礦棉生產(chǎn)中保溫電弧爐是生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，爐內(nèi)采用電極加熱，爐襯內(nèi)側(cè)承載高溫渣液，因每次高溫熔液出爐后，爐壁溫度急聚下降，導(dǎo)致爐襯耐火材料承受溫度驟冷、驟熱的熱沖擊，還要承受熔渣的化學(xué)侵蝕、液位下降過程中與空氣接觸的氧化腐蝕。因此對爐襯耐火材料選材要求十分苛刻，同時還要考慮爐襯材料的成本控制。目前礦棉生產(chǎn)用電爐爐襯材料主要為鎂鉻尖晶石磚、高鋁磚、冷搗糊、剛玉磚等耐火材料，但在生產(chǎn)過程中以上耐火材料均不能滿足使用要求，使用壽命不超3個月，導(dǎo)致生產(chǎn)線不能達(dá)產(chǎn)，無法滿足生產(chǎn)要求。
1.1 保溫電弧爐內(nèi)襯用耐火材料使用情況
（1）采用鎂鉻尖晶石磚砌筑爐墻，高鋁磚砌筑爐底，此方案生產(chǎn)10天，爐墻全蝕損，爐底部分蝕損。
（2）采用剛玉磚砌筑爐墻，預(yù)焙碳磚砌筑爐底，此方案生產(chǎn)使用8天，爐墻全蝕損，爐底完好。
（3）采用高鋁磚砌筑爐墻，預(yù)焙碳磚砌筑爐底，此方案生產(chǎn)使用40天，爐墻部分蝕損，爐底完好。
（4）采用冷搗糊筑爐墻，預(yù)焙碳磚砌筑爐底，此方案生產(chǎn)使用30天，爐墻全蝕損，爐底完好。采用預(yù)焙碳磚砌筑爐墻、爐底，此方案生產(chǎn)使用90天，爐墻上部全氧化，爐底完好。
1.2 探討發(fā)現(xiàn)
保溫電弧爐熱熔渣經(jīng)調(diào)質(zhì)后熔渣為酸性熔渣，酸度系數(shù)1.7-1.8。爐墻耐火材料經(jīng)酸性熔渣沖刷，導(dǎo)致使用壽命十分有限，熱熔渣中CaO-SiO2含量占比70%。爐墻耐火材料在熔渣出渣時液位降低導(dǎo)致爐墻與空氣接觸使耐材氧化嚴(yán)重。爐底因熔渣未全部倒出形成保護(hù)層且溫度穩(wěn)定，采用預(yù)焙碳磚砌筑爐底可行。
1.3 在高溫狀態(tài)下抗渣性能及抗氧化性能對比
（1）碳化硅體系：碳化硅體系在高爐鐵鉤上取得了成功的應(yīng)用，抗SiO2渣及抗 CaO-SiO2 渣的侵蝕能力優(yōu)良，碳化硅屬于非氧化物。碳化硅體系，在高溫下反應(yīng)生產(chǎn)SiO2，SiO2在材料表面形成釉質(zhì)層，堵塞氣孔，避免了碳化硅進(jìn)一步氧化反應(yīng)，此材質(zhì)抗氧化能力優(yōu)良。但在抗保溫電弧爐渣侵蝕實(shí)驗(yàn)中，沒有體現(xiàn)出很好的抗侵蝕能力，在材料與渣液界面沒有形成保護(hù)層，碳化硅被渣侵蝕后進(jìn)一步深入氧化造成材料結(jié)構(gòu)的破壞，同時抗渣侵蝕能力降低。
從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，該材質(zhì)沒有與渣接觸的部位表面形成了明現(xiàn)的釉層，但材料與渣液接觸部位由于碳化硅氧化生成的二氧化硅與渣反應(yīng)，坩堝內(nèi)壁沒有得到很好的保護(hù)，被渣液侵蝕出溝槽。
（2）鎂鋁尖晶石體系：鎂鋁尖晶石是一種人工合成的高級耐火材料，鎂鋁尖晶石的晶體結(jié)構(gòu)是AL-O與Mg-O 之間有很強(qiáng)的離子鍵結(jié)合，使鎂鋁尖晶石內(nèi)部結(jié)構(gòu)均衡且牢固，這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使鎂鋁尖晶石有優(yōu)良的耐熱振性和抗渣性，在氧化和還原條件下有良好的穩(wěn)定性。其較高的耐火性和較低的膨脹系數(shù)廣大的用于中頻爐。根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況觀察，坩堝滲透較為嚴(yán)重，使其結(jié)構(gòu)遭到破壞，該材質(zhì)為堿性材料，在高溫下與酸性熔渣反應(yīng)，因此不適合作為保溫電弧爐熱熔渣耐火材料。
（3）預(yù)焙碳磚體系：預(yù)焙碳磚是一種以無煙煤為原料，并加入一定比例的冶金焦與石墨碎，壓制焙燒而成的耐火材料，此材料耐火度高、抗渣沖刷能力優(yōu)良、導(dǎo)熱能力優(yōu)良、膨脹系數(shù)小，廣泛應(yīng)用于鐵合金爐爐襯材料。根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況觀察，坩堝氧化侵蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)變化，碳與氧產(chǎn)生氧化反應(yīng)，使碳磚抗氧化強(qiáng)度降低，渣液與該材質(zhì)接觸界面沒有形成保護(hù)層，坩堝內(nèi)壁渣液液面以上被氧化侵蝕嚴(yán)重，渣液液面以下完好無損；
（4） 氮化碳化硅體系：氮化碳化硅是指用SiC和 Si 為原料，經(jīng)氮化燒成的耐火制品，該材質(zhì)具有良好的耐侵蝕性、抗熔融冰晶石潤濕性、抗氧化性、耐磨性、高導(dǎo)熱性、抗熱震性和極低的電導(dǎo)率，其主要用作高爐下部爐身內(nèi)襯，比使用傳統(tǒng)耐火材料壽命提高一倍以上。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況觀察，坩堝內(nèi)壁只有淺淺的基質(zhì)被侵蝕，渣液沒有繼續(xù)向內(nèi)部深處擴(kuò)展，侵蝕深度約為1mm，抗渣侵蝕效果良好。同時該材質(zhì)經(jīng)高溫沖擊，與空氣接觸結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化，表明其耐高溫抗氧化性能優(yōu)良。
通過上述多組實(shí)驗(yàn)對比表明，抗渣侵蝕性能上氮化硅磚 > 預(yù)焙碳磚 > 碳化硅 > 鎂鋁尖晶石，耐高溫抗氧化性能上氮化碳化硅磚 > 碳化硅 > 預(yù)焙碳磚。由于氮化碳化硅材料價格較為昂貴最終選用了氮化碳化硅材質(zhì)和預(yù)焙碳磚并用，進(jìn)行保溫爐爐襯砌筑。
