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1、粗铜对镁铬耐火材料的侵蚀于仁红蒋明学* 李勇陈开献刘会林洛阳耐火材料集团公司 洛阳 4 9 1 0 3 9* 西安建筑科枝大学摘要本文讨论了铜有色冶炼过程中，粗铜时镁铬耐火材朴的俊性，其中把温度、保温时间和粗钥的加入全作为可变量， 进行了两个系列试验: 第一系列是对不同生产工艺镁格砖的试脸， 浏试粗钥渗进性与温度的关系， 第二系列试验是选取不同的保温时间和加入爹，测试其对 L D M C e - 1 2 砖的影响.最后还对用后的残砖进行了分析，试验结果表明: 粗铜对 M 一 K 耐火材料的便抽表现为渗透; 且随着温度的升高， 保温时间和粗铜加入量的增加，其渗透面积增大.1前言传统的铜火法冶炼，
2、 如: 密闭鼓风炉、 反射炉和电炉熔炼等， 都有共同的不足之处，未能充分的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冶炼技术。大 人研 究 出 了诺兰达法如芬兰人研究出了闪速熔炼，。最近几年前苏联人研究出了熔池熔炼，加拿俄罗斯人又研究出了氧气熔炼J 一 6 1 。特别是闪速炉近地生产和使用。3 0 年来发展很快澳大利亚人，现有铜 闪速炉3 0台。镍闪速炉近 1 0而且其装备水平也越来越高， 大部分实现了计算机管理。台，在世界各富氧等技术的采用。 使T艺过程得以强化， 促使生产能力
3、不断扩大， 成本降低. 并有效地减少了对大气的污染。但与此同时，也带来了新的问题一一炉衬寿命大大降低。鉴于目前粗铜对镁铬耐火材料的作用尚无系统的研究， 为了进一步研究粗铜对镁铬耐火材料的作用， 进而提扁耐火材料的使用寿命，作者进行了以下试验。2试样制备及试验方法2 . 1 试样制备试验所用的耐火材料均来自 洛阳耐火材料集团公司九分公司和三分公司. 其化学成分和物理性能见表 1 ，表 2 ,1 7 5表 I 不同生产工艺镁铬砖化学成分编号试样 名称S i o ,A 1 , 0F e : O ,Ca 0H g 0C r , OT- 8普通镁路砖3 . 8 47 . 1 67 . 2 21 . 6
4、56 9 . 7 39 . 6 8T-1 4普通镁铬砖3. 2 07 . 4 68 . 4 41 . 4 06 4 . 3 41 3 . 91T - 1 9普通镁铬砖4 . 0 01 2. 3 81 2 . 9 41 . 0 74 5 . 912 2 . 7 1T - 2 5普通镁路s r3 . 421 2. 3 81 4 . 3 61 . 0 74 0 . 1 02 6 . 3 8T- 3 0普通镁铭砖3 . 3 41 1 . 6 31 4 . 7 81 . 1 03 8 . 6 82 8. 7 6C- 8直接结合镁铬砖1 . 9 02 . 4 05 . 5 01 . 7 57 7 . 9
5、51 0. 1 0C -1 2直接结合镁铬砖1 . 4 03 . 5 86 . 9 31 . 4 37 3 . 4 51 2 ， 7 9C -1 8直接结合镁铬砖1 . 5 64 . 3 19 . 9 91 . 3 06 3 . 7 01 8 . 7 4B -1 6半再结合镁铬砖0 . 9 74 . 1 39. 4 71 . 2 56 6 . 6 31 7 . 1 4D - 2 0电熔结合镁铬砖1 . 0 34 . 3 01 0 . 4 01 . 1 16 2. 712 0 . 3 4D - 2 6电熔结合镁铬砖0 . 9 75 . 6 41 2 . 8 61 . 1 751 . 3 32 8
6、 . 0 2表 2不同生产工艺镁铬砖的物理性能编 号试样 名 称热展稳 定性%气孔 率、 %件 气 写1 -m耐压强度( MP H )荷软 ( 0 . 2 MP an 叫 . 、常温抗 折强度( MP H )高温抗折强 度( MP a ) ( 1 4 0 0, 3 0 m i n )1 1 0 0 水冷5次后残余 抗折强度( MP s )1 ， ， . J甘J一T- 8普通结合 镁铬砖9 7 . 61 7 . 33 . 013 01 6 0 04 . 21 . 94 . 1T- 1 4普通结合 镁铭砖， 0 . 41 0 . 32 . 9 62 51 6 6 05 . 43 . 63 . 8T
7、- 1 8普通结合 镁铬砖9 0 . 52 1 . 62 . 9 93 71 71 06 . 34 . 55 . 7T- 2 5普通结合 镁铬砖7 0 . 8砚 9 . 13 . 1 45 41 6 9 01 2 刀1 0 . 38 . 5T- 3 0普通结合 镁铬砖7 9 . 42 0 . 33 . 1 36 21 7 8 01 0 泞7 . 88 . 5G S直接结合 铁铭砖7 6 . 01 6 . 33 . 0 81 3 01 7 8 07 . 54 . 25 . 7C一 1 2直接结合 铁铬砖7 7 . 11 6 . 83 . 1 19 91 7 6 08 . 34 . 36 . 4C
8、 I 8直接结合 钱铬砖1 1 2 . 71 9 . 2J 刀93 81 1 7 06 . 37 . 77 . (B- 1 6平再结 合 镁铬砖5 2 . 31 5 . 13 . 2 3671 7 7 01 0 . 76 . 95 . 6D- 2 0电熔结合 镁铬砖5 6 . 61 5 月3 . 2 77 91 7 9 01 2. 29. 16 . 9D- 2 6电熔结合 镁锵砖7 0 . 1任 下 . 33 . 2 73 21 7 8 09 . 77 . 36 . 8. ， 6 .2 . 2试验方法本试验采用静态增锅法， 用耐火砖制作增塌时使用了切割工具， 试验的主要过程为:1 )制作柑塌，
9、每个柑祸的尺寸为小 2 5 x 3 O m m:2) 将称好的粗铜放入增锅内， 为了防止粗铜的氧化， 每个增祸顶部加盖一小盖片;3 )将试样放入试验炉内加热熔化:为了防止粗铜的氧化，采用快速升温的方法，升温速度为:10/ m in;4 )切割增锅:5 )计算粗铜的渗透面积;6 )残砖分析。按上述过程进行了 两个系列的试验。 第一系列的试验中， 对不同生产工艺的镁铬砖进行， 试验每个柑锅内 加入粗铜2 09， 试验温度分别为: 1 2 5 0 、 1 3 00、13 50、 1 4 0 0、 1 450 ， 保温时间皆为3 个小时; 第二系列的试验中， 根据第一系列所做试验结果，选取洛阳耐火材料
10、集团公司九分公司生产的直接结合镁铬砖 L z Me 一 t Z 进行试验，试验温度为140 0 ; 保温时间分别为3 、 4 、 5 、 6 个小时， 粗铜加入量分别为4 0 9 、 609 、 809 、1 0 0 9 。2 . 3试验结果及分析把试验后的增祸从中r0)切开计算粗铜的渗透面积，其结果见表 3 、4 。表3 粗铜的渗透面积 价 耐)温度 D一 2 6D 一 2 0B 一 1 62 一 1 22一 8T一 3 0T 一 2 5T 一1 8T一1 4T一 81 2 5 03 914 5 35 0 65 5 461 75 8 86 5 46 9 87 7 6 8 ， :1 3 0 0
11、4 5 24 915 4 46 216516 4 77 517 5 88 23B 8 21 3 5 04 7 151 35 7 96 6 87 1 67 518 018 3 58 8 591 81 4 004 8 85 3 86 217 0 37 3 67 8 98 3 68 6 99 2 79 7 91 4 5 0一5 6 3一 6 ， 57 3 07 6 18 3 18 4 35 6 49 7 41 02 41 0 9 2表 4 粗铜渗透面积编号C，】C;保温时间 h粗铜加入量 9渗透面积 m o22 02 02 02 01 1 9 2 1 6 5 4 1 ， 2 9 1 8 5 4 一2
12、 0 2 6 2 4 3 8 2 7 6 8 2 9 0 2.1 7 7.2 . 3 . 1 a者虚鹰柳澎 减分必矛馆在其他参数不变的情况下，试验温度分别选取 1 2 5 0 1C , 1 3 0 0 0 , 1 3 5 0 1 . , 1 4 0 0 1 C ,1 4 5 0 C， 试验结果表明:无论对那种工艺生产的镁铬耐火材料而言，粗钢的渗透面积随温度的升而增大。各种生产工艺的镁铭耐火材料的粗铜渗透面积与温度的关系见图 . 。一今一 D - 2 6一.一llZ O一奋一0- 1 6一陡-C 1 2一帐CS.一 f3 0一十- T - 2 5一T 1 8-几 一一熔渣的粘度;0 一一接触角;
13、: 一一时间;A 一一 常数，1 7 8.2 . 3 . 2 M度对麦法力必居村同一种物质的表面张力因温度不同而异， 当温度升高时物质的体积膨胀， 分子fr i 的距离增加， 从而使分子间的相互作用减弱， 所以当温度升高时， 大多数物质的表面张力都是逐渐地减小， 在相当大的温度范围内， 两者近似成线形关系。当温度趋近与临界温度时。气液界面趋于消失，任何物质的表面张力皆趋于。 。但也有少数物质，例如锡、铜及其合金，钢液及某些硅酸盐等液态物质的表面张力却随温度的升高而增加。2 . 主 J羞度对招厦矛材r 绝对速度理论:R =n Q e x p( E I k T )其中:n 。 一一与熔体组成有关的
14、常数;AE 一一质点移动活化能:k 一一波尔兹曼常数;T 一一绝对温度:i 自由体积理论:r l = A e x p B l ( T - T o ) 1 ;“v 过剩嫡理论:r l = C e x p B / ( T - T o ) J ;从以上几种理论可以看出:温度对粘度的影响很大，温度升高，粘度下降，从而导致熔体的流动性增强.渗透性加剧。从渗透深度 X的表达式可以得知:温度升高，粗铜的表面张力。 增大，粘度 n 减小;因此。渗透深度加深。1 . 3 . 4 W “ E# f 1 A I /i tl X*在第二系列试验中研究了粗铜的渗透性与保温时间的关系，其结果见图2 .2 1 0 0 r4
15、 5保沮时间( h )粗铜的渗透面积与保温时间的关系19017015013011090圈 户昌彩目阔袋.1 7 9.试验结果表明: 对同一种砖来讲。 在相同粗铜加入量和升温速度的条件下， 随保温时间增长，粗铜的渗透面积增大。3 . 3粗铜加入量的影响在第二系列试验中研究了粗铜的渗透性与其加入最的关系，其结果见图3 0试验结果表明: 随着粗铜加入量的增加， 粗铜的渗透面积增大， 而且根据试验结果可以看出，粗铜的渗透性很强。图4 、图s 分别示出了不同粗铜加入量渗透后砖的气孔率和体积密度。6 0 8 0粗银加入 量 ( 幻1 0 0粗铜的渗透面积与粗铜加入量的关系00080060040020000
16、0800图2昌彩旧姻热:口，行们SJq划赞荤丫0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0粗铜加入量 ( K )图 4 试验后增塌的气孔率与粗铜加入量的关系.1 8 0.3 . 33 . 2 53 . 23 . 1 53 ， 13 . 0 532 . 9 52 . 9(飞。/竺恻生簿诊n 2 0 4 0 6 0粗铜加入量 ( 妇8 0 1 0 0图 5 试验后增塌的体积密度与粗铜加入量的关系3残砖分析该残砖取自贵溪冶炼厂 巧O t p 5卧式转炉风口区，取下的残砖是洛阳耐火材料集团公司九分公司生产的电熔再结合镁铬砖 L D MG e - 2 0 ; 使用时间为两个月， 原砖的物理化学性能见表 2 ，从残砖的外观可以观察到:残砖的工作面已经变的凹凸不平，在距工作面 5 - 1 2 m m 处，存在一条平行于热面的裂纹从热面到裂纹的区域内铜渗透十分明显，残砖变的十分致密。因而，可以推知该砖的损毁是以结构剥落
