粗铜对镁铬砖的侵蚀

□　于仁红1)陈开献2)李勇3)蒋明学1)

1)西安建筑科技大学结构陶瓷研究所　西安710055

2)北京科技大学

3)洛阳耐火材料集团有限责任公司

摘　要　以贵溪冶炼厂PS卧式转炉(150t)风口区使用后的残砖为样品，用化学分析、物理性能检验、EDAX和SEM等手段进行了分析研究。结果表明：粗铜对镁铬耐火材料的侵蚀主要表现为渗透；粗铜渗透的主要途径为开口气孔，也有少量的粗铜沿晶界渗透。

关键词　镁铬砖，粗铜，抗侵蚀性，渗透，铜冶炼

传统的火法铜冶炼炉，如密闭鼓风炉、反射炉和电炉等，都有共同的不足之处，即未能充分地利用粉状精矿的巨大表面能和硫化物的氧化反应热，因而均存在着能耗大，综合利用差，环境污染严重，技术经

济指标落后等缺点。针对上述问题，冶金工作者研究开发了新的冶炼技术，如芬兰的闪速熔炼，前苏联的熔池熔炼，加拿大的诺兰达法等。最近几年，澳大利亚和俄罗斯又开发出了氧气熔炼法[1～4]。特别是闪速熔炼法，近30年来发展很快，世界各地现有30台铜闪速炉和近10台镍闪速炉在使用，而且其装备水平也越来越高，大部分实现了计算机管理。富氧操作等技术的采用，使工艺过程得以强化，促使生产能力不断扩大，成本降低，并有效地减少了对大气的污染。但同时也带来了新的问题———炉衬寿命大大降低。关于铜和镍冶炼用耐火材料的损毁，尤其是粗铜对镁铬耐火材料的侵蚀，目前尚无系统的理论研究。为此，作者以贵溪冶炼厂PS卧式转炉(150t)风口区使用后的残砖为样品，用化学分析、物理性质检验、EDAX和SEM等手段进行了分析研究。

1　残砖分析

样品为贵溪冶炼厂PS卧式转炉(150t)风口区使用两个月后的残砖。原砖是洛阳耐火材料集团公司生产的电熔再结合镁铬砖，其化学组成(质量分数)为:MgO63.70%,Cr2O320.43%,Al2O3 4.86%,Fe2

O37.95%,CaO1.62%,SiO

1.54%；原砖的物理性能为：显气孔率15%，常温耐压强度70MPa，荷重软化温度1740℃，体积密度3.28 g・cm-3。

从残砖的外观(见图1)可以观察到：残砖的工作面已经变得凹凸不平，受热面严重渣蚀。把残砖从中间切开，从其断面(见图2)可以观察到：在距工作面5～12mm处，存在一条平行于热面的裂纹;

图1　残砖的外观

Fig.1Appearance of the used brick

图2　残砖的断面

Fig.2Section of the used brick

Ξ于仁红：女,1977年生，硕士研究生。

收稿日期:2001-10-17编辑：黄卫国

NAIH UO CAI LIAO/耐火材料2002,36(5)259～261开发与应用

2002/5耐火材料/NAIH UO CAI LIAO259

在热面和裂纹之间的区域内，铜渗透十分明显，残砖也变得十分致密；裂纹后面的区域，随着粗铜(主要是Cu 和Cu 2S )的渗入，残砖的颜发生黄铜→黄褐→褐的变化，并且在每两个颜变化带之间，可以观察到有裂纹存在。可以推测，该砖的损毁以结构剥落和热剥落为主。

从裂纹到冷面的10～60mm 的范围内，可以明显地观察到铜的渗透分为3个段带。综合起来，残砖从热面到冷面大致可以分为(1)剥落区：热面至5～10mm 处;(2)渗透区:5～10mm 至10～40mm 处;(3)微渗区:10～40mm 至15～70mm 处;(4)原砖区:15～70mm 以后。从热面到冷面依次

将残砖划分为M GC1～M GC6共计6层，各层材料的显气孔率及体积密度见表1。

表1　不同残砖层的显气孔率和体积密度

Table 1Apparent poro sity and bulk density of different zone s

in the used brick

层号

距热面的距离/mm 显气孔率/%体积密度/(g ・cm -3)

M GC10～107.5 6.24M GC214～19 3.4 4.07M GC323～30 4.1 4.01M GC434～42 4.3 3.97M GC546～59 4.9 3.85M GC6

63～69 5.7 3.63

原砖

-15.0

3.27

由表1分析得知：残砖的显气孔率随距热面距

离的增大而逐渐增大，体积密度逐渐减小。这表明粗铜的渗透是一个逐渐深入的过程。渗透到镁铬砖内的粗铜主要填充在开口气孔中，使残砖变得更加致密。可以推测，粗铜渗透的主要通道为开口气孔。因此，降低镁铬砖的显气孔率，减小气孔孔径，是提高镁铬耐火材料抗粗铜渗透性的主要途径。

将优质镁铬砖残砖的断面磨光，从工作面开始到砖的内部

，每隔5mm 进行1次EDAX 分析，每

次分析的面积约为300μm ×300μm

，得出各区域内成分的平均结果(见图3)。

从图3不难看出：粗铜(Cu 和Cu 2

S )在砖中只发生渗透，渗入的粗铜(Cu 和Cu 2S )并未和砖中的成分发生反应；在距工作面25mm 处,Cu 和Cu 2S 的含量还很高，这说明其渗透能力很强。

图4为工作面处的扫描电镜(SEM )照片，图中构成网络状的白渗透物为Cu 和Cu 2S ；原砖基质的结构与形貌见图5，呈多孔的网络状结构；图6是Cu 和Cu 2S 在工作面附近基质中的渗透情况，同图5比较可以看出,Cu 和Cu 2S 基本上充填了所有

道生液>过氧化氢酶活性测定

的开口气孔。也有少量Cu 和Cu 2S 沿晶界渗入晶粒内部的情况，如图7所示，但这种现象并不常见。Cu 和Cu 2S 的渗透量随着距热面距离的增加而减

少，图8是距热面约30mm 处Cu 和Cu 2S 的渗透情况，和图4相比，其渗透量明显减少。

图3　用后残砖中各成分含量的变化(EDAX )

Fig.3Compo sition of the used brick vs distance from work 2塑料保鲜盒

ing surface

图4　残砖工作面处的SEM 照片

Fig.4SE M micrograph of working surface of the used brick

图5　原砖基质的SEM 照片

Fig.5SE M micrograph of matrix of the original brick

图6　Cu 和Cu 2S 在工作面附近基质中的渗透

Fig.6Penetration of Cu and Cu 2S in the matrix around the

working surface

260

　NAIH UO CAI LIAO /耐火材料2002/5

图7　Cu 和Cu 2S 沿晶界的渗透

Fig.7Penetration of Cu and Cu 2S along crystalline

zigbee模块通信

无数字签名boundary

图8　距工作面约30mm 处Cu 和Cu 2S 的渗透图

Fig.8Penetration micrograph of Cu and Cu 2S around

30mm from the working surface

2　结论

(1)粗铜对镁铬耐火材料的侵蚀主要表现为渗

透，渗透途径主要为开口气孔；渗入的铜、锍填充在气孔中，几乎不与耐火材料中的其他氧化物发生反应，也几乎不破坏镁铬耐火材料的网状结构组织。

(2)粗铜渗透所引起的结构剥落是铜转炉用镁铬耐火材料损毁的主要原因。降低镁铬砖的显气

孔率，减小气孔的孔径，是提高镁铬耐火材料抗粗铜渗透性和炉衬寿命的主要途径。参考文献

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35(2):95～96

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-Smith nickel convertor.Canadian Metallurgical Quarterly ,1998,37(2):99～117

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1992,26(2):108～111

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converter.J Met ,1986,38(9):38～42

Blister copp er attack on magne sia -chrome refractorie s/Y u Renhong ,Chen Kaixian ,Li Y ong ,et al//Naihuo Cailiao.-2002,36(5):259

The fus e d re bonde d ma gnesia -chrome brick was us e d at the tuyere of 150t copp er converter of Guixi Met 2allurgical Plant.The chemical comp ositions ,bulk densities and a pp arent p orosities of the ma gnesia -chrome brick before and after us e d were anal yze d ,the we ar morphologies were obs erve d ,and the we ar mechanis m of ma gnesia -chrome brick was analyze d by using S E M and EDAX.The res ults show that p enetration is the main we ar mechanis m ,and the main wa y of p enetration is op en p ores ,a little of blister copp er als o p enetrates a 2long crystalline boundary.

Key words :Ma gnesia -chrome brick ,Blister copp er ,Corrosion resistance ,Penetration ,Copp er making Author ’s addre ss :Advance d Ceramics Institute ,X i ’an University of Architecture and Technolo gy ,

X i ’an 710055,China

舵角指示器・研究动态・

日本浸入式水口技术的最新发展

在日本，通常采用带有吹气功能的浸入式水口以防止在连铸过程中的Al 2O 3结瘤。内部衬有无碳材料的浸入式水口则不必吹气。

无碳材料能够：防止氧化铝、金属、碳的沉积；浇注中碳钢时避免产生裂纹(具有低的热导率)；浇注高氧钢时具有高的抗侵蚀性。

黑崎播磨公司开发生产出了无碳水口，生产的SA05B 是Al 2O 3-SiO 2系耐火材料。在该材料中,Al 2O 3-SiO 2系原

料的最大粒度较小，水口的工作面很容易形成一层玻璃相层，玻璃层比较光滑，可防止氧化铝的结瘤。SA05B 是所有无碳材料中热导率最低的，大约只有常用的Al 2O 3-C 材料的1/10。SA00是Al 2O 3-尖晶石产品，由于它不含碳，从而降低了氧化铝结瘤现象，同时它具有优良的抗侵蚀性能。这种材料的应用不但可以阻止氧化铝结瘤，而且适用于浇注高氧钢的高侵蚀性环境中。

(李光辉)

2002/5耐火材料/NAIH UO CAI LIAO

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