矿棉生产中保温电弧炉是生产的关键设备，炉内采用电极加热，炉衬内侧承载高温渣液，因每次高温熔液出炉后，炉壁温度急聚下降，导致炉衬耐火材料承受温度骤冷、骤热的热冲击，还要承受熔渣的化学侵蚀、液位下降过程中与空气接触的氧化腐蚀。因此对炉衬耐火材料选材要求十分苛刻，同时还要考虑炉衬材料的成本控制。目前矿棉生产用电炉炉衬材料主要为镁铬尖晶石砖、高铝砖、冷捣糊、刚玉砖等耐火材料，但在生产过程中以上耐火材料均不能满足使用要求，使用寿命不超3个月，导致生产线不能达产，无法满足生产要求。

1.1 保温电弧炉内衬用耐火材料使用情况

(1)采用镁铬尖晶石砖砌筑炉墙，高铝砖砌筑炉底，此方案生产10天，炉墙全蚀损，炉底部分蚀损。

(2)采用刚玉砖砌筑炉墙，预焙碳砖砌筑炉底，此方案生产使用8天，炉墙全蚀损，炉底完好。

(3)采用高铝砖砌筑炉墙，预焙碳砖砌筑炉底，此方案生产使用40天，炉墙部分蚀损，炉底完好。

(4)采用冷捣糊筑炉墙，预焙碳砖砌筑炉底，此方案生产使用30天，炉墙全蚀损，炉底完好。采用预焙碳砖砌筑炉墙、炉底，此方案生产使用90天，炉墙上部全氧化，炉底完好。

1.2 探讨发现

保温电弧炉热熔渣经调质后熔渣为酸性熔渣，酸度系数1.7-1.8。炉墙耐火材料经酸性熔渣冲刷，导致使用寿命十分有限，热熔渣中CaO-SiO2含量占比70%。炉墙耐火材料在熔渣出渣时液位降低导致炉墙与空气接触使耐材氧化严重。炉底因熔渣未全部倒出形成保护层且温度稳定，采用预焙碳砖砌筑炉底可行。

1.3 在高温状态下抗渣性能及抗氧化性能对比

(1)碳化硅体系：碳化硅体系在高炉铁钩上取得了成功的应用，抗SiO2渣及抗 CaO-SiO2 渣的侵蚀能力优良，碳化硅属于非氧化物。碳化硅体系，在高温下反应生产SiO2，SiO2在材料表面形成釉质层，堵塞气孔，避免了碳化硅进一步氧化反应，此材质抗氧化能力优良。但在抗保温电弧炉渣侵蚀实验中，没有体现出很好的抗侵蚀能力，在材料与渣液界面没有形成保护层，碳化硅被渣侵蚀后进一步深入氧化造成材料结构的破坏，同时抗渣侵蚀能力降低。

从实验结果可以看出，该材质没有与渣接触的部位表面形成了明现的釉层，但材料与渣液接触部位由于碳化硅氧化生成的二氧化硅与渣反应，坩埚内壁没有得到很好的保护，被渣液侵蚀出沟槽。

(2)镁铝尖晶石体系：镁铝尖晶石是一种人工合成的高级耐火材料，镁铝尖晶石的晶体结构是AL-O与Mg-O 之间有很强的离子键结合，使镁铝尖晶石内部结构均衡且牢固，这种结构特点使镁铝尖晶石有优良的耐热振性和抗渣性，在氧化和还原条件下有良好的稳定性。其较高的耐火性和较低的膨胀系数广大的用于中频炉。根据实验情况观察，坩埚渗透较为严重，使其结构遭到破坏，该材质为碱性材料，在高温下与酸性熔渣反应，因此不适合作为保温电弧炉热熔渣耐火材料。

(3)预焙碳砖体系：预焙碳砖是一种以无烟煤为原料，并加入一定比例的冶金焦与石墨碎，压制焙烧而成的耐火材料，此材料耐火度高、抗渣冲刷能力优良、导热能力优良、膨胀系数小，广泛应用于铁合金炉炉衬材料。根据实验情况观察，坩埚氧化侵蚀严重，导致其结构变化，碳与氧产生氧化反应，使碳砖抗氧化强度降低，渣液与该材质接触界面没有形成保护层，坩埚内壁渣液液面以上被氧化侵蚀严重，渣液液面以下完好无损;

(4) 氮化碳化硅体系：氮化碳化硅是指用SiC和 Si 为原料，经氮化烧成的耐火制品，该材质具有良好的耐侵蚀性、抗熔融冰晶石润湿性、抗氧化性、耐磨性、高导热性、抗热震性和极低的电导率，其主要用作高炉下部炉身内衬，比使用传统耐火材料寿命提高一倍以上。

根据实验情况观察，坩埚内壁只有浅浅的基质被侵蚀，渣液没有继续向内部深处扩展，侵蚀深度约为1mm，抗渣侵蚀效果良好。同时该材质经高温冲击，与空气接触结构未发生变化，表明其耐高温抗氧化性能优良。

通过上述多组实验对比表明，抗渣侵蚀性能上氮化硅砖 > 预焙碳砖 > 碳化硅 > 镁铝尖晶石，耐高温抗氧化性能上氮化碳化硅砖 > 碳化硅 > 预焙碳砖。由于氮化碳化硅材料价格较为昂贵最终选用了氮化碳化硅材质和预焙碳砖并用，进行保温炉炉衬砌筑。