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(duì)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(duì)含鈦高爐渣對(duì)耐火材料的侵蝕、電爐熔分鈦渣對(duì)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(duì)鎂磚和鎂碳磚的侵蝕研究。已較多但關(guān)于電爐鈦渣對(duì)它們的侵蝕研 究較少。另外運(yùn)用熱力學(xué)相圖計(jì)算了鋼渣和含磷鋼渣對(duì) 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(duì)其被電爐鈦渣的侵蝕進(jìn)行了熱力學(xué)計(jì)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(duì)于鈦渣對(duì)4種耐火材料的侵蝕作用進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算。計(jì)算條件為；計(jì)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(duì)鎂磚的侵蝕
(1)當(dāng)溫度為1500℃時(shí)，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(shí)，氧化鎂完全被熔解掉；當(dāng)渣和鎂磚質(zhì)量比高于1.7時(shí)，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(shí)，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(shí)，體系仍以渣和鈦尖晶石形式存在。
(2)當(dāng)溫度為1600℃時(shí)，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(shí)，MgO相消失；當(dāng)鈦渣與鎂磚質(zhì)量比大于1.6時(shí)，同1500℃時(shí)相似。
(3)當(dāng)溫度為1700℃時(shí)，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(shí)，體系只剩下渣相，鎂磚將完全熔解掉。
2.2 電爐鈦渣對(duì)鎂碳磚的侵蝕
在1500℃時(shí)，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(duì)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(shí)，MgO全部熔解掉；當(dāng)渣和鎂碳磚質(zhì)量比高于1.7時(shí)，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(shí)，鈦渣和鎂碳磚質(zhì)量比高于1.8時(shí)，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(shí)，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(duì)剛玉澆注料的侵蝕
在1500℃時(shí)，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(shí)AL6Si2O13便被全部熔解掉。當(dāng)溫度為1600℃時(shí)，渣和剛玉澆注料質(zhì)量比高于0.1時(shí)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(shí)，AL2O3也完全被熔解。當(dāng)溫度高于 1700℃時(shí)，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(shí)，剛玉澆注料會(huì)更容易被侵蝕。
2.4 電爐鈦渣對(duì)SiC澆注料的侵蝕
在1500℃時(shí)，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(shí)，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(shí)，SiO2相出現(xiàn)，鈦渣與SiC澆注料質(zhì)量比為2.0時(shí)，最后體系中剩下TiC、FeSi、SiO2和渣。當(dāng)溫度為1700℃時(shí)，鈦渣與SiC澆注料質(zhì)量比為2.0時(shí)，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(jì)算可知，鈦渣對(duì)不同耐火材料的侵蝕效果不同，因此進(jìn)行1700℃下鈦渣對(duì)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(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果可知，4種耐火材料對(duì)鈦渣的抗侵蝕作用由好到壞的順序?yàn)椋?a target="_blank" href="http://www.jscctv.cn/show-937.html">SiC澆注料＞鎂碳磚＞燒成鎂磚＞剛玉澆注料 。