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高炉内衬损坏机理及耐材选择

编辑:耐火砖   浏览:   时间:2021-01-05

根据高炉内衬的损坏机理,来合理的选择高炉内衬材料可以延长高炉的使用寿命。
 
 
高炉内衬损毁的原因主要是炉料机械磨损、碳素沉积、渣铁侵蚀、碱金属侵蚀和铅锌渗透、热应力和高温荷载等综合因素,其中温度是影响耐火材料寿命的决定性因素。
 
高炉内衬损坏机理
炉冶炼是高温下复杂的物理化学过程,耐火材料被破坏到一定程度,需要中修或大修,停炉大修是高炉一代寿命的终止。耐火材料破坏机理归纳为如下几方面:
 
1、高温渣铁的渗透与侵蚀
在炉腰及炉腹部位形成熔融的铁渣,向下流动进入炉缸,渣中的FeO、 MnO、CaO与砖中的SiO2相互作用,形成低熔点的化合物,使得砖衬表面软熔。炉腹部位特别严重,开炉不久就被侵蚀完毕,仅靠冷却壁上渣皮在工作。
 
液态铁、重金属及碱金属的渗透,是炉缸炉底周围破损的主要原因,铁水沿砌体缝隙和气孔渗透到砌体内部凝固并析出石墨,体积膨胀,进而扩大裂缝使砖衬脱落或漂浮。
 
2、 高温和热震破损
冶炼过程中,炉内温度经常波动。当温度梯度产生的热应力超过砖衬的极限,砖就开裂。实践表明,炉体中下部砖衬就有裂纹并产生脱落。一般热应力使得砖衬内平行于工作表面的50~ 100 mm深处产生裂纹,裂纹相互贯穿后出现大面积脱落。
 
3、炉料和煤气流的摩擦冲刷及煤气炭素沉积的破坏作用
高炉内煤气实际流速可达到15〜20 m/s,且携带大粉尘,上升煤气流对耐火材料产生巨大冲刷磨损作用。炉腰部位折角处磨损尤为严重。炉身中上部炉料较为坚硬,具有棱角,下降炉料的摩擦是砖衬破坏的重要原因。上升的煤气中含有25%左右的CO,进人砖衬气孔和裂缝中的CO在400〜800℃分解产生炭素沉积,与耐火材料中的Fe2O3作用,使之还原为单质Fe,而单质Fe是CO分解的催化剂,加速炭素的沉积。随着沉积碳所发生的晶型转变而附带产生的体积变化,砖衬组织松弛,强度下降,以至龟裂破坏。该破坏作用在耐火材料的炉腰和炉身中下部较为严重。
 
4、碱金属和其他有害元素的破坏作用
炉料中的碱金属和锌,在高温作用下沉积到炉料上再循环,部分沉积在耐火材料上,其余随炉气被排出。这些氧化物与耐火材料中氧化铝和氧化硅反应形成低熔点的铝硅酸盐,使得耐火材料软熔并被冲刷损坏;碱金属与炽热的焦炭发生反应,生成氰化物并同水蒸气和CO2反应生成氰化氢。氰化氢渗入砖衬内分解产生碳沉积,对耐火材料起破坏作用。
 
综上所述,高炉内任何部位的破坏,都适多种破坏机理的交替综合作用的结果。高炉寿命是炉型设计、耐火材料结构及材质、高炉冷却设备与工艺制度、冶炼条件等因素的综合作用的结果。
 
高炉耐火材料的选择 
高铝砖对高炉渣的作用,铁水冲蚀,高温下的磨损,具有高的稳定性,并对一氧化碳有惰性。可是在碱介质中,在高温条件下工作时,发现刚玉转化为β-氧化铝。这个转化伴随体积增大20%,而导致碎裂。基质首先与碱蒸气相互作用。刚玉砖用莫来石或铬铝的基质代替刚玉结合,提高制品对碱作用的稳定性。
进一步提高高炉耐火材料效率是采用碳化硅制品;特别是用于炉身下部和炉腹内衬。碳化硅--化学惰性。对磨损,碳化硅耐火材料有非常高的稳定性,与碳质制品比较,碳化硅对氧化的稳定性较好。高炉应用碳化硅制品的主要问题是开发对碱具有足够高稳定性的结合剂。从试验的焦油结合碳化硅石墨制品,陶瓷(黏土)结合的,氧氮化物和氮化物结合的碳化硅制品,氮化物和氧氮化物Si3ON2结合的制品有比较好的稳定性。可是发现自结合碳化硅制品更抗碱。既然自结合碳化硅制品制造困难,研究碳化硅含量各种组合的耐火材料:高铝碳化硅的,石墨碳化硅的等。
镁质耐火材料在炉身下部,炉腰和炉腹经过试验。它的寿命指标比高质量的黏土砖高些,然而低于碳化硅。炉身下部和炉腹选择合适的耐火材料,现在还在继续进行。
炉身下部和炉腹经过连续工作时间到5~8年,个别情况到10~12年。炉身和炉腹的中间修理(Ⅱ级检修),通常要12~18d完成。它是停炉,吹掉内衬、冷却,检查,内衬更换,检修金属构件和设备以及熔炉。个别场合的修理主要进行喷补。它由生产致密砖时应用的同样原材料构成喷补料,利用氧化铁含量低的矾土水泥或高铝水泥做结合剂。已知是不停炉,修理体积不大的方法,在这种情况下,专用成分的耐火泥料通过炉壳的孔,小于1.5MPa的压力下在炉中完成。这种泥料使用的黏结物质或软化温度超过200℃的煤焦油,冲淡的液体油,沥青或水玻璃结合的高铝水泥。
炉身上部修理(II级修理)可以不冷炉进行喷补。
炉床和炉缸内衬基本上由碳质砌筑。碳质制品的优越性表现它在还原或惰性气氛中耐火度超过3000℃)高,随温度提高,强度增大,在很宽的温度范围内体积不变,抗热震性好,对金属和渣的不润湿性以及能够制取公差要求严格的大块砖。炉床砌上3~4列有褶皱的炭质大砖,长到1.5~3.5m,断面积(0.5~0.65)m×(0.5~0.65)m。炉床上面的墙砌上碳质大砖。炉床中心上部系列用高铝褶皱(预防浮起)砖完成。为了预防砖浮起还用所谓顶砌的方法砌砖。作者认为耐火材料与生铁相互作用的低温度为1100~1150 ℃。如果炉床上部应用高铝制品,沿砖表层通过1100~1150℃等温线,引起出铁温度为1450℃左右。高铝砖在1100~1150℃等温线层变薄时,砖外层温度提高,出铁温度降低。这样一来出铁温度成为高炉炉床内衬状态的指示器。比较大的炉子由炉床下面配备调节冷却。炉床损毁的主要原因(砖浮起)——在铁静压力作用下,铁钻进砖之间的锯齿缝里。所以炉床砌体要在精心准备好的大砖试验台上预先装配。较大炉子的炉床耐火材料砌体的总厚度达到5m。必须预防炉子底座由于加热(特别是不均匀)和炉床破坏时产生铁的意外破口。
用碳质和高铝砖砌筑炉缸。炉缸墙的碳质砌体用标准冷却装置或水套(二层炉壳帮助冷却。炉缸上部(风口带)适合砌筑碳化硅耐火材料。            
 
高炉炉底和炉缸用碳砖的要求
炉缸、炉底应选用全碳砖或复合碳砖炉底构造,并应选用优异碳砖砌筑。大型高炉选用碳砖、SiC砖对延伸高炉寿数极为重要。在选用铜冷却壁以后,高炉长命的薄弱环节已从炉身中下部、炉腰、炉腹转移到炉缸部位。所以加大对延伸炉缸寿数已成为高炉长命作业的重点作业。这些年,中国一批高炉呈现炉缸水温差增加的景象,乃至烧穿。应当采纳归纳办法,解决这方面疑问。
 
风口带宜选用组合砖构造,通常运用刚玉莫来石砖,或棕刚玉砖,也可用热压碳砖NMA或NMD砖。
 
高炉炉缸腐蚀的因素有:化学腐蚀、水蒸汽的氧化、锌和碱金属、热应力的破坏。
 
选用高导热性的微孔碳砖,并对炉缸冷却壁实施强化冷却,使渣铁构成凝聚的1150℃温度残存于碳砖当中,并要使之远离冷却壁。现在国内外高炉炉缸、炉底构造是有3种根本类型:一为大块碳砖砌筑,炉底设陶瓷垫;二是热压小块碳砖,炉底设陶瓷垫;三是大块或小块碳砖砌筑,炉底设陶瓷杯。上述3种构造方法均有高炉长命的实习实例。
 
国内外高炉均已选用高导热碳砖、微孔碳砖和陶瓷垫构造。高喷煤比的高炉,在操作上着重要活泼炉缸基地,又请求炉底基地要坚持恰当的温度。因此,大家逐渐注重陶瓷垫的阻热效果,也注重陶瓷垫寿数的进步,希望能取得炉底基地温度的适中。
 
强化冷却构成凝聚层理论:在炉缸侧壁选用有高导热的耐火资料[600℃,18.4W/(m·K),20℃,60~80W/(m·K)]。进行强化冷却以后,高导热耐材、低孔隙度就能阻挠渣铁的浸透,并具有高抗碱功能,可吸收有些热应力,配有高效的水冷却系统条件下,就能将炉缸的热量迅速地传递给冷却水,将热量带出炉外,可有用地下降炉缸壁的温度梯度,从而在炉缸侧壁炉衬耐材的热面构成一层安稳的凝聚保护层(即铁水凝聚1150℃以下的等温线,使炉底构成安稳的“铁壳”保护层),反抗炉缸侧壁的“象脚”腐蚀,进而取得炉缸长命,其关键是炉缸侧壁的导热才能。这有些挑选耐材的重点是导热性、防浸透性和避免发作环形裂纹的优异耐材。对炉缸的保护,是着重表现冷却的效果,及时对炉缸冷却壁水温差和炉皮温度进行监测,常常对简单构成空地的部位进行灌浆。
 
带炉底冷却的归纳炉底是比较合理的构造。在冷却管上有碳捣层,其上面砌上2~3层碳砖。关于不一样部位要运用不一样功能的碳砖。铁口以下是简单受到严峻腐蚀的当地,要用抗浸透性高的微孔碳砖;炉底的底层要用具有高导热性的碳化硅砖;别的部位是选用一般碳砖或微孔碳砖。关于铁口以下的炉底周边碳砖的长度要增大,以进步其反抗铁和碱金属对此处的强烈浸透和腐蚀才能;砖与砖之间的缝隙要将宽缝改为细缝(<0.5mm)进行砌筑。
 
关于有“陶瓷杯”的归纳炉底构造,学术上有争议。一些人以为“陶瓷杯”的效果大,应予加强;另一些人以为,“陶瓷杯”在必定时间内会消失掉,碳砖是起主导效果的,在炉缸侧壁也运用高抗铁水浸透和高导热性、高密度的压小碳砖。总体上评述,两种方法各有优缺点,均可完成高炉长命,经济价值有所区别。
 
高质量的微孔、超微孔碳砖(高密度的碳化硅砖是在大于1400℃,8小时以上条件下的焙烧)和压小块碳砖得到推行以后,中国高炉寿数得到明显进步。
 
美联碳出产的小块微空碳砖,热压成型,未经高温焙烧,就其实质来说是类似于中国自烧炭砖,它适用于全碳构造,不适用于陶瓷杯构造;如将其用于陶瓷杯构造,碳砖就没有焙烧的机会,一旦陶瓷杯损坏,铁水触摸碳砖就易构成溶蚀而呈现漏铁或烧穿事端;如用在全碳构造,碳砖可得到自焙烧,砖质量好,砌筑标准,可以取得长命,宝钢3号4350m3高炉用它,炉龄到达19年,中国自产的这种热压微孔小块碳砖,质量是好的,并不比美联碳的差,但有些高炉的寿数短,其因素在于砌筑质量差,也即是筑炉办理缺失或不到位,砌筑用浆不妥,砖缝过大构成投产后呈现气隙,乃至铁水沿砖缝浸透。
 
对运用小块热压微空碳砖,有不一样观点。以为在800℃焙烧温度下,碳砖不能得到炭化,砌筑缝隙大,又运用陶瓷杯,炉缸碳砖没有构成状况,会影响高炉炉缸寿数。

产品有问题,售后得不到解决怎么办?产品质量是重中之重,不要因为便宜了点就放弃了质量,很可能会对高温窑炉设备或企业造成巨大的经济损失,一定要选择正规厂家和售后服务质量完善的耐火材料厂家。

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