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    耐材行业资讯

    高炉陶瓷杯用耐火材料、演变及修复介绍

    编辑:耐火砖???浏览:???时间:2020-10-15


     
    高炉陶瓷杯用耐火材料
    陶瓷杯的主要特点是用低导热的陶瓷耐火材料,将1150℃等温线阻滞在陶瓷层中亚博真人网站|欢迎您,使碳砖避开800-1100℃的脆性断裂区,由于陶瓷杯的存在使铁水不直接与碳砖接触亚博真人网站|欢迎您,从结构设计上缓解了铁水及碱金属对碳砖的渗透、冲刷破坏亚博真人网站|欢迎您;同时所用的莫来石、棕刚玉等都是低导热的陶瓷耐火材料,具有较高的抗渗透性和抗冲刷性亚博真人网站|欢迎您。
    陶瓷杯技术的优点有:(1)防止铁水对耐火材料的渗透;(2)减轻铁水环流冲刷(与合理的死铁层深度配合)、 提高铁水温度(18-25℃)和炉缸抗热震性。由于陶瓷杯具有上述优点,因此国外许多新建或大修高炉采用了这种新型结构。炉底下端为循环水(或油)冷却系统,冷却管埋入炭捣层内。当冷却管安装在炉底封板上面时,为了防止管路事故亚博真人网站|欢迎您,水泄漏后损坏碳砖,可以采用油为炉底冷却介质。而当冷却管安装在炉底封板下面时,一般采用循环水冷却,也可采用风冷炉底。炉底砌体的下部为垂直或水平砌筑的碳砖,碳砖上部为莫来石砖。
    热力学计算表明:高导热性耐火材料与低导热性耐火材料的佳厚度比为2-2.5。为了维持这种比例关系,莫来石砖层数为1-2层。炉缸壁是由通过一厚层灰缝(约分隔的两个独立的圆环所组成亚博真人网站|欢迎您,外环为碳砖(一般为碳砖或微孔碳砖)亚博真人网站|欢迎您,内环是刚玉质预制块。铁口区域径向砖厚度被加大亚博真人网站|欢迎您。铁口中心线至炉底砖上表面的距离,即通常所说的死铁层深度,一般取为炉缸直径的20%亚博真人网站|欢迎您。采用陶瓷杯来?;ぬ靠榈娜让?,其意图是使熔融铁水与炭块隔开亚博真人网站|欢迎您。其次陶瓷材质可使炉壁绝热,因而降低热损失?亚博真人网站|欢迎您;谏鲜鲈?,在炉缸内衬采用陶瓷杯材质技术不仅是可能的,而且是可行的。这为大多数高炉的实践所证明亚博真人网站|欢迎您。
    陶瓷杯用的耐火材料要求具有如下性能:1、良好的抗铁水熔蚀性能,杯壁上部良好的抗渣侵蚀性能;2亚博真人网站|欢迎您、良好的抗铁水、渣液冲刷性能;3、在高温状态下,残存线变为零或稍正;4、良好的抗侵蚀能力亚博真人网站|欢迎您;良好的抗碱侵蚀能力;5、良好的 在受压状态下由热膨胀引起的应力的适应能力;6、良好的抗热震能力。
    高炉陶瓷杯用耐火材料的演变
    天然石英岩
    这是中世纪时炼铁用竖式炉、横式炉所采用的一类耐火材料,主要采用天然石英岩或者同类的打结料作为耐火材料亚博真人网站|欢迎您。这类耐火材料是中世纪炼铁炉使用的主要耐火材料,一直到高炉原型即木炭型高炉的出现,均以这类型材料作为主要的耐火材料,主要成分是高硅低铝的天然原料亚博真人网站|欢迎您亚博真人网站|欢迎您,成分大概如表1所示。
    黏土砖
    1709年AbrahamDarby实施以焦炭为还原剂的铁矿石冶炼,带来炉容积的扩大亚博真人网站|欢迎您,对内衬的可靠性要求提高,天然岩石及打结料内衬无法满足使用要求,逐渐消失亚博真人网站|欢迎您。耐火砖成为炉衬的主体,材料中黏土质(含有熟粘土、硅铝类)成为主流亚博真人网站|欢迎您,这种原料的使用特点一直持续到近代后期即第二次世界大战结束。
    之后被高品质的刚玉质陶瓷杯制品所取代,不过该类产品在高炉炉身等部位依然使用,在有些高炉中炉缸部位也使用一部分,不过其使用作用已经和之前大不相同了,仅作为高炉点火调试用耐火材料,其主要作用是在调试过程中为之后高品质的陶瓷杯制品及碳质耐火材料提供?;?,避免因调试产生剧烈的工况条件变化对耐材造成的破坏亚博真人网站|欢迎您亚博真人网站|欢迎您。
    陶瓷杯的出现
    及主流陶瓷杯制品的技术特点
    炼铁技术亚博真人网站|欢迎您、设备的变化改变了对耐火材料的需求,推动了耐火材料的发展。在炼铁方面亚博真人网站|欢迎您,还有几个非常重要具有里程碑式的发明或技术极大地提高了对耐火材料的要求亚博真人网站|欢迎您,如:1857年,发明利用格子砖加热空气的专利,造出了热风炉亚博真人网站|欢迎您。1905年前后亚博真人网站|欢迎您,烧结矿、球团矿工艺在高炉冶炼中得以应用亚博真人网站|欢迎您。这两个发明或者技术在高炉炼铁中的应用亚博真人网站|欢迎您,使得具有近代特征的高炉—热风炉—焦炉—烧结机四位一体的“高炉系统”形成。炉缸热负荷进一步提高,对耐火材料的要求进一步提高,之前的黏土砖无法承受高的热负荷而失效,急需开发出具有更高性能的优质配套耐火材料。
    恰逢此时基础科学也取得了极大的发展,对耐火材料性能的改进提高提供了极大的帮助,世纪在物相平衡图上的研究取得了极大的进展,首先是1919年C.N.Fenner研究了氧化硅相的关系,而这些物相的变化通过Chatelier的研究得以解释和说明,这一研究使人们认识清楚了氧化硅的膨胀特性与物相的关系亚博真人网站|欢迎您。1924年N.L.Bowen完成了Al2O3-SiO2相图的绘制,该相图的完成对这一体系耐火材料无疑具有非常重大的意义,使得人们找到了黏土砖随氧化铝含量增加耐火度随之上升的真正原因。借助于这些研究成果亚博真人网站|欢迎您,可得出提高氧化铝来提高黏土砖耐火度以抵抗不断提高的热负荷的结论。终于Bauer等于1988年开发出陶瓷杯亚博真人网站|欢迎您,一类以刚玉为主晶相的陶瓷杯制品,这类材料与炭砖共同砌筑组成炉缸炉衬,并在1988年的世界炼铁会议上公布了其陶瓷杯配套产品的组成:陶瓷杯壁用砖有绿刚玉亚博真人网站|欢迎您、灰刚玉、Sialon结合刚玉;杯垫用砖合成莫来石。
    陶瓷杯杯壁初设计使用的耐火砖为绿刚玉亚博真人网站|欢迎您亚博真人网站|欢迎您,使用这类型材料主要是从抗渣性方面出发考虑才选用的,Cr2O3与渣成分反应形成高黏度物相来覆盖制品表面,阻止渣的进一步渗透。但是实际高炉条件下发现其表面形成的Al2O3-Cr2O3固溶体强度高亚博真人网站|欢迎您、比较脆、膨胀较大,在温度波动情况下会剥落,加剧损毁亚博真人网站|欢迎您,实际使用效果受到影响亚博真人网站|欢迎您,另外由于镉污染,因此发展出莫来石结合的灰刚玉制品。这类制品具有适度的抗渣性能亚博真人网站|欢迎您,同时表面不会形成脆性固溶体,有助于应力的释放,综合性能较好。杯壁的另一种配置是Sialon结合刚玉,这种非氧化物结合刚玉制品,抗渣性能更优,且这类产品强度高,热膨胀系数小亚博真人网站|欢迎您,抗热震稳定性要较灰刚玉制品更优。
    杯垫使用莫来石砖,炉底被熔融铁水覆盖,没有熔渣及碱的侵蚀,莫来石砖荷软高,耐铁水熔蚀性能优,用于炉底能达到很好的使用效果。
    鉴于法国陶瓷杯在高炉中使用业绩较好,陶瓷杯技术上世纪90年代引入我国后,国内有一些厂家积极开发配套耐材,在市场上使用较多且比较有代表性的有两种亚博真人网站|欢迎您,塑性相结合复合刚玉砖及微孔刚玉砖亚博真人网站|欢迎您亚博真人网站|欢迎您。
    微孔刚玉砖技术指标如表4所示。微孔刚玉砖是国内某厂2002年推出的一款产品,采用刚玉及莫来石为主要原料亚博真人网站|欢迎您,以树脂作为结合剂,于埋碳条件下进行烧成亚博真人网站|欢迎您,砖中会残留少量碳亚博真人网站|欢迎您,并使砖具有微孔技术特点,这使得该砖的抗渣、碱性能会提高,实现较好的使用效果亚博真人网站|欢迎您。
    塑性相复合刚玉砖,是通达中原2001年推出的一款产品,是一种普遍应用的国产陶瓷杯用砖亚博真人网站|欢迎您,以棕刚玉及碳化硅作为骨料亚博真人网站|欢迎您,引入金属硅亚博真人网站|欢迎您,制备金属塑性相刚玉复合材料,使制品兼具塑性相金属及刚玉两者的优点。
    该制品具有以下技术特点:添加的金属硅有促进烧结的作用,添加后制品的致密度提高。添加金属硅作为塑性弥散相与耐火骨料及基质复合亚博真人网站|欢迎您亚博真人网站|欢迎您,在外力作用下产生一定的塑性变形或沿晶界滑移分散集中的应力亚博真人网站|欢迎您,使得断裂能增大,引入金属硅能达到增韧的效果。在砖中骨料与基质的交界处恰好是应力集中区,裂纹在这个区域容易扩展,而加入的金属硅在1400℃以上时会变成液相填充在基质与骨料之间的界面上。当裂纹尖端扩展抵达塑性相时,其应力将被吸收,阻止裂纹继续发展,增强了材料的断裂能,增强了材料抵抗热应力的能力。这一技术方案解决了陶瓷质耐火材料致密度提高与热震稳定性降低的矛盾亚博真人网站|欢迎您。
    烧结及使用过程中,塑性相金属硅氧化形成的氧化硅与料中氧化铝形成莫来石或玻璃相填充表面的气孔亚博真人网站|欢迎您亚博真人网站|欢迎您,使得材料抗渣、碱渗透能力得到进一步提升。这也使得其在高炉中实现了良好的使用效果。
    以上是两种国产陶瓷杯杯壁用砖,对杯垫两类砖均可使用,不过从实用角度来考虑,使用刚玉莫来石砖即可满足使用,有些钢铁厂使用高铝砖也实现了不错的使用效果。
    经过40多年的发展亚博真人网站|欢迎您,现在主流陶瓷杯制品如SAVOIE制品、微孔刚玉砖及塑性相结合复合刚玉砖,各有优缺点亚博真人网站|欢迎您亚博真人网站|欢迎您,如果搭配合理并且能进行有效的维护亚博真人网站|欢迎您亚博真人网站|欢迎您,也能实现非常好的使用效果。
    当然高炉长寿方面涉及的影响因素非常多而且非常复杂亚博真人网站|欢迎您,耐火材料只是影响高炉寿命的一个因素,从提升耐火材料使用性能方面出发来延长高炉炉缸的使用寿命,依然是有空间的亚博真人网站|欢迎您。
    高炉传统炉缸陶瓷杯修复技术
    近年来亚博真人网站|欢迎您,围绕高炉炉缸长寿化的技术一直在不断探索与发展。综合国内外研究以及实践,形成的主流意见认为:炉缸长寿的关键在于保持1150℃凝铁等温线处于碳砖热面以外,让碳砖内侧能够形成稳定的高黏度渣铁?;げ?,以避免碳砖与液态铁水的直接接触亚博真人网站|欢迎您?亚博真人网站|欢迎您;诖搜遣┱嫒送緗欢迎您,采用导热性好的碳砖亚博真人网站|欢迎您,并在碳砖内侧砌筑一层不与铁水反应、耐侵蚀的陶瓷杯材料,对碳砖加以?;さ母春下捉峁贡黄毡椴捎?。同时,陶瓷杯材料具有较低的导热系数,还可以减少炉缸热损亚博真人网站|欢迎您。
    传统陶瓷杯,采用高铝砖砌筑而成亚博真人网站|欢迎您,新砌陶瓷杯与碳砖之间亚博真人网站|欢迎您亚博真人网站|欢迎您,采用碳素捣打料进行填充。这种修复方式,具有以下难点:
    (1)需根据高炉尺寸亚博真人网站|欢迎您,提前定制陶瓷杯砖,周期较长;
    (2)对中修高炉,炉缸清理要求较为苛刻,破坏性清理残余碳砖,造成浪费;
    (3)碳砖与陶瓷杯砌砖难度较大亚博真人网站|欢迎您,工期较长;
    (4)捣打料密封效果难以保证,对炉缸工作造衬很大隐患。
    传统砌筑陶瓷杯技术,在新高炉中应用较为普遍;但对高炉检修来说亚博真人网站|欢迎您,在争分夺秒的大环境下,砌筑技术略显局限,新型的炉缸整体浇注技术应运而生亚博真人网站|欢迎您。
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