南钢电弧炉炼钢烟尘沉降室用耐火材料抗侵蚀性研究

李权辉 于建宾 李 翔 马渭奎

1）南钢钢铁股份有限公司 研究院 江苏南京210044

2）中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 先进耐火材料国家重点实验室 河南洛阳471039

电弧炉炼钢是一种重要的炼钢工艺［1-4］。但是，在电弧炉冶炼过程中产生大量的烟气和尘粒［5］，既污染环境，又浪费资源［6］。

南钢将烟尘引入沉降室，经水冷装置冷却回收大部分烟尘，剩余烟尘经布袋除尘器除尘，既达到了烟气排放标准，又解决了烟尘回收问题［7］。但是，烟尘沉降室耐火材料侵蚀严重，使用寿命只有3～5个月。这一方面与烟尘成分复杂、侵蚀性强有关，另一方面与耐火材料选材有关。

本工作中，使用南钢电弧炉炼钢沉降室烟尘，对南钢电弧炉炼钢烟尘沉降室在用的黏土砖以及拟用的氮化硅结合碳化硅砖和镁铬砖进行了静态坩埚法抗渣试验，为烟尘沉降室耐火材料选材提高参考。

1 试验

1．1 试验用烟尘渣及耐火材料

南钢电弧炉炼钢沉降室烟尘（以下称为烟尘渣）的主要化学组成（w）为：SiO210．52%，CaO 37．27%，Fe2O329．64%，MgO 4．34%，Al2O32．21%，MnO 2．56%，TiO20．85%，K2O 0．02%，Cr2O31．13%，ZnO 7．05%。可见该烟尘渣为碱性渣。

试验用耐火材料为南钢电弧炉现场使用的黏土砖以及拟用的氮化硅结合碳化硅砖和镁铬砖，其主要理化性能见表1。

表1 试验用耐火材料的理化性能

1．2 性能检测

从南钢电弧炉现场使用的黏土砖以及拟用的氮化硅结合碳化硅砖和镁铬砖制取内孔为φ36 mm×30 mm的坩埚试样，将20 g烟尘渣放入坩埚试样内孔中，在1 300℃保温24 h后，沿坩埚中心轴切开，观测其侵蚀情况，使用扫描电镜分析其显微结构，使用能谱仪对不同侵蚀程度区域的化学物相组成进行面扫描分析。

2 结果与讨论

抗渣试验后坩埚试样的剖面照片见图1。可以看出：黏土砖侵蚀最为严重，氮化硅结合碳化硅砖次之，镁铬砖几乎没有侵蚀。

图1 抗渣试验后坩埚试样的剖面照片

抗渣试验后黏土砖试样的SEM照片见图2。由图2（a）可以看出，侵蚀后试样可分为完全反应层、部分反应层和原砖层三层。根据各层的放大照片图2（b）、图2（c）和图2（d）以及各层的EDS面扫描分析结果（见表2），经分析认为：高温下液态烟尘渣与黏土砖接触后发生渗透、侵蚀反应，黏土砖中的主要成分SiO2、Al2O3容易溶解到烟尘渣中。因此黏土砖抗烟尘渣侵蚀性较差。

表2 图2中各层的EDS面扫描分析结果

抗渣试验后氮化硅结合碳化硅砖试样的SEM照片见图3。由图3（a）可以看出，侵蚀后试样可分成部分反应层和原砖层两层。根据各层的放大照片图3（b）和图3（c）以及EDS面扫描分析结果（见表3），经分析认为：高温下液态烟尘渣对氮化硅结合碳化硅砖的润湿性较差，很难渗透；但高温下氮化硅结合碳化硅砖易氧化，氧化产物SiO2容易溶解到烟尘渣中［8］。因此氮化硅结合碳化硅砖抗烟尘渣侵蚀性一般。

图3 抗渣试验后氮化硅结合碳化硅砖试样的SEM照片

表3 图3中各层的EDS面扫描分析结果

抗渣试验后镁铬砖试样的SEM照片见图4。由图4（a）可以看出：侵蚀后试样可分成附渣层、致密界面层、渗透反应层和原砖层四层［9］。根据各层的放大照片图4（b）、图4（c）、图4（d）以及各层的EDS面扫描分析结果（见表4），经分析认为：高温下液态烟尘渣能渗透到镁铬砖中，但镁铬砖中主要成分方镁石、镁铬尖晶石不容易与烟尘渣反应生成低熔点物相，因此镁铬砖具有优异的抗烟尘渣侵蚀性［10］。

图4 抗渣试验后镁铬砖试样的SEM照片

表4 图4中各层的EDS面扫描分析结果

3 结论

（1）南钢电炉烟尘渣为碱性渣。静态坩埚法抗渣试验结果表明，镁铬砖抗渣性能最好，氮化硅结合碳化硅砖次之，黏土砖最差。

（2）高温下，黏土砖中重要成分SiO2、Al2O3易与液态烟尘渣反应而溶解到渣中。液态烟尘渣对氮化硅结合碳化硅砖的润湿性较差，熔渣很难渗透到砖中；但是氮化硅结合碳化硅砖在高温下容易发生氧化，氧化产物SiO2很容易与烟尘渣反应而溶解。液态烟尘渣虽然能渗透到镁铬砖中，但镁铬砖中主要成分方镁石和镁铬尖晶石不容易与烟尘渣发生反应。