電爐法冶煉鈦渣是鈦鐵礦與固體還原劑(無煙煤或焦炭等)按一定的比例混合加入電爐中進(jìn)行還原熔煉,，礦物中鐵的氧化物選擇性還原為金屬鐵,，而鈦的氧化物被富集到爐渣中，經(jīng)過渣鐵分離后得到鈦渣和副產(chǎn)品金屬鐵,，鈦渣中TiO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 75％～85％,。由于TiO，是兩性氧化物，不同的環(huán)境可以顯現(xiàn)出不同的酸堿性,，因而具有較高的化學(xué)活性,，幾乎能與所有的金屬和非金屬材料發(fā)生作用。因此,，對于電爐冶煉鈦渣過程中,，耐火材料的選擇顯得尤為困難。
目前一些研究人員分別對含鈦高爐渣對耐火材料的侵蝕,、電爐熔分鈦渣對耐火材料的侵蝕進(jìn)行了研究,。結(jié)果表明，F(xiàn)eO易與其他氧化物形成低熔點(diǎn)物質(zhì)引起爐襯的損壞,。另外,，形成的高熔點(diǎn)物質(zhì)如TiC能起到保護(hù)爐襯的作用，實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中也是通過這些高熔點(diǎn)物質(zhì)來保護(hù)爐襯,。關(guān)于非含鈦渣系對鎂磚和鎂碳磚的侵蝕研究,。已較多但關(guān)于電爐鈦渣對它們的侵蝕研 究較少。另外運(yùn)用熱力學(xué)相圖計算了鋼渣和含磷鋼渣對 MgO—CaO材料的侵蝕作用結(jié)果表 明：無論是一般煉鋼渣或是含磷煉鋼渣,，都以含有一定量CaO的MgO—CaO材料為爐襯較好,。本工作中，考慮到鐵口和渣口耐火材料使用的特殊性,，選擇了剛玉澆注料,、燒成鎂磚、SiC澆注料及鎂碳磚4種耐火材料,，對其被電爐鈦渣的侵蝕進(jìn)行了熱力學(xué)計算,。
1 試驗(yàn)
1.1原料
所用工業(yè)鈦渣的化學(xué)組成為：TiO 78％，F(xiàn)eO 5.98％,，CaO 1.05％,，SiO25.96％，A12O3 3.27％,，MgO5.03％,。剛玉澆注料、燒成鎂磚,、SiC澆注料和鎂碳磚4種耐火材料的主要化學(xué)組成見表 1,。
實(shí)驗(yàn)條件在還原性氣氛下進(jìn)行對于鈦渣對4種耐火材料的侵蝕作用進(jìn)行熱力學(xué)計算。計算條件為,；計算過程中以 100g耐火材料為基礎(chǔ),，鈦渣與耐火材料的質(zhì)量為 0～2，溫度分別為 1500,、1600和1700℃，氧分壓為1.103×10-2Pa,。將200g鈦渣分別放入用剛玉澆注料、燒成鎂磚,、SiC澆注料及鎂碳磚制作的外部尺寸φ120mm x 140mm、內(nèi)孔尺寸φ60mm×80mm的坩堝內(nèi)，并將其放入電爐內(nèi),，升溫至1700℃,，保溫3h,，冷卻后取出試樣,，觀察其剖面侵蝕情況,。
2 結(jié)果與討論
2.1 電爐鈦渣對鎂磚的侵蝕
(1)當(dāng)溫度為1500℃時，鎂磚在高溫反應(yīng)達(dá)到平衡后的主要物相為 MgO,、鎂橄欖石、渣相和鈦尖晶石(TiSp),。隨著渣和鎂磚質(zhì)量比的提高,，渣相含量逐漸增加，而氧化鎂含量逐漸減少，當(dāng)渣和鎂磚質(zhì)量比高于1.4時,，氧化鎂完全被熔解掉；當(dāng)渣和鎂磚質(zhì)量比高于1.7時,，鎂橄欖石也被全部熔解掉；當(dāng)鈦渣與鎂磚質(zhì)量比大于1.6時,，鈦尖晶石相呈現(xiàn)降低的趨勢；當(dāng)渣和鎂磚質(zhì)量比高達(dá)2.0時,，體系仍以渣和鈦尖晶石形式存在,。
(2)當(dāng)溫度為1600℃時，體系的主要物相為MgO,、渣相和鈦尖晶石，鎂橄欖石相消失,。而當(dāng)鈦渣與鎂磚質(zhì)量比為1.4時,，MgO相消失,；當(dāng)鈦渣與鎂磚質(zhì)量比大于1.6時,，同1500℃時相似。
(3)當(dāng)溫度為1700℃時,，體系只剩下渣相和MgO,。當(dāng)鈦渣與鎂磚質(zhì)量比大于1.7時，體系只剩下渣相,，鎂磚將完全熔解掉,。
2.2 電爐鈦渣對鎂碳磚的侵蝕
在1500℃時,，鈦渣與鎂碳磚在高溫反應(yīng)達(dá)到平衡后的物相主要為 MgO,、TiC、渣和鈦尖晶石(TiSp),，高熔點(diǎn)物質(zhì)TiC對耐火材料具有一定的保護(hù)作用 ；隨著渣和鎂碳磚質(zhì)量比的提高,，MgO和TiC含量逐漸減少,，TiSp含量先增加后減少；當(dāng)渣和鎂碳磚質(zhì)量比高于1.4時,，MgO全部熔解掉；當(dāng)渣和鎂碳磚質(zhì)量比高于1.7時,，TiC也全部消失；隨著渣和鎂碳磚質(zhì)量比的繼續(xù)提高,，渣相含量基本持續(xù)增加,。當(dāng)溫度為1600℃時，鈦渣和鎂碳磚質(zhì)量比高于1.8時,，體系中只剩下渣相,，其余全部被侵蝕熔解,。當(dāng)溫度為1700℃,，鈦渣與鎂碳磚質(zhì)量比大于1.4時,，體系只剩下渣相,，鎂碳磚將完全熔解掉,。綜上所述,，從熱力學(xué)角度來說,，鎂碳磚最終也是要被鈦渣侵蝕掉,。
2.3 電爐鈦渣對剛玉澆注料的侵蝕
在1500℃時,，剛玉澆注料與鈦渣在高溫反應(yīng)達(dá)到平衡后的物相主要為AL2O3,、AL6Si2O13，和渣相.隨著渣和剛玉澆注料質(zhì)量比的提高AL2O3和AL6Si2O13,，含量逐漸降低,，渣相含量不 斷增加,；當(dāng)渣和剛玉澆注料質(zhì)量比高于0.3時AL6Si2O13便被全部熔解掉,。當(dāng)溫度為1600℃時,，渣和剛玉澆注料質(zhì)量比高于0.1時AL6Si2O13,，已被完全熔解,；當(dāng)渣和剛玉澆注料質(zhì)量比高于1.8時,，AL2O3也完全被熔解。當(dāng)溫度高于 1700℃時,，一旦加入鈦渣,，體系中便只剩下渣相和AL2O3當(dāng)繼續(xù)提高渣和剛玉澆注料質(zhì)量比時,，剛玉澆注料會更容易被侵蝕,。
2.4 電爐鈦渣對SiC澆注料的侵蝕
在1500℃時，鈦渣與SiC澆注料在高溫反應(yīng)達(dá)到平衡后的物相主要為AL2O3,、AL6Si2O13、SiC,、SiO2、TiC,、FeSi和渣相,。隨著渣和SiC澆注料質(zhì)量比的提高，AL6Si2O13和SiC含量逐漸降低,，其他成分的含量逐漸增加,；SiC還原鈦渣而形成SiO2,，所以其含量隨著鈦渣的增加而增加,。當(dāng)鈦渣與SiC澆注料質(zhì)量比為0.7時，體系中AL6Si2O13完全被侵蝕掉,；隨著溫度繼續(xù)升高,，體系中AL6Si2O13的溶解速率增加，TiC,、FeSi和渣相的含量仍然是隨著鈦渣加入量的增加而增加,。當(dāng)溫度為1600℃，鈦渣與SiC澆注料質(zhì)量比大于1.6時,，SiO2相出現(xiàn),，鈦渣與SiC澆注料質(zhì)量比為2.0時,，最后體系中剩下TiC、FeSi,、SiO2和渣,。當(dāng)溫度為1700℃時，鈦渣與SiC澆注料質(zhì)量比為2.0時,，最后體系中讓剩下TiC,、FeSi和渣。這說明SiC澆注料與鈦渣侵蝕過程產(chǎn)生的高熔點(diǎn)物質(zhì)能起到一定的抗侵蝕作用,。
3侵蝕試驗(yàn)結(jié)果
通過以上理論計算可知,，鈦渣對不同耐火材料的侵蝕效果不同，因此進(jìn)行1700℃下鈦渣對不同耐火材料的侵蝕試驗(yàn)研究,。4種耐火材料被鈦渣侵蝕后可以看出,；剛玉澆注料被侵蝕嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)松散,；燒成鎂磚結(jié)構(gòu)變化不明顯,，但坩堝底部與鈦渣發(fā)生熔融現(xiàn)象；SiC澆注料結(jié)構(gòu)變化不明顯,，渣線分布清晰,；鎂碳磚結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，部分被侵蝕,。因此通過理論計算和試驗(yàn)結(jié)果可知,，4種耐火材料對鈦渣的抗侵蝕作用由好到壞的順序?yàn)椋?a target="_blank" href="http://pwua.cn/show-937.html">SiC澆注料＞鎂碳磚＞燒成鎂磚＞剛玉澆注料 ,。