鐵合金礦熱爐爐襯基本是使用碳質爐襯為主,碳質爐襯具有非常明顯的優點,但是碳質材料作為出鐵口在實際應用過程中就體現出明顯不足,廣西鐵合金公司近年來對山鐵口材質不斷摸索應用最終選用氮碳化矽磚作為出鐵口材料,不斷改變其砌築方式及爐眼使用操作規程,取得了一定的成功。
1、氮碳化矽磚製作工藝原理及優缺點
氮碳化矽磚娃以碳化矽(SiC)為骨料,配以:工業矽粉、攪拌均勻、衝壓成型,厚度要適中,不能太厚,太厚氮滲透率低,產品的性能降低,在高溫下氮化燒結而成,3Si+2N2=Si3N4,該反應生產纖維狀的Si3N4,將SiC顆粒緊密地結合在一起,形成二維空間網格結構,獲得高的強度。同時N2把顆粒中的氧置換出來,獲得很強的抗氧化性能,此產品含碳化矽70%75%,氮化矽18%25%。
此材質優點是高溫下強度高,良好的熱震性和抗鹼侵蝕性,低的熱膨脹率,良好抗氧化性,抗金屬和爐渣衝刷、抗腐蝕性和氣體的侵蝕性。缺點是Si3N4在蒸汽的作用下抗氧化作用下降,在800℃以上水蒸汽會分解Si3N4,高溫下暴露在空氣中會縮短使用壽命。另外受其結構及氮化效果影響,氮碳化矽磚厚度也受限制,目前該公司使用氮碳化矽磚厚度為150mm,爐眼磚由5塊高壓黏結而成,在日常使用過程中發現在溫差明顯區域會出現分片脫離現象。
2、氮碳化矽爐眼磚砌築方式
該公司2011年開始引入氮碳化矽磚砌築錳矽合金電爐,隨後引入到其他爐臺。在實踐過程中摸索出一套適合氮碳化矽爐眼磚與普通碳磚相結合的砌築方式,並取得了一定的成果。現將其改進過程及使用情況規列如下:
2.1氮碳化矽爐眼磚砌築改進過程
2.1.1砌築方式一及其使用情況
2.1.1.1氮碳化矽磚砌築方式一
該公司402#爐2011年11月首次使用氮碳化矽磚砌築爐眼,由於缺乏一定的實踐經驗,相關人員根據其相關尺寸及材質性能制定砌築方式如圖1所示。
圖1 首次砌築示意圖
如圖1所示,本次砌築過程僅爐眼磚為氮碳化矽磚,其餘部分為普通碳磚、黏土磚及電極糊充糊層結構。氮碳化矽磚通過石墨粉與玻璃水混合劑鑲嵌至1500mm×400mm×400mm普通碳磚上,刻槽尺寸為770mm×400mm×400mm。
2.1.1.2使用過程跟蹤及損耗情況
此方式砌築爐眼共生產使用13個月,(其中包括低碳錳矽合金3個月)。
根據2012年打爐情況分析,此方式砌築薄弱環節在爐膛內側氮碳化矽磚與普通碳磚接縫充糊層處,同時氮碳化矽爐眼磚上方兩塊600mm碳磚發生移位。而氮碳化矽組合爐眼磚內側2塊侵蝕損壞嚴重,外側保持良好。
2.1.2砌築方式二及其使用情況(爐眼工藝小修)
2.1.2.1氮碳化矽磚砌築方式二
301#爐在爐眼工藝小修受部分原因影響僅更換爐眼磚及兩側碳磚1塊,具體砌築如圖2所示。
圖2 砌築方式二示意圖
如圖2所示,此次爐眼小修將原受損爐眼及周邊爐底碳磚挖開後,利用電極糊充糊方式將氮碳化矽爐眼磚及爐牆碳磚鑲嵌至爐底。其餘部分與方式一幾乎相近。
2.1.2.2使用過程跟蹤及損耗情況
此方式砌築爐眼,爐眼使用壽命僅為11個月,後在打爐過程中發現其損壞根本原因為氮碳化矽爐眼磚外側密封效果較差,出鐵口下方風化、氧化侵蝕嚴重及爐牆、爐底碳磚與氮碳化矽磚接縫處受損嚴重。具體如圖3所示。
2.1.3改進後砌築方式(方式三)及使用情況
2.1.3.1氮碳化矽磚改進後砌築方式
圖3爐眼磚外側底部侵蝕情況
根據如上兩種砌築方式的使用及損耗情況改進其砌築方式,此次砌築主要是用氮碳化矽組合爐眼磚豎砌代替原來的兩塊600mm碳磚,具體如圖4所示。
圖4方式三砌築示意圖
如圖4所示,為避免首次砌築的薄弱環節,此磚,而爐眼周圍採用異性氮碳化矽磚將原來的普通次砌築特使用氮碳化矽組合磚代替原來的普通碳碳磚接縫延至「爐膛死料區」附近避免了渣鐵衝刷及接縫膨脹係數差異帶來的鐵水侵蝕。
2.1.3.2使用過程跟蹤及損耗情況
該公司402#403#爐均採用此方式砌築,其中402#、403#爐使用至今(期間停爐時間約15個月),目前爐眼使用效果較好,僅爐眼上方接縫位置偶爾出現溢渣鐵現象。期間根據爐眼排渣情況對其進行熱封爐眼處理(402#、403#爐為6爐/日後減至3爐/日)。
此種砌築方式,可將氮碳化矽磚與普通碳磚接縫這薄弱環節延至爐膛死料區,有效地避免了高溫渣鐵對充糊縫的侵蝕。爐眼內側損耗較小,使用效果較好。同時氮碳化矽磚鑲嵌至整塊碳磚上、爐眼底部碳磚延伸出爐殼外側,保證了出鐵口密封效果,有效的避免了出鐵口外側氧化侵蝕。