【案例】5000KVA矿棉电炉耐火材料损毁分析及总结

　　摘要：矿棉是良的隔热保温、吸声材料。由硅酸盐熔融物制得的棉花状短纤维，生产制作原料有多种，可以使用天然岩石比如玄武岩、石英岩也可以使用工业废渣比如高炉锰渣、炼钢炉渣、铁合金渣等进行酸碱搭配的配料计算后按一定比例加入炉内熔炼制得原浆。生产设备目前比较常见有冲天炉、电炉矿热炉。我公司郑州荣盛窑炉耐火材料有限公司就山西东方资源发展有限公司5000KVA矿棉生产电炉使用耐火材料寿命短等问题进行了总结。

　　钢铁、有色金属的冶炼一直是促进我国经济发展一项重要指标，但是随之而来的是环保及资源再利用的问题，在冶炼过程中排出的高炉渣处理问题一直困扰着企业。大量的高炉渣堆积不仅占用大片土地造成环境污染，而且对高炉渣这一潜在的资源也是严重的浪费，利用高炉渣生产矿棉是资源在利用的重要技术途径之一，它不仅可以直接将高炉渣变废为宝更是实现了节能减排、低碳环保的效果。

　　山西东方资源发展有限公司是一家循环能源为一体的综合型企业上下游产业链做到利用循环的目的，目前该公司实现2台5000KVA电炉生产矿棉，综合利用了高炉冶炼锰铁排出的高炉锰渣，高炉锰渣是高炉锰铁的主要副产物，排出温度在1400℃以上。一般情况下，1t高炉熔渣含有显热1675MJ，约相当于57kg标准煤燃烧时放出的热量，矿棉生产工艺是将高炉冶炼锰铁后排放出来的含有高炉显热的高炉熔渣倒入钢包中运送至可冶炼的电炉内与辅料硅石通过液-固混合调质均匀，且酸度系数复合成纤维要求后，经喷吹法制成纤维棉。

　　该公司自投产的2台电炉矿棉生产线一直因为内衬耐火材料使用寿命短造成生产不稳定，短的使用寿命在砌筑完以后投产不到1个月出现炉墙侵蚀过快而停产修复，连续这种情况达数次，后经多个地区不同耐火材料厂家分析使用原因均没有得到显著的使用效果，该公司后经自己在不断的实践过程中总结了丰富的经验，在不断的改进炉壳尺寸，液线高度及增加水冷壁的情况下延长使用寿命，我公司郑州荣盛窑炉耐火材料有限公司就目前山西东方资源发展有限公司1#电炉内衬耐火材料损毁情况进行了分析并与该公司进行了沟通对接。

　　该公司有2台同样功率的5000KVA矿热电炉，且1#炉的使用寿命一直比较短，但是2#炉的使用寿命目前已经从砌筑到投产超过4个月暂时没有出现太大问题，现在该公司将1#炉重新建造全部改成与2#炉同样炉壳尺寸及同样内衬耐火材料的砌筑方法。我公司就电炉内衬耐火材料损毁机理进行分析。

　　一：损毁机理分析

　　(1)化学因素侵蚀损毁

　　矿棉生产在配料是通常需要控制其酸性系数值也就是我们所说的调酸，酸度要合适(SiO2+AL2O3与MgO+CaO的比值为1.2~1.6)使用高炉锰渣冶炼时则还需要另外加入酸性矿石硅石作为助熔剂，所以在熔炼过程中液体整体的成份要呈酸性值，酸度系数越高，矿棉的化学耐久性越好。但酸度系数过高时，制成的纤维可能较长，虽然化学稳定性得到改善，使用温度提高，但较难熔化，纤维较粗，我们从矿棉的生产原料高炉锰渣和添加的助熔剂硅石(SiO2)来判断其酸性，高炉锰渣的主要成分是SiO2、AL2O3、CaO和MgO，这4种成分高炉锰渣熔体的成棉质量及其化学稳定性主要由一个化学常数—酸度(MK)系数决定MK表示其中含有的SiO2+AL2O3对CaO+MgO之质量比的表示方法。其中这4中成分的含量总和达90~95%即(SiO2+AL2O3)约占45%(CaO+MgO)约占47%的高炉锰渣酸度比值MK为0.95。为了满足矿渣棉成纤要求，需向高炉锰渣中添加一定量的调节剂来调节酸度系数，也即调节熔渣的粘度，添加的助熔剂为酸性矿石硅石助熔剂其中化学成分为SiO2主要成分为二氧化硅属于酸性氧化物来调和酸度形成佳配比。

　　所以说在电炉中的整体液相成分为酸性，在耐火材料产品中抵抗酸性侵蚀的酸性耐火砖主要有：

　　(1)强酸性的硅砖、不定形硅质耐火材料以及石英玻璃制品、熔融石英再结合制品;

　　(2)中等酸性的半硅质耐火材料及叶蜡石质耐火材料;

　　(3)弱酸性的黏土质耐火材料。酸性耐火材料的主要特点是在高温下能抵抗酸性物质(酸性渣)的侵蚀，但易与碱性物质(碱性渣)起反应，锆英石质耐火材料和碳化硅质耐火材料作为特殊酸性耐火材料也归于此类。

　　(2)物理因素损毁机理

　　在与该公司生产和砌筑窑炉的工作人员对于1#炉耐火材料损毁情况及结合现2#炉的耐火材料砌筑情况沟通后得知电炉内衬耐火材料损毁严重部位为炉膛向上800~900mm液面向下100~200mm地方炉墙侵蚀为过快，其他地方则没有损毁过快情况，介于这种情况我公司分析问题原因在于此部位的耐火材料损毁与电下插深度位置相接近，判断该部位耐火材料的损坏是由于电产生高温后形成熔炼带动周围熔体的沸腾产生波纹状的波动从而对炉墙耐火材料造成一层一层的掏蚀，掏蚀后此部位炉墙耐火砖没有重力点然后造成上面耐火砖形成剥落。后该公司总结了1#炉衬里耐火材料的使用情况，在2#炉上进行炉衬耐火材料的改造2#炉比原1#炉炉壳直径要大，在炉墙该部位使用了碳化硅捣打料，目前已经正常使用4个月暂无问题，说明碳质SiC耐火材料作为特殊酸性耐火材料，也作为中性耐火材料对酸性侵蚀及物理掏蚀是有一定效果的。

　　总结：对于5000KVA矿棉电炉内衬耐火材料的损毁情况，我公司做了以上两点客观性的分析，建议应根据不同的侵蚀机理和损毁原因作出适当调整与耐火材料厂家共同一致打造能健康炉衬。

　　郑州荣盛窑炉耐火材料有限公司是一家为高温行业用耐火材料提供从材料定制、技术服务到窑炉砌筑为一体的整包服务单位，主营业务产品有高铝浇注料、不沾铝浇注料、低水泥浇注料、钢纤维耐磨浇注料、高强浇注料、碳化硅浇注料等一系列热工窑炉用耐火浇注料产品。