尤廷晏, 徐 風(fēng)

(煙臺鵬暉銅業(yè)有限公司， 山東 煙臺 264002)

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設(shè)備及自動化

鎂質(zhì)搗打料在富氧側(cè)吹工藝中的應(yīng)用實踐

尤廷晏, 徐 風(fēng)

(煙臺鵬暉銅業(yè)有限公司， 山東 煙臺 264002)

對鎂質(zhì)搗打料的干燥、養(yǎng)護以及高溫使用原理進行分析，介紹了鎂質(zhì)搗打料在煙臺富氧側(cè)吹工藝中的使用部位和填充方式。使用自制鎂質(zhì)搗打料是煙臺富氧側(cè)吹工藝的特點，其具有抗高溫性能好、成本低、使用壽命長等優(yōu)點。

鎂質(zhì)搗打料； 富氧側(cè)吹工藝； 電爐爐頂； 銅水套； 填充方式

0 前言

不定形耐火材料是一種不經(jīng)燒成即可直接使用的耐火材料，具有快速施工、簡化工藝、節(jié)能、整體性好、易于更換等優(yōu)點，在冶金領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。其中，搗打料是一種用搗打(人工或機械)方式施工，由比例很高的粒狀料和比例很低的結(jié)合劑及其它組分配制而成、并在高于常溫的加熱作用下硬化的不定形耐火材料。煙臺鵬暉銅業(yè)有限公司在電爐爐頂和富氧側(cè)吹爐煙氣出口銅水套使用了自主調(diào)制的鎂質(zhì)搗打料，不僅滿足了工藝需求，同時降低了生產(chǎn)成本。

1 鎂質(zhì)搗打料應(yīng)用理論基礎(chǔ)

1.1 鎂質(zhì)搗打料使用前的干燥和養(yǎng)護

不定形耐火材料在使用前的干燥過程中，表面水分首先受熱蒸發(fā)，熱量由表面向內(nèi)部傳導(dǎo)，使相鄰部位的溫度逐漸升高。由于表面水分蒸發(fā)，耐火材料內(nèi)部的水分(蒸汽)逐漸向表面擴散補充。若供熱量過大、升溫過快，則單位時間內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽量過多，由于不定形耐火材料透氣性較差，內(nèi)部水分(蒸汽)向外擴散受阻。同時，由于水分汽化，體積急劇增大，耐火材料內(nèi)部將產(chǎn)生很大張力，如果該張力超過耐火材料的抗壓強度，就會導(dǎo)致耐火材料脹裂；兩者相差懸殊時則會剝落或炸裂。所以，常規(guī)的升溫干燥要求較高，而且不能保證耐火材料的使用性能。煙臺鵬暉銅業(yè)有限公司使用的鎂質(zhì)搗打料在常溫下自然干燥即可，避免了高溫對耐火材料的損傷，有效保證了耐火材料的使用性能。

1.2 鎂質(zhì)搗打料高溫使用原理

煙臺鵬暉銅業(yè)有限公司使用的鎂質(zhì)搗打料由鎂砂(骨料)和鎂粉(粉料)按一定比例、通過一定密度的某種結(jié)合劑調(diào)制而成，主要成分為MgO，其熱性能如下：熔點2 825 ℃，熱導(dǎo)率45 W/(m·K)，熱膨脹系數(shù)14×10-6·℃-1，1 500 K時熱容量53.6 J/mol，抗熱震性很好。

在高溫使用條件下，MgO抗高溫性能良好。同時，該鎂質(zhì)搗打料中含有少量CaO和Fe2O3[2]。在生產(chǎn)條件下，搗打料中的CaO和Fe2O3反應(yīng)生成鐵酸二鈣(C2F)，反應(yīng)式為：

2CaO+Fe2O3=2CaO·Fe2O3

(1)

(1)鐵酸二鈣的熔點為1 449 ℃，但在有鐵液(高價鐵在高溫下分解產(chǎn)生)存在的條件下，出現(xiàn)液相的溫度大約只有1 100 ℃。而鎂質(zhì)搗打料中通常含有少量的SiO2和Al2O3，出現(xiàn)液相的溫度比1 100 ℃還要低一些。在生產(chǎn)條件下(如電爐作業(yè))，搗打料從1 100 ℃開始局部出現(xiàn)液相，材料開始燒結(jié)，隨著爐溫的升高，液量逐漸增加，材料工作面不斷燒結(jié)固化，形成致密的燒結(jié)層。

(2)液相中的C2F，在高溫條件下，經(jīng)過相變形成高熔點新相，提高了材料高溫下的穩(wěn)定性。

(3)鎂質(zhì)搗打料中的主要成分MgO，在高溫加熱的條件下轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的立方晶體(方鎂石)，從CaO-FeO-MgO相圖可知，C2F分解后形成的FeO液與大量方鎂石接觸時，F(xiàn)eO會逐漸被方鎂石吸收形成固溶體[(Mg·Fe)O鎂富氏體]，隨著均勻化的進行，熔點逐漸升高。而CaO則與材料內(nèi)SiO2或熔渣中的SiO2反應(yīng)，生成熔點比較高的C2S、C3S等硅酸鹽相，提高了材料在高溫下的穩(wěn)定性和耐侵蝕、抗沖刷能力。

2 鎂質(zhì)搗打料在富氧側(cè)吹工藝中的使用

煙臺鵬暉銅業(yè)有限公司采用富氧側(cè)吹熔池熔煉工藝，主要設(shè)備為富氧側(cè)吹熔池熔煉爐、沉降電爐和連續(xù)吹煉爐，三者依次由高到低排布，熔體通過各爐之間的流槽流動，該工藝是一種高效、節(jié)能和環(huán)保的新工藝。鎂質(zhì)搗打料主要應(yīng)用在電爐爐頂及富氧側(cè)吹爐上升煙道。

2.1 電爐爐頂

電爐在冶煉行業(yè)中占有十分重要的地位，電爐蓋的使用條件苛刻，環(huán)境惡劣，其經(jīng)常處于高溫、熔渣侵蝕和急冷急熱的狀態(tài)下，易損壞。而電爐蓋的壽命決定了電爐的生產(chǎn)效率。

電爐爐頂最初采用硅磚砌筑，上世紀60 年代末期開始試用高鋁質(zhì)材料，高鋁質(zhì)材料的耐火度、高溫抗侵蝕性能以及熱震穩(wěn)定性優(yōu)于硅磚。90年代后，在電極三角區(qū)位置普遍采用耐火澆注料為高鋁質(zhì)或剛玉質(zhì)并添加鋼纖維的整體預(yù)制爐蓋。而采用鎂質(zhì)搗打料作為電爐爐頂耐火材料，尚未見相關(guān)報道。

與整體式爐頂結(jié)構(gòu)不同，煙臺鵬暉銅業(yè)有限公司電爐爐頂由若干爐頂塊組成，每個爐頂塊為中空的拱形模塊，采用普通鋼板焊接而成，兩端與爐墻齊平、等高，爐頂塊內(nèi)焊接有大量“V”型釘，起增強鎂質(zhì)搗打料牢固性的作用。

施工時，將爐頂塊中空面向上，人工將調(diào)制好的鎂質(zhì)搗打料填充到模塊內(nèi)，用鐵鍬平鋪、搗實以除去其中空氣，搗打料厚度與爐頂邊緣齊平。同時，將細小木棒插入搗打料中，一方面方便搗打料干燥，另一方面可隨時觀察干燥情況。因為有拱形結(jié)構(gòu)外框和“V”型圓鋼鉤的存在，人工搗實的勞動強度大大降低，填充完畢的爐頂塊放置在通風(fēng)處自然干燥即可，無需加熱烘干。電爐頂蓋鎂質(zhì)搗打料填充方式如圖1所示，“V”型圓鋼鉤與鎂質(zhì)搗打料結(jié)合方式如圖2所示。

圖1 電爐頂蓋鎂質(zhì)搗打料填充方式示意圖

圖2 “V”型圓鋼鉤與鎂質(zhì)搗打料結(jié)合方式示意圖

使用時，直接將爐頂塊安裝至爐頂，并且無需設(shè)置額外的水冷設(shè)施。

一個爐期(500 d)停爐后電爐頂蓋檢查的情況，爐頂鎂質(zhì)搗打料整體性很好，強制冷卻后未見裂紋和爆裂現(xiàn)象。冷態(tài)時強度很高，燒結(jié)爐頂?shù)淖畋√幬挥陔姌O附近。因此，該鎂質(zhì)搗打料在燒結(jié)后的抗高溫性能、耐熔體沖刷性能都較好。

采用鎂質(zhì)搗打料作為爐頂耐火材料具有如下優(yōu)點：

(1)鎂質(zhì)搗打料成分簡單，可隨時更換，成本僅是通用澆注料的1/4；

(2)使用鎂質(zhì)搗打料后，電爐頂蓋不需要進行整體填充，爐頂分塊結(jié)構(gòu)，吊運更加方便、安全，便于爐況和突發(fā)事件的處理；

(3)鎂質(zhì)搗打料抗高溫性能優(yōu)越，取消了電爐的附屬水冷裝置，降低了能耗，確保了生產(chǎn)安全；

(4)鎂質(zhì)搗打料成分統(tǒng)一，使用過程中不會因材料熱膨脹不同而損壞，確保使用壽命。

2.2 富氧側(cè)吹爐煙氣出口銅水套

煙氣出口銅水套應(yīng)用在上升煙道下方，為爐體與余熱鍋爐水冷壁間連接部分。該水冷件為大型銅水套，通過大型螺栓直接固定在外圍鋼結(jié)構(gòu)上，拆卸安裝方便。在內(nèi)壁中增設(shè)凹槽，可使內(nèi)襯的鎂質(zhì)搗打料牢固附著在水套上(如圖3)，由于耐火搗打料的存在，大大增強了銅水套的安全性，開爐時可直接燒油提溫。

圖3 煙氣出口銅水套鎂質(zhì)搗打料填充方式 示意圖

3 結(jié)語

目前，冶煉行業(yè)發(fā)展較快，各企業(yè)在不定形耐火

材料的使用上都有其特點。煙臺富氧側(cè)吹工藝在不同部位使用自主調(diào)制的鎂質(zhì)搗打料，降低了生產(chǎn)成本，確保了工藝完整。經(jīng)過多個爐期的摸索，鎂質(zhì)搗打料的使用已日趨完善，采用該材料優(yōu)點如下：

(1)耐火材料均衡腐蝕，保證了安全生產(chǎn)。目前，耐火材料壽命已達500 d。

(2)用作電爐頂耐火材料，可降低工藝成本，確保操作安全、方便，降低能耗。

(3)作為銅水套填料使用，可確保銅水套的安全。

雖然鎂質(zhì)搗打料的應(yīng)用較為成功，但是其蝕損機理尚不明確。要進一步優(yōu)化鎂質(zhì)搗打料使用效果，就必須對其蝕損機理進行分析，這將是今后的工作方向。

[1] 劉燕春, 周振龍, 紀國富等. 低水泥澆注料干燥特性的研究[J]. 鋼鐵, 1992，(11): 45-48.

[2] 王首元, 金元剛, 李廣達. 鎂質(zhì)干式打結(jié)耐火材料的原理和應(yīng)用[J]. 鐵合金, 2004，(4): 31-35.

第三代半導(dǎo)體SiC技術(shù)的崛起

第一代半導(dǎo)材料Si點燃了信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“星星之火”，而Si材料芯片也成就了“美國硅谷”高科技產(chǎn)業(yè)群，促使英特爾等世界半導(dǎo)體巨頭的誕生，95%以上的半導(dǎo)體器件和99%以上的集成電路都是由Si材料制作。

目前全球40%能量作為電能被消耗，而電能轉(zhuǎn)換最大耗散是半導(dǎo)體功率器件。曾經(jīng)的“中流砥柱”Si功率器件已日趨其發(fā)展的材料極限，難以滿足當(dāng)今社會發(fā)展對于高頻、高溫、高功率、高能效、耐惡劣環(huán)境以及輕便小型化的新需求。以SiC為代表的第三代半導(dǎo)體材料憑借其優(yōu)異屬性，將成為突破口，正在迅速崛起。

SiC作為一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，不但擊穿電場強度高、熱穩(wěn)定性好，還具有載流子飽和漂移速度高、熱導(dǎo)率高等特點，可以用來制造各種耐高溫的高頻、高效大功率器件，應(yīng)用于Si器件難以勝任的場合。

Practice of magnesia ramming material in enriched oxygen side-blown process

YOU Ting-yan, XU Feng

The drying and maintenance of magnesia ramming material, the using principle at high temperature were analyzed. The use position and filling mode of magnesia ramming material in Yantai enriched oxygen side-blown process were introduced. Using of self-made magnesia ramming material is character of Yantai enriched oxygen side-blown process, it has good performance of anti high temperature, and advantages of low cost, long service life, etc.

magnesia ramming material; enriched oxygen side-blown process; the top of electric furnace; copper water jacket; filling mode

尤廷晏(1972—)，男，山東煙臺人，冶金工程師，從事有色冶煉技術(shù)管理工作，現(xiàn)為煙臺鵬暉銅業(yè)有限公司熔煉車間主任。

2014-- 04-- 21

TF811； TF806.2

B

1672-- 6103(2015)02-- 0045-- 03