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高爐內襯損壞機理及耐材選擇

編輯:耐火磚???瀏覽:???時間:2021-01-05

根據高爐內襯的損壞機理,來合理的選擇高爐內襯材料可以延長高爐的使用壽命。
 
 
高爐內襯損毀的原因主要是爐料機械磨損、碳素沉積、渣鐵侵蝕、堿金屬侵蝕和鉛鋅滲透、熱應力和高溫荷載等綜合因素,其中溫度是影響耐火材料壽命的決定性因素。
 
高爐內襯損壞機理
爐冶煉是高溫下復雜的物理化學過程,耐火材料被破壞到一定程度,需要中修或大修,停爐大修是高爐一代壽命的終止。耐火材料破壞機理歸納為如下幾方面:
 
1、高溫渣鐵的滲透與侵蝕
在爐腰及爐腹部位形成熔融的鐵渣,向下流動進入爐缸,渣中的FeO、 MnO、CaO與磚中的SiO2相互作用,形成低熔點的化合物,使得磚襯表面軟熔。爐腹部位特別嚴重,開爐不久就被侵蝕完畢,僅靠冷卻壁上渣皮在工作。
 
液態鐵、重金屬及堿金屬的滲透,是爐缸爐底周圍破損的主要原因,鐵水沿砌體縫隙和氣孔滲透到砌體內部凝固并析出石墨,體積膨脹,進而擴大裂縫使磚襯脫落或漂浮。
 
2、 高溫和熱震破損
冶煉過程中,爐內溫度經常波動。當溫度梯度產生的熱應力超過磚襯的極限,磚就開裂。實踐表明,爐體中下部磚襯就有裂紋并產生脫落。一般熱應力使得磚襯內平行于工作表面的50~ 100 mm深處產生裂紋,裂紋相互貫穿后出現大面積脫落。
 
3、爐料和煤氣流的摩擦沖刷及煤氣炭素沉積的破壞作用
高爐內煤氣實際流速可達到15〜20 m/s,且攜帶大粉塵,上升煤氣流對耐火材料產生巨大沖刷磨損作用。爐腰部位折角處磨損尤為嚴重。爐身中上部爐料較為堅硬,具有棱角,下降爐料的摩擦是磚襯破壞的重要原因。上升的煤氣中含有25%左右的CO,進人磚襯氣孔和裂縫中的CO在400〜800℃分解產生炭素沉積,與耐火材料中的Fe2O3作用,使之還原為單質Fe,而單質Fe是CO分解的催化劑,加速炭素的沉積。隨著沉積碳所發生的晶型轉變而附帶產生的體積變化,磚襯組織松弛,強度下降,以至龜裂破壞。該破壞作用在耐火材料的爐腰和爐身中下部較為嚴重。
 
4、堿金屬和其他有害元素的破壞作用
爐料中的堿金屬和鋅,在高溫作用下沉積到爐料上再循環,部分沉積在耐火材料上,其余隨爐氣被排出。這些氧化物與耐火材料中氧化鋁和氧化硅反應形成低熔點的鋁硅酸鹽,使得耐火材料軟熔并被沖刷損壞;堿金屬與熾熱的焦炭發生反應,生成氰化物并同水蒸氣和CO2反應生成氰化氫。氰化氫滲入磚襯內分解產生碳沉積,對耐火材料起破壞作用。
 
綜上所述,高爐內任何部位的破壞,都適多種破壞機理的交替綜合作用的結果。高爐壽命是爐型設計、耐火材料結構及材質、高爐冷卻設備與工藝制度、冶煉條件等因素的綜合作用的結果。
 
高爐耐火材料的選擇 
高鋁磚對高爐渣的作用,鐵水沖蝕,高溫下的磨損,具有高的穩定性,并對一氧化碳有惰性。可是在堿介質中,在高溫條件下工作時,發現剛玉轉化為β-氧化鋁。這個轉化伴隨體積增大20%,而導致碎裂。基質首先與堿蒸氣相互作用。剛玉磚用莫來石或鉻鋁的基質代替剛玉結合,提高制品對堿作用的穩定性。
進一步提高高爐耐火材料效率是采用碳化硅制品;特別是用于爐身下部和爐腹內襯。碳化硅--化學惰性。對磨損,碳化硅耐火材料有非常高的穩定性,與碳質制品比較,碳化硅對氧化的穩定性較好。高爐應用碳化硅制品的主要問題是開發對堿具有足夠高穩定性的結合劑。從試驗的焦油結合碳化硅石墨制品,陶瓷(黏土)結合的,氧氮化物和氮化物結合的碳化硅制品,氮化物和氧氮化物Si3ON2結合的制品有比較好的穩定性。可是發現自結合碳化硅制品更抗堿。既然自結合碳化硅制品制造困難,研究碳化硅含量各種組合的耐火材料:高鋁碳化硅的,石墨碳化硅的等。
鎂質耐火材料在爐身下部,爐腰和爐腹經過試驗。它的壽命指標比高質量的黏土磚高些,然而低于碳化硅。爐身下部和爐腹選擇合適的耐火材料,現在還在繼續進行。
爐身下部和爐腹經過連續工作時間到5~8年,個別情況到10~12年。爐身和爐腹的中間修理(Ⅱ級檢修),通常要12~18d完成。它是停爐,吹掉內襯、冷卻,檢查,內襯更換,檢修金屬構件和設備以及熔爐。個別場合的修理主要進行噴補。它由生產致密磚時應用的同樣原材料構成噴補料,利用氧化鐵含量低的礬土水泥或高鋁水泥做結合劑。已知是不停爐,修理體積不大的方法,在這種情況下,專用成分的耐火泥料通過爐殼的孔,小于1.5MPa的壓力下在爐中完成。這種泥料使用的黏結物質或軟化溫度超過200℃的煤焦油,沖淡的液體油,瀝青或水玻璃結合的高鋁水泥。
爐身上部修理(II級修理)可以不冷爐進行噴補。
爐床和爐缸內襯基本上由碳質砌筑。碳質制品的優越性表現它在還原或惰性氣氛中耐火度超過3000℃)高,隨溫度提高,強度增大,在很寬的溫度范圍內體積不變,抗熱震性好,對金屬和渣的不潤濕性以及能夠制取公差要求嚴格的大塊磚。爐床砌上3~4列有褶皺的炭質大磚,長到1.5~3.5m,斷面積(0.5~0.65)m×(0.5~0.65)m。爐床上面的墻砌上碳質大磚。爐床中心上部系列用高鋁褶皺(預防浮起)磚完成。為了預防磚浮起還用所謂頂砌的方法砌磚。作者認為耐火材料與生鐵相互作用的低溫度為1100~1150 ℃。如果爐床上部應用高鋁制品,沿磚表層通過1100~1150℃等溫線,引起出鐵溫度為1450℃左右。高鋁磚在1100~1150℃等溫線層變薄時,磚外層溫度提高,出鐵溫度降低。這樣一來出鐵溫度成為高爐爐床內襯狀態的指示器。比較大的爐子由爐床下面配備調節冷卻。爐床損毀的主要原因(磚浮起)——在鐵靜壓力作用下,鐵鉆進磚之間的鋸齒縫里。所以爐床砌體要在精心準備好的大磚試驗臺上預先裝配。較大爐子的爐床耐火材料砌體的總厚度達到5m。必須預防爐子底座由于加熱(特別是不均勻)和爐床破壞時產生鐵的意外破口。
用碳質和高鋁磚砌筑爐缸。爐缸墻的碳質砌體用標準冷卻裝置或水套(二層爐殼幫助冷卻。爐缸上部(風口帶)適合砌筑碳化硅耐火材料。            
 
高爐爐底和爐缸用碳磚的要求
爐缸、爐底應選用全碳磚或復合碳磚爐底構造,并應選用優異碳磚砌筑。大型高爐選用碳磚、SiC磚對延伸高爐壽數極為重要。在選用銅冷卻壁以后,高爐長命的薄弱環節已從爐身中下部、爐腰、爐腹轉移到爐缸部位。所以加大對延伸爐缸壽數已成為高爐長命作業的重點作業。這些年,中國一批高爐呈現爐缸水溫差增加的景象,乃至燒穿。應當采納歸納辦法,解決這方面疑問。
 
風口帶宜選用組合磚構造,通常運用剛玉莫來石磚,或棕剛玉磚,也可用熱壓碳磚NMA或NMD磚。
 
高爐爐缸腐蝕的因素有:化學腐蝕、水蒸汽的氧化、鋅和堿金屬、熱應力的破壞。
 
選用高導熱性的微孔碳磚,并對爐缸冷卻壁實施強化冷卻,使渣鐵構成凝聚的1150℃溫度殘存于碳磚當中,并要使之遠離冷卻壁。現在國內外高爐爐缸、爐底構造是有3種根本類型:一為大塊碳磚砌筑,爐底設陶瓷墊;二是熱壓小塊碳磚,爐底設陶瓷墊;三是大塊或小塊碳磚砌筑,爐底設陶瓷杯。上述3種構造方法均有高爐長命的實習實例。
 
國內外高爐均已選用高導熱碳磚、微孔碳磚和陶瓷墊構造。高噴煤比的高爐,在操作上著重要活潑爐缸基地,又請求爐底基地要堅持恰當的溫度。因此,大家逐漸注重陶瓷墊的阻熱效果,也注重陶瓷墊壽數的進步,希望能取得爐底基地溫度的適中。
 
強化冷卻構成凝聚層理論:在爐缸側壁選用有高導熱的耐火資料[600℃,18.4W/(m·K),20℃,60~80W/(m·K)]。進行強化冷卻以后,高導熱耐材、低孔隙度就能阻撓渣鐵的浸透,并具有高抗堿功能,可吸收有些熱應力,配有高效的水冷卻系統條件下,就能將爐缸的熱量迅速地傳遞給冷卻水,將熱量帶出爐外,可有用地下降爐缸壁的溫度梯度,從而在爐缸側壁爐襯耐材的熱面構成一層安穩的凝聚保護層(即鐵水凝聚1150℃以下的等溫線,使爐底構成安穩的“鐵殼”保護層),反抗爐缸側壁的“象腳”腐蝕,進而取得爐缸長命,其關鍵是爐缸側壁的導熱才能。這有些挑選耐材的重點是導熱性、防浸透性和避免發作環形裂紋的優異耐材。對爐缸的保護,是著重表現冷卻的效果,及時對爐缸冷卻壁水溫差和爐皮溫度進行監測,常常對簡單構成空地的部位進行灌漿。
 
帶爐底冷卻的歸納爐底是比較合理的構造。在冷卻管上有碳搗層,其上面砌上2~3層碳磚。關于不一樣部位要運用不一樣功能的碳磚。鐵口以下是簡單受到嚴峻腐蝕的當地,要用抗浸透性高的微孔碳磚;爐底的底層要用具有高導熱性的碳化硅磚;別的部位是選用一般碳磚或微孔碳磚。關于鐵口以下的爐底周邊碳磚的長度要增大,以進步其反抗鐵和堿金屬對此處的強烈浸透和腐蝕才能;磚與磚之間的縫隙要將寬縫改為細縫(<0.5mm)進行砌筑。
 
關于有“陶瓷杯”的歸納爐底構造,學術上有爭議。一些人以為“陶瓷杯”的效果大,應予加強;另一些人以為,“陶瓷杯”在必定時間內會消失掉,碳磚是起主導效果的,在爐缸側壁也運用高抗鐵水浸透和高導熱性、高密度的壓小碳磚。總體上評述,兩種方法各有優缺點,均可完成高爐長命,經濟價值有所區別。
 
高質量的微孔、超微孔碳磚(高密度的碳化硅磚是在大于1400℃,8小時以上條件下的焙燒)和壓小塊碳磚得到推行以后,中國高爐壽數得到明顯進步。
 
美聯碳出產的小塊微空碳磚,熱壓成型,未經高溫焙燒,就其實質來說是類似于中國自燒炭磚,它適用于全碳構造,不適用于陶瓷杯構造;如將其用于陶瓷杯構造,碳磚就沒有焙燒的機會,一旦陶瓷杯損壞,鐵水觸摸碳磚就易構成溶蝕而呈現漏鐵或燒穿事端;如用在全碳構造,碳磚可得到自焙燒,磚質量好,砌筑標準,可以取得長命,寶鋼3號4350m3高爐用它,爐齡到達19年,中國自產的這種熱壓微孔小塊碳磚,質量是好的,并不比美聯碳的差,但有些高爐的壽數短,其因素在于砌筑質量差,也即是筑爐辦理缺失或不到位,砌筑用漿不妥,磚縫過大構成投產后呈現氣隙,乃至鐵水沿磚縫浸透。
 
對運用小塊熱壓微空碳磚,有不一樣觀點。以為在800℃焙燒溫度下,碳磚不能得到炭化,砌筑縫隙大,又運用陶瓷杯,爐缸碳磚沒有構成狀況,會影響高爐爐缸壽數。

產品有問題,售后得不到解決怎么辦?產品質量是重中之重,不要因為便宜了點就放棄了質量,很可能會對高溫窯爐設備或企業造成巨大的經濟損失,一定要選擇正規廠家和售后服務質量完善的耐火材料廠家。

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