礦棉生產中保溫電弧爐是生產的關鍵設備，爐內采用電極加熱，爐襯內側承載高溫渣液，因每次高溫熔液出爐后，爐壁溫度急聚下降，導致爐襯耐火材料承受溫度驟冷、驟熱的熱沖擊，還要承受熔渣的化學侵蝕、液位下降過程中與空氣接觸的氧化腐蝕。因此對爐襯耐火材料選材要求十分苛刻，同時還要考慮爐襯材料的成本控制。目前礦棉生產用電爐爐襯材料主要為鎂鉻尖晶石磚、高鋁磚、冷搗糊、剛玉磚等耐火材料，但在生產過程中以上耐火材料均不能滿足使用要求，使用壽命不超3個月，導致生產線不能達產，無法滿足生產要求。

1.1 保溫電弧爐內襯用耐火材料使用情況

（1）采用鎂鉻尖晶石磚砌筑爐墻，高鋁磚砌筑爐底，此方案生產10天，爐墻全蝕損，爐底部分蝕損。

（2）采用剛玉磚砌筑爐墻，預焙碳磚砌筑爐底，此方案生產使用8天，爐墻全蝕損，爐底完好。

（3）采用高鋁磚砌筑爐墻，預焙碳磚砌筑爐底，此方案生產使用40天，爐墻部分蝕損，爐底完好。

（4）采用冷搗糊筑爐墻，預焙碳磚砌筑爐底，此方案生產使用30天，爐墻全蝕損，爐底完好。采用預焙碳磚砌筑爐墻、爐底，此方案生產使用90天，爐墻上部全氧化，爐底完好。

1.2 探討發現

保溫電弧爐熱熔渣經調質后熔渣為酸性熔渣，酸度系數1.7-1.8。爐墻耐火材料經酸性熔渣沖刷，導致使用壽命十分有限，熱熔渣中CaO-SiO2含量占比70%。爐墻耐火材料在熔渣出渣時液位降低導致爐墻與空氣接觸使耐材氧化嚴重。爐底因熔渣未全部倒出形成保護層且溫度穩定，采用預焙碳磚砌筑爐底可行。

1.3 在高溫狀態下抗渣性能及抗氧化性能對比

（1）碳化硅體系：碳化硅體系在高爐鐵鉤上取得了成功的應用，抗SiO2渣及抗 CaO-SiO2 渣的侵蝕能力優良，碳化硅屬于非氧化物。碳化硅體系，在高溫下反應生產SiO2，SiO2在材料表面形成釉質層，堵塞氣孔，避免了碳化硅進一步氧化反應，此材質抗氧化能力優良。但在抗保溫電弧爐渣侵蝕實驗中，沒有體現出很好的抗侵蝕能力，在材料與渣液界面沒有形成保護層，碳化硅被渣侵蝕后進一步深入氧化造成材料結構的破壞，同時抗渣侵蝕能力降低。

從實驗結果可以看出，該材質沒有與渣接觸的部位表面形成了明現的釉層，但材料與渣液接觸部位由于碳化硅氧化生成的二氧化硅與渣反應，坩堝內壁沒有得到很好的保護，被渣液侵蝕出溝槽。

（2）鎂鋁尖晶石體系：鎂鋁尖晶石是一種人工合成的高級耐火材料，鎂鋁尖晶石的晶體結構是AL-O與Mg-O 之間有很強的離子鍵結合，使鎂鋁尖晶石內部結構均衡且牢固，這種結構特點使鎂鋁尖晶石有優良的耐熱振性和抗渣性，在氧化和還原條件下有良好的穩定性。其較高的耐火性和較低的膨脹系數廣大的用于中頻爐。根據實驗情況觀察，坩堝滲透較為嚴重，使其結構遭到破壞，該材質為堿性材料，在高溫下與酸性熔渣反應，因此不適合作為保溫電弧爐熱熔渣耐火材料。

（3）預焙碳磚體系：預焙碳磚是一種以無煙煤為原料，并加入一定比例的冶金焦與石墨碎，壓制焙燒而成的耐火材料，此材料耐火度高、抗渣沖刷能力優良、導熱能力優良、膨脹系數小，廣泛應用于鐵合金爐爐襯材料。根據實驗情況觀察，坩堝氧化侵蝕嚴重，導致其結構變化，碳與氧產生氧化反應，使碳磚抗氧化強度降低，渣液與該材質接觸界面沒有形成保護層，坩堝內壁渣液液面以上被氧化侵蝕嚴重，渣液液面以下完好無損；

（4） 氮化碳化硅體系：氮化碳化硅是指用SiC和 Si 為原料，經氮化燒成的耐火制品，該材質具有良好的耐侵蝕性、抗熔融冰晶石潤濕性、抗氧化性、耐磨性、高導熱性、抗熱震性和極低的電導率，其主要用作高爐下部爐身內襯，比使用傳統耐火材料壽命提高一倍以上。

根據實驗情況觀察，坩堝內壁只有淺淺的基質被侵蝕，渣液沒有繼續向內部深處擴展，侵蝕深度約為1mm，抗渣侵蝕效果良好。同時該材質經高溫沖擊，與空氣接觸結構未發生變化，表明其耐高溫抗氧化性能優良。

通過上述多組實驗對比表明，抗渣侵蝕性能上氮化硅磚 > 預焙碳磚 > 碳化硅 > 鎂鋁尖晶石，耐高溫抗氧化性能上氮化碳化硅磚 > 碳化硅 > 預焙碳磚。由于氮化碳化硅材料價格較為昂貴最終選用了氮化碳化硅材質和預焙碳磚并用，進行保溫爐爐襯砌筑。