铜冶炼转炉风口区,正常的工作温度比较高,在1200度以上,但停风特别是加冷料和出料时炉膛内温度会有较大幅度降低,短时间内降到400—700 度,剧烈的温度变化对耐火材料产生热震作用,并且由于热震的作用,致使砖体内部原有微小裂纹生长、新的裂纹产生,进而导致耐火材料砖体内部结合强度降低,特别在高温熔体侵蚀、冲刷作用下,砖体表层脱落、崩裂加剧,加速其损毁。
为了研究不同耐火材料在受到单纯热震作用时其性能之间的差异,在实验室进行了常规的急冷热震实验和缓冷热震实验。即将耐火材料于 1400℃下保温,之后从马弗炉中取出在常温空气气氛中急冷,之后再将其置于马弗炉中加热、保温、取出空冷,上述过程重复数次后,对耐火材料样品进行压力- 位移的测试,观测其耐压强度的变化,此过程中耐火材料所承受的温度变化较剧烈,为急冷热震实验。
将耐火材料的随炉缓冷热震实验则将耐火材料在 1400℃下保温后,关闭加热电源,使其随炉缓冷,之后再重新升温至 1400℃、保温、冷却,重复上述过程数次,最后对耐火材料试样进行压力- 位移的测试,为缓冷热震实验,来对比考察不同耐火材料的单纯抗热震性能差异。通过热震实验,结合生产实践,镁铬砖耐火砖更加适合用于转炉风眼砖。
由于在转炉风口区,耐火材料不仅受温度的变化影响,也受到熔体特别是渣的侵蚀作用。为了研究不同耐火砖在铜转炉工况下的热应力产生损耗情况,根据热震实验筛选出4种抗热震性能较好的镁铬砖耐火砖,进一步进行先经历热震后经历静态侵蚀和先经历静态侵蚀后经历热震研究。从耐火材料经历热震和侵蚀两种因素交互作用后的耐压强度数据及显微镜照片对比分析,侵蚀和热震的先后顺序不同,基本不影响对材料性能的定性判断。
初始耐压强度高的耐火材料,损失率较高,造成铬含量高的镁铬砖经历热震和侵蚀两种因素交互作用后的耐压强度与初始耐压强度低的耐火材料相当,这与预测有较大差距;分析认为,耐火材料受到热震作用产生的热应力超过材料的极限抗张强度时,材料就会被破坏,从而产生新的裂纹。材料中的微裂纹破裂时存在明显的动力扩展,而气孔特别是材料内部原有的封闭气孔可以阻碍裂纹的扩展。若材料的气孔率高,则成核裂纹密度增大而裂纹平均尺寸变小,有利于提高材料的抗热震性。但孔隙率较高,在静态侵蚀实验中,熔体通过表面形成的热震裂纹能够更深入的渗透至砖体内部,从而在常压条件下测试耐压强度时,该部分填入砖体内部孔隙的冷凝熔体起到了类似粘结剂的作用,提高其耐压强度,显示为压力耐压强度损失率较小。但在实际生产中气孔率高,一方面渣及冰铜、粗铜熔体的渗透变的严重,熔体的侵蚀加剧,另一方面,气孔率高造成材料的强度下降,受到渣蚀后更易加剧综合使用性能下降,实际使用中,期孔率低,初始耐压强度大的耐火砖使用寿命明显强于初始耐压强度低的耐火砖,因此,选择耐火砖气孔率和耐压强度等参数时,需要综合评估 。