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熔分深還原電爐(簡(jiǎn)稱熔分電爐)是整條線的主體設(shè)備，主要有兩個(gè)作用，一是熔化轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)的金屬化球團(tuán)，并進(jìn)行渣、鐵分離;二是對(duì)爐渣中的釩氧化物進(jìn)行深還原，使釩元素進(jìn)入鐵水，實(shí)現(xiàn)含鈦爐渣與含釩鐵水的分離。熔分電爐自運(yùn)行以來，存在爐襯侵蝕的問題，特別是在渣線、三相電極背后及出鐵口、出渣口等位置侵蝕較為嚴(yán)重。

1、熔分深還原電爐概況

中試線的熔分電爐采用渣鐵分出操作工藝，出渣口與出鐵口垂直90°分布。熔分電爐工作層采用鎂碳磚，其主要性能指標(biāo)為：體積密度3.07kg·m-3，常溫耐壓強(qiáng)度39.6MPa，w(MgO)=83.18%，w(C)=11.48%。

熔分電爐采用間歇式操作，金屬化球團(tuán)分批加入爐內(nèi)，還原劑焦丁與之配套加入。冶煉末期渣鐵分離后，開渣口出渣，渣出干凈后再開鐵口出鐵。金屬化球團(tuán)典型化學(xué)組成(w)為：TFe63%~68%，MFe53%-60%，V2O5 0.7%~1.0%，TiO2 12%~15%，金屬化率80%~92%。

2、爐襯侵蝕原因分析

熔分電爐爐襯侵蝕較為嚴(yán)重的區(qū)域集中在渣線環(huán)周，特別是三相電極背后以及出渣口、出鐵口區(qū)域。侵蝕后的爐襯示意圖如圖2所示。分析爐襯侵蝕損毀原因，主要有高溫作用使鎂碳磚脫碳，磚的組織機(jī)構(gòu)受到破壞;偏酸性的含鈦爐渣對(duì)鎂碳磚產(chǎn)生化學(xué)侵蝕，將其逐漸溶解;渣和鐵水流動(dòng)對(duì)爐襯特別是渣、鐵口產(chǎn)生物理沖刷作用，加速磚襯侵蝕。

2.1爐襯局部高溫侵蝕

熔分電爐電極把大電流輸送到爐內(nèi)，在電極末端產(chǎn)生電弧而將電能轉(zhuǎn)換成熱能，同時(shí)電流通過爐料而產(chǎn)生電阻熱，兩者所產(chǎn)生的高溫使?fàn)t料熔化并進(jìn)行還原反應(yīng)。電弧弧光波長(zhǎng)在360~560nm之間，電弧溫度一般高于2000℃。電弧電流在電弧所在空間建立磁場(chǎng)，在弧柱上受到指向軸線的徑向電動(dòng)力，壓縮電弧，當(dāng)電弧一側(cè)存在鐵磁物體時(shí)，電弧將偏向鐵磁體。在三相電弧爐中，每相電弧受其他兩相電弧所建立的磁場(chǎng)作用，于是電弧傾斜，偏向爐襯，這種現(xiàn)象叫電弧外吹。電弧外吹使靠近電極的爐襯局部過熱，形成爐壁的熱點(diǎn)。資源綜合利用熔分深還原電爐電極外緣距渣線處爐壁只有550mm，距離較短，易在爐壁上形成溫度高的熱點(diǎn)，高溫使得鎂碳磚中的碳易被氧化成CO逸出，破壞磚的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，同時(shí)使磚軟化，加之液態(tài)渣的流動(dòng)沖刷，使得磚逐層剝落，縮短爐襯壽命。

除電弧高溫對(duì)爐壁的輻射傳熱外，高溫熔分渣對(duì)爐襯的浸泡作用也是導(dǎo)致爐襯侵蝕的另一重要原因。熔分深還原電爐兼有熔化金屬化球團(tuán)并對(duì)渣中釩氧化物進(jìn)行深度還原的作用。釩氧化物還原的化學(xué)反應(yīng)及熱力學(xué)參數(shù)如表3所示。從表3可知，若想獲得較高的釩還原率，則鐵水溫度不宜低于1461℃(1734K)，否則需要延長(zhǎng)冶煉時(shí)間。實(shí)際生產(chǎn)條件下，渣溫一般高于鐵水溫度。此外，冶煉金屬化球團(tuán)過程渣量較大，高溫含鈦爐渣向爐壁輻射傳熱，同時(shí)浸泡渣線位置的鎂碳磚，鎂碳磚工作條件較為惡劣，蝕損較快。

表1 釩氧化物還原相關(guān)參數(shù)

2.2爐渣對(duì)鎂碳磚的化學(xué)侵蝕

化學(xué)侵蝕作用包括爐渣、爐氣對(duì)爐襯的侵蝕，渣中(FeO)、(TiO2)、(V2O5)以及爐氣中的O2等使鎂碳磚表面發(fā)生脫C反應(yīng)，破壞了鎂碳磚結(jié)構(gòu)。采用掃描電子顯微鏡(SEM)，觀察用后鎂碳磚的顯微結(jié)構(gòu)，如圖3所示。圖中亮白色和灰白色顆粒經(jīng)EDS分析，分別證實(shí)為FeSi和Ti，應(yīng)為渣中的FeO、SiO2和TiO2被耐火材料中的碳還原所致;灰色和灰黑色部分經(jīng)EDS分析證實(shí)分別為MgTi2O5、MgAl2O4和MgSiO4，是由耐火材料或渣中的MgO與渣中的SiO2反應(yīng)所引起的。

圖3 使用后的鎂碳磚顯微結(jié)構(gòu)分析

2.2.1FeO的化學(xué)侵蝕

渣中FeO與鎂碳磚中C基質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)：

爐渣中FeO含量升高將加速對(duì)C基質(zhì)的氧化12]。此外，F(xiàn)eO及其與SiO2反應(yīng)形成的橄欖石都是低熔點(diǎn)物質(zhì)，渣中FeO含量升高會(huì)導(dǎo)致爐渣黏度降低，從而增強(qiáng)爐揸中氧化物向反應(yīng)界面層的擴(kuò)散速率和爐渣向鎂碳磚的滲透，進(jìn)而提高爐渣中氧化物與鎂碳磚中C的反應(yīng)速率。中試線運(yùn)行初期，由于設(shè)備的不穩(wěn)定性，熔分深還原電爐用金屬化球團(tuán)由于存放時(shí)間長(zhǎng)、密封效果不理想等原因，金屬化球團(tuán)中FeO含量較高，加快了鎂碳磚的侵蝕損毀。

2.2.2TiO2等的化學(xué)侵蝕

對(duì)侵蝕后的鎂碳磚分析發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)層和脫碳層有TiC、Ti-V-Fe合金存在。V2O5和TiO2隨熔渣進(jìn)入磚內(nèi)部，主要存在于鎂砂顆粒邊緣和基質(zhì)中。高倍下觀察，基質(zhì)中熔渣大量滲入的地方石墨已經(jīng)完全消失，僅留下角礫狀的空洞和少量的圓形氣孔，而渣量較小的部位則有石墨殘留，基質(zhì)中夾雜有較多的高亮金屬顆粒。

滲入磚中的TiO2和V2O5與磚中的碳發(fā)生反應(yīng)，使基質(zhì)中碳含量減少，CO氣體放出，留下大量孔隙，為

熔渣的侵入提供更多的通道，從而加速基質(zhì)的破壞。當(dāng)T=1923K時(shí)，TiO2和碳之間的反應(yīng)很容易進(jìn)行：

綜合以上分析，鎂碳磚的化學(xué)侵蝕可以概括為以下過程：渣中的FeO、SiO2和TiO2先與鎂碳磚中的碳反應(yīng)，碳被氧化后，給渣創(chuàng)造了進(jìn)入耐火材料的通道，隨后氧化鎂溶解入渣中，與渣反應(yīng)。通過碳的氧化和爐渣的侵蝕，一方面破壞了磚中碳的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使組織結(jié)構(gòu)疏松，高溫強(qiáng)度降低;另一方面使磚的表面形成低熔點(diǎn)的化合物，弱化并變質(zhì)，從而在熔渣攪動(dòng)沖刷、熱沖擊等作用下逐層脫落，造成鎂碳磚的損毀。

2.3渣、鐵的物理沖刷

冶煉形成熔液以后，在電極作用及分批加料的情況下，渣和鐵液會(huì)發(fā)生攪動(dòng)，對(duì)爐壁產(chǎn)生沖刷。出渣、出鐵時(shí)，這種沖刷最為明顯，渣、鐵口的侵蝕也較為嚴(yán)重。