与炉渣侵蚀面 积测试结果胁1 2 、2 0 、口2 6 分别为3 2 0m m 2 、2 4 0 m m 2 、2 2 0m m 2 。可见随着C r 2 0 。含量的增加，镁 铬耐火材料的抗渣性能逐渐提高。其原因是 1 与 其他耐火氧化物相比，C r O 。在F e p S i O 。系炉渣中 的溶解度小的多‘卜5 3 ； 2 C r 2 0 。属中性氧化物，与 酸碱的反应微弱。 图l 抗渣试样断面的照片 F i g ．1P h O t o g r a p h so fs e c t i O no fe r o d e ds 锄p I 鹤 2 ．2 炉渣侵蚀机理分析 图2 是电熔再结合镁铬砖原砖的显微照片。电 图2 可以看出电熔再结合镁铬砖主要由粒状的方 镁石、电熔镁铬砂和铬矿组成，它们之间呈直接结 合，几乎看不到硅酸盐相。 在扫描电镜下观察发现，抗渣实验后的镁铬砖 由4 层组成，即附渣层、反应层、渗透层 变质层 以 及未变层 原砖层 。图3 为抗渣实验后附渣层的显 微照片及能谱分析。 图4 a 是炉渣与耐火材料反应界面处的显微照 片。在图4 a 中显微照片右侧的亮色区域是附渣 层，图中白色方框所示区域为炉渣和耐火材料的反 应层。将该区域放大后如图4 b 所示。从图4 b 可以 看出 1 与原砖结构相比，由于炉渣的侵蚀和渗透， 反应层的气孔率明显降低，砖的结构变得十分致密。 这说明炉渣侵蚀渗透的主要渠道为砖中的开口气 孔。 2 由于炉渣的侵蚀，镁砂或镁铬砂的边界已经 模糊；而铬矿依然完整，且边界清楚。这说明在镁铬 万方数据 1 0 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年4 期 砖中，相对其他物相来说，铬矿相有较强的抗渣性。 这与抗渣性的研究结果一致。 图2 原砖的显微照片 F i 昏2S E Mp h o t o g r a p h so ft h e 毋d e l i V e r e dr e f r a c t o r y 图3附渣层的显微照片和能谱分析 F i 昏3S E Mp h o t o g r a p h sa n dE D Sp a t t e m O ft h er 骼i d u a ls I a g 图4 抗渣试样反应层的显微照片 其中O 是镁铁橄榄石 F i g ．4 S E Mp h o t o g r a p l l so ft h er e a c t i o nI a y e r O o I i V i n e 对反应层的能谱分析 见表2 发现与原砖相析发现，侵入的F e O 和S i O 。主要与砖中的M g O 发 比，反应层中的F e O 和S i 0 。含量急剧增大，这说明 生反应，生成了低熔点的镁铁橄榄石 M F S ，如图 主要是炉渣中F e O 和S i O 侵入镁铬砖。进一步分4 b 所示。 表2 抗渣试样各层的能谱分析结果 T a b k2E l e m e n tc o m p 髑i t i O no fd i f f e r e n tl a y e rO ft h et e s t e db r i c ka c c o r d i n gt o t h er e s u l to fE D Sa n a I y s i s ／％ 由表2 可见变质层中的F e O 含量急剧下降， 与原砖层相差不多；但S n O 的含量略有上升。图5 是抗渣试样变质层的显微照片，在图5 中可以观察 到许多亮白色物相位于气孔的边缘或晶粒之间，为 了进一步分析该物相的成份，对图5 中的白色方框 所示区域进行了放大和能谱分析，结果如图6 所示。 能谱分析发现亮白色物相为渗透到镁铬砖中 的S n O 。从显微照片中可以看出，S n O 与耐火砖各 成分之间界面清晰，无明显的反应现象。这说明在 渣渗透侵蚀中，S n O 具有很强的渗透能力，但并不 与耐火材料反应，只是沿着开口气孔渗透并沉积在 气孔边缘或晶问。 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年4 期 1 1 图5 抗渣试样变质层的的显微照片 K 昏5S E Mp h o t 卿l I so f 吐地p e n 咖旺帆I a y 盯 图6 抗渣试样变质层的显微照片及能谱分析 F i g ．6S E Mp h o t o g r a p h so ft h ep e n e t r a t i o n I a y e ra n dE D Sp a t t e m 3结论 1 随着C r 2 0 。含量的增加，镁铬砖的抗渣性 能提高； 2 炉渣对镁铬耐火材料的侵蚀机理主要表现 为炉渣中的F e 0 、S i 0 2 与镁铬砖中的M 9 0 发生反 应生成低熔点的镁铁橄榄石 M F S ，导致镁铬砖的 直接结合结构被破坏；炉渣中的S n O 不与炉渣发生 反应，对镁铬砖的侵蚀以渗透为主；镁铬砖中的铬矿 不与耐火材料发生反应，表现出良好的抗渣性能。 参考文献 [ 1 ] R o b e r tM a t u s e w i c z ，J o es o f r a ．A u s m e l tT e c h n 0 1 0 9 y D e v e l o p m e n t si nc o p p e rC o n v e r t i n g [ A ] ．／／P r o c e e d i n g s o fE M C [ C ] ．2 0 0 5 1 ～1 2 ． [ 2 ] M o s k a l y kRR ，A l f a n t a z iAM ．R e v i e wo fc o p p e rp y r o m e t a l l u r g i c a lp r a c t i c e t o d a ya n dt o m o r r o w [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 0 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