礦棉生產(chǎn)中保溫電弧爐是生產(chǎn)的關鍵設備，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，導致生產(chǎn)線不能達產(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致爐墻與空氣接觸使耐材氧化嚴重。爐底因熔渣未全部倒出形成保護層且溫度穩(wěn)定，采用預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，避免了碳化硅進一步氧化反應，此材質(zhì)抗氧化能力優(yōu)良。但在抗保溫電弧爐渣侵蝕實驗中，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層，碳化硅被渣侵蝕后進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。
從實驗結(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，坩堝內(nèi)壁沒有得到很好的保護，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)實驗情況觀察，坩堝滲透較為嚴重，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，因此不適合作為保溫電弧爐熱熔渣耐火材料。
（3）預焙碳磚體系：預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、導熱能力優(yōu)良、膨脹系數(shù)小，廣泛應用于鐵合金爐爐襯材料。根據(jù)實驗情況觀察，坩堝氧化侵蝕嚴重，導致其結(jié)構(gòu)變化，碳與氧產(chǎn)生氧化反應，使碳磚抗氧化強度降低，渣液與該材質(zhì)接觸界面沒有形成保護層，坩堝內(nèi)壁渣液液面以上被氧化侵蝕嚴重，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、高導熱性、抗熱震性和極低的電導率，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)實驗情況觀察，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。
通過上述多組實驗對比表明，抗渣侵蝕性能上氮化硅磚 > 預焙碳磚 > 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)和預焙碳磚并用，進行保溫爐爐襯砌筑。
