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長興安信機電設備有限公司
長興安信機電設備有限公司
技術服務
TECHNICAL SERVICE
品種
說明
INSTRUCTION
耐火材料是耐火度不低于1500℃的無機非金屬材料,用作高溫窯爐與高溫容器等熱工設備的結(jié)構材料及高溫裝置中的元部件材料。耐火材料是為高溫技術服務的基礎材料,主要應用于鋼鐵工業(yè)、有色金屬工業(yè)、建筑材料工業(yè)、石油化學工業(yè)、機械工業(yè)等部門。
國民經(jīng)濟噸鋼產(chǎn)量所消耗的耐火材料公斤數(shù)稱耐火材料綜合消耗指標。它是衡量一個國家工業(yè)水平,尤其是耐火材料質(zhì)量的重要標志。中國1949年以后,歷年來耐火材料綜合消耗指標變化見圖。從圖中看出,中國自1950年以來,消耗指標有明顯的降低,但與工業(yè)先進國家相比仍高出3~6倍,主要原因是耐火材料品種與質(zhì)螢不能完全適應工業(yè)發(fā)展的要求。冶金行業(yè)消耗耐火材料量約占總消耗量的60%~70%。工業(yè)發(fā)展的歷史證明,耐火材料的品種和質(zhì)量對冶金技術,尤其是鋼鐵冶煉技術的發(fā)展起著關鍵作用,而冶煉技術的革新與進步,又對耐火材料的更新?lián)Q代提出更高的要求。兩者互為促進,相輔相成,共同發(fā)展。
耐火材料組織結(jié)構對使用性能的影響 耐火材料在高溫使用過程中承受各種物理、化學作用的影響,發(fā)生熔蝕、磨損或崩裂而導致?lián)p毀。因此耐火材料必須具備適應各種工作條件的性能,而性能與組成及結(jié)構有著極為密切的關系。
化學組成是耐火材料的基本特征,主要成分則是耐火材料特征的基礎,因此成分和數(shù)量直接決定著耐火材料的性能。耐火材料制品同時又是礦物組成體,制品的性質(zhì)是其組成礦物和微觀結(jié)構的綜合反映,因此不能單純從化學組成來分析對制品性能的影響。而耐火制品的礦物組成又取決于其化學組成和工藝條件。盡管化學組成相同,如果加工條件不同,所形成礦物相的種類、數(shù)量及晶態(tài)也會有差別,制品的性能亦各異。但是,必須強調(diào)指出耐火材料宏觀組織結(jié)構也是影響使用性能的重要因素,而性能指標又能反映出耐火材料的內(nèi)在結(jié)構。例如:表示致密程度的性質(zhì)氣孔率、體積密度、真密度;表示氣體透過難易程度的性質(zhì)——透氣度;表示熱學性能的性質(zhì)——線膨脹系數(shù)、熱導率、熱容及溫度傳導性;表示力學性能的性質(zhì)——常溫和高溫耐壓強度、高溫抗折強度、高溫扭轉(zhuǎn)強度、高溫蠕變性及彈性模量;表示高溫性能的性質(zhì)——耐火度、高溫荷重軟化溫度、高溫體積穩(wěn)定性、抗熱震性及抗渣性。因此,使用部門必須從熱工設備的特點及工藝要求出發(fā),根據(jù)耐火材料的化學組成、礦物與微觀結(jié)構、宏觀組織與性能指標進行精心選擇,以達到預期的使用效果。
爐窯用耐火材料主要介紹冶金行業(yè)爐窯所用的耐火材料。
焦爐
焦爐發(fā)展的趨勢是擴大炭化室容積及減薄燃燒室和炭化室之間的隔墻,以縮短結(jié)焦時間并提高生產(chǎn)能力。焦爐的爐頂、燃燒室、炭化室、斜道區(qū)及蓄熱室主要采用硅磚,其余部分使用粘土磚,爐頭部分則采用高鋁磚。砌筑現(xiàn)代化大型焦爐要求采用高強度、高密度低膨脹硅磚,以強化爐體結(jié)構并提高爐墻的導熱效果。(見焦爐用耐火材料)
高爐及熱風爐
高爐日趨大型化,并采用高壓爐頂、高風溫、綜合噴吹以及微機控制等新技術強化冶煉,因而耐火材料使用條件極為苛刻。高爐爐喉、爐身一般采用粘土磚或高鋁磚,爐腰和爐腹采用莫來石磚、剛玉磚及鉻剛玉磚等。20世紀70年代開始使用氮化硅結(jié)合的碳化硅磚等特殊耐火材料。爐缸大多采用碳磚、微孔與超微孔碳磚,以及陶瓷耐火材料與碳磚的復合材料砌筑。(見高爐用耐火材料)
熱風爐用耐火材料的選擇主要取決于熱風溫度,當風溫低于900℃,普遍采用粘土磚;風溫900~1000℃時,高溫部位的襯磚與格子磚則選用高鋁磚、莫來石磚或硅線石磚;風溫高于1100℃,必須選用低蠕變性的高鋁磚、莫來石磚、硅磚及堇青石磚作為襯磚及格子磚。(見熱風爐用耐火材料) 鐵水預處理設施 鐵水預處理是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)不銹鋼和低磷鋼,提高轉(zhuǎn)爐精煉效率的重要措施。鐵水在脫硅、脫磷及脫硫過程中,由于熔劑的作用,爐渣堿度從0.5波動至3.0以上,對容器的內(nèi)襯產(chǎn)生嚴重的侵蝕。鐵水預處理容器渣線部位用不燒Al2O3-Si2-C磚砌筑,渣線以下則采用不同檔次的Al2O3-Si2-C磚。(見鐵水預處理用耐火材料)
氧氣轉(zhuǎn)爐
轉(zhuǎn)爐的發(fā)展方向為大型化、高溫化及頂?shù)讖痛祷S捎跔t身各部位使用條件的差異,爐襯侵蝕速度極不均一。故選用不同品種與質(zhì)量的襯磚綜合砌筑。爐口、爐帽、爐身裝料側(cè)、渣線、耳軸部位、出鋼口及爐底風口部位等易損區(qū)主要采用鎂碳磚、鎂白云石碳磚,其它部位及爐底風口部位等易損區(qū)主要采用鎂碳磚、鎂白云磚及燒成油浸鎂白云石磚等。(見轉(zhuǎn)爐用耐火材料)
電爐
電爐發(fā)展的方向為高功率和超高功率電爐及直流電弧爐。前者的特點是單位時間內(nèi)輸入的熱能大幅度增加,熔化時間顯著縮短,對耐火材料的要求更加苛刻。后者則具有節(jié)約電能與石墨電極消耗低等經(jīng)濟效益。爐頂由硅磚改用Al2O3為75%~85%的高鋁磚、直接結(jié)合鎂磚、鎂鉻磚及鎂碳磚。作為薄弱環(huán)節(jié)的爐墻渣線區(qū)和熱點部位主要選用熔鑄鎂鉻磚、直接結(jié)合或再結(jié)合鎂鉻磚及鎂碳磚。熔池堤坡上部的渣線部位多采用與爐墻熱點部位相同或類似的磚,爐底以燒結(jié)良好的鎂砂或電熔鎂砂搗打制成。直流電弧爐由于增加了底電極,爐底結(jié)構較復雜,所用材質(zhì)相同,但對導電性能有一定要求,壽命也相應低些。(見電爐用耐火材料)
平爐
平爐已逐漸被氧氣轉(zhuǎn)爐取代。中國仍保留了部分平爐。自采用氧氣頂吹操作后,強化了冶煉強度,爐襯損毀較快。爐頂已從過去采用硅磚,改為鎂鋁磚,鎂鉻磚及方鎂石一鎂鋁鉻復合尖晶石磚。爐底工作層為電熔鎂砂燒結(jié)層,堤坡全部采用鎂磚。沉渣室頂用高鋁磚或鎂鋁磚砌筑,蓄熱室下部格子磚采用粘土磚,中、上部則用高鋁磚,上部也有使用鎂橄欖石磚的。(見平爐用耐火材料)
爐外精煉爐
爐外精煉技術的采用是生產(chǎn)潔凈鋼、提高初煉爐效率及保證連鑄順行的重要手段。迄今i耐用于工業(yè)生產(chǎn)的爐外精煉方法雖多達數(shù)十種,但脫氣、排除雜質(zhì)、調(diào)整成分與調(diào)節(jié)溫度等精煉操作大多在盛鋼桶中完成。精煉裝置用耐火材料在高溫、真空及爐渣堿度與鋼液中氧氣濃度變化大的環(huán)境下,并經(jīng)受熱震蕩及鋼液與爐渣的沖刷與侵蝕,因而對其質(zhì)量要求極為嚴格。根據(jù)精煉工藝及應用部位的不同,最常用的有鎂碳磚、鎂白云石碳磚、直接結(jié)合鎂磚、鎂鉻磚、電熔再結(jié)合鎂鉻磚及熔鑄鎂鉻磚等。鋼纖維增強高鋁澆注料、低水泥澆注料及無水泥低水分澆注料等亦開始應用。(見爐外精煉用耐火材料)
鑄鋼設備
連鑄中間罐主要使用硅質(zhì)或鎂質(zhì)絕熱板作內(nèi)襯,罐內(nèi)安裝的過濾器主要為氧化鈣質(zhì)、氧化鋯質(zhì)、氧化鋁質(zhì)或氧化鋯一氧化鋁質(zhì)耐火材料。整體塞棒主要采用鋁碳質(zhì)材料,滑動水口現(xiàn)采用鋁碳質(zhì)、莫來石質(zhì)、剛玉質(zhì)、鉻剛玉質(zhì)與鋁碳質(zhì)滑板。長水口則采用熔融石英及鋁碳質(zhì)材料,亦有采用氧化鋁氧化鋯質(zhì)復合材料的,浸入式水口現(xiàn)主要采用鋁碳及鋁碳鋯碳質(zhì)復合材料。定徑水口主要用鋯英石質(zhì)或鋯質(zhì)材料。水平連鑄用分離環(huán)從主要選用單一的氮化物進而采用氮化硅~氮化硼與賽隆氮化硼等復合材料。 盛鋼桶用耐火材料,由于多爐連鑄和冶煉潔凈鋼的需要,盛鋼桶容積不斷擴大,鋼水溫度提高,盛鋼時間延長及對鋼水吹氬等綜合因素的影響,耐火材料使用條件日益苛刻。發(fā)展趨勢之一是渣線和其它易損蝕部位采用鎂白云石碳磚、鋁鎂尖晶石磚、鎂鉻磚、鎂碳磚和鎂鋁碳磚等。另一趨勢是內(nèi)襯整體化,采用鎂鋯質(zhì)等澆注料以模型芯振動法成型。(見鑄錠用耐火材料,連續(xù)鑄鋼用耐火材料)
加熱爐、均熱爐與熱處理爐
此類爐子操作溫度除均熱爐在液態(tài)排渣時可達1500℃外,一般均不超過1400C。但爐底和爐墻根部常受熔融氧化鐵皮渣的侵蝕,損毀較為嚴重,加熱爐爐底工作層用磚從高鋁磚或鎂磚改用電熔莫來石磚或剛玉磚。其余部位采用的耐火材料除粘土磚、高鋁磚外,還使用高鋁水泥或磷酸鹽耐火澆注料預制塊,高鋁碳化硅澆注料。爐內(nèi)滑道低溫區(qū)采用耐熱鑄鋼與高鋁一碳化硅座磚,高溫區(qū)則采用棕剛玉一碳化硅座磚。此外,為了節(jié)約能源還大量使用耐火纖維,漂珠磚等隔熱材料。(見加熱爐用耐火材料、均熱爐用耐火材料、熱處理爐用耐火材料)
有色金屬冶煉爐
有色金屬種類繁多,冶煉方法不一,熔體熔化溫度低,流動性好,排渣量大,但物料焙燒與金屬冶煉爐的溫度不高。對耐火材料有特定的要求,耐火材料耗量約占總用量的5%~8%。20世紀80年代以來,有色金屬工業(yè)技術進步,迅速發(fā)展了閃速熔煉、富氧吹煉及閃速焙燒等新技術,對耐火材料性能的要求愈來愈苛刻,尤其是爐體的關鍵部位要求更為嚴格。除使用粘土磚、硅磚及高鋁磚外,高強度不定形耐火材料與耐火纖維制品,碳質(zhì)與碳化硅制品以及直接結(jié)合鎂鉻磚與熔鑄鎂鉻磚等等,均已在不同領域中應用。(見煉銅爐用耐火材料、煉鋅爐用耐火材料、煉鉛爐用耐火材料、煉鎳爐用耐火材料、煉鋁用耐火材料)
耐火材料應用的特點 隨著工業(yè)的發(fā)展,耐火材料應用范圍不斷擴大,耐火材料功能日益顯著,耐火材料單耗大幅度下降。
耐火材料應用范圍不斷擴大
隨著冶煉技術的發(fā)展,耐火材料的品種與質(zhì)量發(fā)生重大變化。從氧化物和硅酸鹽為主演變?yōu)橐匝趸铩⒎茄趸锖褪珡秃蠟橹?含以非氧化物為主)。如高爐爐身用氮化硅結(jié)合的碳化硅制品逐步取代高鋁磚和剛玉制品。鎂碳磚與鎂白云石碳磚已廣泛應用于氧氣轉(zhuǎn)爐、電爐,并擴大至爐外精煉裝置與盛鋼桶。碳結(jié)合制品,如鋁碳質(zhì)、鋯碳質(zhì)、鋁鋯碳質(zhì)等制品已成為連鑄用耐火材料的主要制品。氧化鋁一碳化硅一碳質(zhì)制品已成功地用于砌筑鐵水預處理裝置上。熔鑄鎂鉻磚、燒結(jié)鎂鉻磚及碳化硅磚等在有色金屬冶煉領域中得到充分的應用。
氧化物制品如氧化鎂、氧化鋁、氧化鉻及氧化鋯等也隨著使用要求的提高得到了發(fā)展,其中也包括相應的不定形材料與隔熱耐火制品。
制品品種、質(zhì)量的改進與提高,原料也從以天然為主演變到以天然精選和人工合成并用。加工工藝更加嚴格遵循精料、精配、精混、高壓、高溫、精整與采用復合技術及引用微米級超細粉配料等原則。通過調(diào)節(jié)控制顯微結(jié)構特征,改善、提高高溫性能,優(yōu)化力學性能,抗熱震性能和抗侵蝕性能,并借無損檢測手段,嚴格控制質(zhì)量。
不定形耐火材料應用范圍從低、中溫領域向高溫領域逐步擴大,不定形耐火材料作為新型筑爐材料,具有生產(chǎn)周期短、節(jié)省生產(chǎn)能耗、施工簡便、使用過程中整體性強及綜合使用效果好等優(yōu)點,已受到日益廣泛的重視,有進一步取代某些燒成制品的趨勢。其中澆注料由于低水泥、超低水泥和無水泥耐火澆注料的相繼開發(fā)以及人工合成原料與電熔原料的采用,品種不斷擴大,質(zhì)量明顯提高,其用量約占不定形耐火材料總用量的50%。不定形耐火材料應用的范圍已從低中溫領域向高溫領域,由氣氛爐向接觸金屬熔液的熔煉爐發(fā)展。如燒結(jié)機的點火爐和保溫爐采用高鋁可塑料作為內(nèi)襯,壽命已超過磚砌內(nèi)襯。高爐出鐵溝采用剛玉、碳化硅等高級合成原料配制的澆注料內(nèi)襯,經(jīng)連續(xù)修補,通鐵量可達50~100萬t,滿足了高爐強化冶煉的要求。又如,水冷及爐底出鋼電爐,在每噸鋼消耗5~6kg耐火材料中,不定形料占4~5kg。采用優(yōu)質(zhì)原料澆注振動成型的整體化盛鋼桶內(nèi)襯已成為構筑桶襯的發(fā)展方向。連鑄用不定形耐火材料品種增加,部位日益擴大,如鎂鉻質(zhì)涂料用作中間罐工作層,超低水泥結(jié)合的致密高強澆注料制成的凈化鋼水的擋渣堰板等均取得了成功。爐外精煉方面以鋼纖維補強的高純鋁鎂質(zhì)澆注料成功地應用于CAS浸漬管;以電熔超高鋁水泥結(jié)合的剛玉質(zhì)澆注料用作RH的吸管內(nèi)襯等均取得滿意的效果。加熱爐從采用高鋁水泥結(jié)合的澆注料、可塑料,改進為粘土結(jié)合澆注料。使用壽命顯著超過粘土磚。
耐火材料功能化
耐火材料主要用作高溫窯爐與高溫容器等熱工設備的結(jié)構材料。隨著冶煉技術的發(fā)展,在某些冶煉工藝環(huán)節(jié)中需要使用性能超越金屬材料的耐火材料作為工作部件,這些工作部件(耐火材料制品)除了耐火材料固有的性能外,還必須具備冶煉工藝對其要求的特定功能。這就開辟了耐火材料功能化的新途徑。它主要包括連鑄系統(tǒng)中節(jié)流鋼水用的滑動水口、中間罐節(jié)流鋼水用的吹氬整體塞棒、防止鋼水在澆注過程中二次氧化的長水口及浸入式水口、濾除鋼水非金屬夾雜物的過濾器以及頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐、底吹電爐與盛鋼桶用供氣元件,作為噴射冶金關鍵部件的陶瓷噴射器等。這些耐火材料作為連鑄機組中的一環(huán),是重要的工作部件,除了要求優(yōu)良的抗熱震性、高溫強度及抗侵蝕性外,操作中要求絕對安全可靠。并對外形尺寸,平整度、表面缺陷及裂紋等均有嚴格的要求,是耐火行業(yè)中技術最密集的環(huán)節(jié)之一。
耐火材料單耗顯著降低
進入20世紀80年代以來,鋼鐵工業(yè)噸鋼耐火材料消耗呈明顯下降的趨勢,如日本已降低至11.9kg、美國為15.5kg、英國為15.3kg。中國除個別先進企業(yè)達到13.5~14kg的水平外,全國平均水平仍然偏高:重點企業(yè)1990年為28.46kg,1991年為28.09kg及1992年為26.43kg(均不含不定形材料),約為先進國家的3倍。
耐火材料單耗降低的原因:首先是耐火材料新品種的開發(fā)與制品質(zhì)量的不斷提高,其次是冶煉技術與工藝的更新和改進以及強化行業(yè)管理水平等。