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，經過渣鐵分離后得到鈦渣和副產品金屬鐵，鈦渣中TiO的質量分數為75％～85％。由于TiO，是兩性氧化物，不同的環(huán)境可以顯現出不同的酸堿性，因而具有較高的化學活性，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含鈦高爐渣對耐火材料的侵蝕進行了研究。結果表明，FeO易與其他氧化物形成低熔點物質引起爐襯的損壞。另外，形成的高熔點物質如TiC能起到保護爐襯的作用，實際工業(yè)生產中也是通過這些高熔點物質來保護爐襯。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，對其被電爐鈦渣的侵蝕進行了熱力學計算。
1 試驗
1.1原料
所用工業(yè)鈦渣的化學組成 為：TiO 78％，FeO 5.98％，CaO 1.05％，SiO2 5.96％，A12O3 3.27％， MgO 5.03％。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組成見
實驗條件在還原性氣氛下進行對于鈦渣對4種耐火材料的侵蝕作用進行熱力學計算。計算條件為；計算過程中以 100g耐火材料為基礎，鈦渣與耐火材料的質量為 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、內孔尺寸φ60mm×80mm的坩堝內，并將其放入電爐內，升溫至1700℃，保溫3h，冷卻后取出試樣，觀察其剖面侵蝕情況。
2 結果與討論
2.1 電爐鈦渣對鎂磚的侵蝕
(1)當溫度為1500℃時，鎂磚在高溫反應達到平衡后的主要物相為 MgO、鎂橄欖石、渣相和鈦尖晶石(TiSp)。隨著渣和鎂磚質量比的提高，渣相含量逐漸增加，而氧化鎂含量逐漸減少，當渣和鎂磚質量比高于1.4時，氧化鎂完全被熔解掉；當渣和鎂磚質量比高于1.7時，鎂橄欖石也被全部熔解掉；當鈦渣與鎂磚質量比大于1.6時，鈦尖晶石相呈現降低的趨勢；當渣和鎂磚質量比高達2.0時，體系仍以渣和鈦尖晶石形式存在。
(2)當溫度為1600℃時，體系的主要物相為MgO、渣相和鈦尖晶石，鎂橄欖石相消失。而當鈦渣與鎂磚質量比為1.4時，MgO相消失；當鈦渣與鎂磚質量比大于1.6時，同1500℃時相似。
(3)當溫度為1700℃時，體系只剩下渣相和MgO。當鈦渣與鎂磚質量比大于1.7時，體系只剩下渣相，鎂磚將完全熔解掉。
2.2 電爐鈦渣對鎂碳磚的侵蝕
在1500℃時，鈦渣與鎂碳磚在高溫反應達到平衡后的物相主要為 MgO、TiC、渣和鈦尖晶石(TiSp)，高熔點物質TiC對耐火材料具有一定的保護作用 ；隨著渣和鎂碳磚質量比的提高，MgO和TiC含量逐漸減少，TiSp含量先增加后減少；當渣和鎂碳磚質量比高于1.4時，MgO全部熔解掉；當渣和鎂碳磚質量比高于1.7時，TiC也全部消失；隨著渣和鎂碳磚質量比的繼續(xù)提高，渣相含量基本持續(xù)增加。當溫度為1600℃時，鈦渣和鎂碳磚質量比高于1.8時，體系中只剩下渣相，其余全部被侵蝕熔解。當溫度為1700℃，鈦渣與鎂碳磚質量比大于1.4時，體系只剩下渣相，鎂碳磚將完全熔解掉。綜上所述，從熱力學角度來說，鎂碳磚最終也是要被鈦渣侵蝕掉。
2.3 電爐鈦渣對剛玉澆注料的侵蝕
在1500℃時，剛玉澆注料與鈦渣在高溫反應達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量比的提高AL2O3和AL6Si2O13，含量逐漸降低，渣相含量不 斷增加；當渣和剛玉澆注料質量比高于0.3時AL6Si2O13便被全部熔解掉。當溫度為1600℃時，渣和剛玉澆注料質量比高于0.1時AL6Si2O13，已被完全熔解；當渣和剛玉澆注料質量比高于1.8時，AL2O3也完全被熔解。當溫度高于 1700℃時，一旦加入鈦渣，體系中便只剩下渣相和AL2O3當繼續(xù)提高渣和剛玉澆注料質量比時，剛玉澆注料會更容易被侵蝕。
2.4 電爐鈦渣對SiC澆注料的侵蝕
在1500℃時，鈦渣與SiC澆注料在高溫反應達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。當鈦渣與SiC澆注料質量比為0.7時，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。當溫度為1600℃，鈦渣與SiC澆注料質量比大于1.6時，SiO2相出現，鈦渣與SiC澆注料質量比為2.0時，最后體系中剩下TiC、FeSi、SiO2和渣。當溫度為1700℃時，鈦渣與SiC澆注料質量比為2.0時，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生的高熔點物質能起到一定的抗侵蝕作用。
3侵蝕試驗結果
通過以上理論計算可知，鈦渣對不同耐火材料的侵蝕效果不同，因此進行1700℃下鈦渣對不同耐火材料的侵蝕試驗研究。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重，結構松散；燒成鎂磚結構變化不明顯，但坩堝底部與鈦渣發(fā)生熔融現象；SiC澆注料結構變化不明顯，渣線分布清晰；鎂碳磚結構發(fā)生變化，部分被侵蝕。因此通過理論計算和試驗結果可知，4種耐火材料對鈦渣的抗侵蝕作用由好到壞的順序為；SiC澆注料＞鎂碳磚＞燒成鎂磚＞剛玉澆注料 。
