長(zhǎng)興安信機(jī)電設(shè)備有限公司
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技術(shù)服務(wù)
TECHNICAL SERVICE
品種
說明
INSTRUCTION
耐火材料是耐火度不低于1500℃的無機(jī)非金屬材料,用作高溫窯爐與高溫容器等熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料及高溫裝置中的元部件材料。耐火材料是為高溫技術(shù)服務(wù)的基礎(chǔ)材料,主要應(yīng)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(xué)工業(yè)、機(jī)械工業(yè)等部門。
國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(biāo)。它是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平,尤其是耐火材料質(zhì)量的重要標(biāo)志。中國(guó)1949年以后,歷年來耐火材料綜合消耗指標(biāo)變化見圖。從圖中看出,中國(guó)自1950年以來,消耗指標(biāo)有明顯的降低,但與工業(yè)先進(jìn)國(guó)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(yīng)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(duì)冶金技術(shù),尤其是鋼鐵冶煉技術(shù)的發(fā)展起著關(guān)鍵作用,而冶煉技術(shù)的革新與進(jìn)步,又對(duì)耐火材料的更新?lián)Q代提出更高的要求。兩者互為促進(jìn),相輔相成,共同發(fā)展。
耐火材料組織結(jié)構(gòu)對(duì)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(xué)作用的影響,發(fā)生熔蝕、磨損或崩裂而導(dǎo)致?lián)p毀。因此耐火材料必須具備適應(yīng)各種工作條件的性能,而性能與組成及結(jié)構(gòu)有著極為密切的關(guān)系。
化學(xué)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(chǔ),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(shí)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(gòu)的綜合反映,因此不能單純從化學(xué)組成來分析對(duì)制品性能的影響。而耐火制品的礦物組成又取決于其化學(xué)組成和工藝條件。盡管化學(xué)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(huì)有差別,制品的性能亦各異。但是,必須強(qiáng)調(diào)指出耐火材料宏觀組織結(jié)構(gòu)也是影響使用性能的重要因素,而性能指標(biāo)又能反映出耐火材料的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。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(xué)性能的性質(zhì)——線膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率、熱容及溫度傳導(dǎo)性;表示力學(xué)性能的性質(zhì)——常溫和高溫耐壓強(qiáng)度、高溫抗折強(qiáng)度、高溫扭轉(zhuǎn)強(qiáng)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(shè)備的特點(diǎn)及工藝要求出發(fā),根據(jù)耐火材料的化學(xué)組成、礦物與微觀結(jié)構(gòu)、宏觀組織與性能指標(biāo)進(jìn)行精心選擇,以達(dá)到預(yù)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?fàn)t
焦?fàn)t發(fā)展的趨勢(shì)是擴(kuò)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(shí)間并提高生產(chǎn)能力。焦?fàn)t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?fàn)t要求采用高強(qiáng)度、高密度低膨脹硅磚,以強(qiáng)化爐體結(jié)構(gòu)并提高爐墻的導(dǎo)熱效果。(見焦?fàn)t用耐火材料)
高爐及熱風(fēng)爐
高爐日趨大型化,并采用高壓爐頂、高風(fēng)溫、綜合噴吹以及微機(jī)控制等新技術(shù)強(qiáng)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(jì)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(fù)合材料砌筑。(見高爐用耐火材料)
熱風(fēng)爐用耐火材料的選擇主要取決于熱風(fēng)溫度,當(dāng)風(fēng)溫低于900℃,普遍采用粘土磚;風(fēng)溫900~1000℃時(shí),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(fēng)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(fēng)爐用耐火材料) 鐵水預(yù)處理設(shè)施 鐵水預(yù)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(dòng)至3.0以上,對(duì)容器的內(nèi)襯產(chǎn)生嚴(yán)重的侵蝕。鐵水預(yù)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(yù)處理用耐火材料)
氧氣轉(zhuǎn)爐
轉(zhuǎn)爐的發(fā)展方向?yàn)榇笮突?、高溫化及頂?shù)讖?fù)吹化。由于爐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(fēng)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(fēng)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?yàn)楦吖β屎统吖β孰姞t及直流電弧爐。前者的特點(diǎn)是單位時(shí)間內(nèi)輸入的熱能大幅度增加,熔化時(shí)間顯著縮短,對(duì)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(jì)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(diǎn)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(diǎn)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(gòu)較復(fù)雜,所用材質(zhì)相同,但對(duì)導(dǎo)電性能有一定要求,壽命也相應(yīng)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(guó)仍保留了部分平爐。自采用氧氣頂吹操作后,強(qiáng)化了冶煉強(qiáng)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(fù)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(shù)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(dá)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(duì)其質(zhì)量要求極為嚴(yán)格。根據(jù)精煉工藝及應(yīng)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(qiáng)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(yīng)用。(見爐外精煉用耐火材料)
鑄鋼設(shè)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(dòng)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(zhǎng)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(fù)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(fù)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(jìn)而采用氮化硅~氮化硼與賽隆氮化硼等復(fù)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(kuò)大,鋼水溫度提高,盛鋼時(shí)間延長(zhǎng)及對(duì)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(shì)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(shì)是內(nèi)襯整體化,采用鎂鋯質(zhì)等澆注料以模型芯振動(dòng)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(shí)可達(dá)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(yán)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(yù)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(dòng)性好,排渣量大,但物料焙燒與金屬冶煉爐的溫度不高。對(duì)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(jì)80年代以來,有色金屬工業(yè)技術(shù)進(jìn)步,迅速發(fā)展了閃速熔煉、富氧吹煉及閃速焙燒等新技術(shù),對(duì)耐火材料性能的要求愈來愈苛刻,尤其是爐體的關(guān)鍵部位要求更為嚴(yán)格。除使用粘土磚、硅磚及高鋁磚外,高強(qiáng)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(lǐng)域中應(yīng)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(yīng)用的特點(diǎn) 隨著工業(yè)的發(fā)展,耐火材料應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)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(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大
隨著冶煉技術(shù)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?、非氧化物和石墨?fù)合為主(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(yīng)用于氧氣轉(zhuǎn)爐、電爐,并擴(kuò)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(yù)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(lǐng)域中得到充分的應(yīng)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(yīng)的不定形材料與隔熱耐火制品。
制品品種、質(zhì)量的改進(jìn)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(yán)格遵循精料、精配、精混、高壓、高溫、精整與采用復(fù)合技術(shù)及引用微米級(jí)超細(xì)粉配料等原則。通過調(diào)節(jié)控制顯微結(jié)構(gòu)特征,改善、提高高溫性能,優(yōu)化力學(xué)性能,抗熱震性能和抗侵蝕性能,并借無損檢測(cè)手段,嚴(yán)格控制質(zhì)量。
不定形耐火材料應(yīng)用范圍從低、中溫領(lǐng)域向高溫領(lǐng)域逐步擴(kuò)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(jiǎn)便、使用過程中整體性強(qiáng)及綜合使用效果好等優(yōu)點(diǎn),已受到日益廣泛的重視,有進(jìn)一步取代某些燒成制品的趨勢(shì)。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(kuò)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(yīng)用的范圍已從低中溫領(lǐng)域向高溫領(lǐng)域,由氣氛爐向接觸金屬熔液的熔煉爐發(fā)展。如燒結(jié)機(jī)的點(diǎn)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(jí)合成原料配制的澆注料內(nèi)襯,經(jīng)連續(xù)修補(bǔ),通鐵量可達(dá)50~100萬t,滿足了高爐強(qiáng)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(dòng)成型的整體化盛鋼桶內(nèi)襯已成為構(gòu)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(kuò)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(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)的高純鋁鎂質(zhì)澆注料成功地應(yīng)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(jìn)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(shè)備的結(jié)構(gòu)材料。隨著冶煉技術(shù)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(duì)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(dòng)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(zhǎng)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?fù)吹轉(zhuǎn)爐、底吹電爐與盛鋼桶用供氣元件,作為噴射冶金關(guān)鍵部件的陶瓷噴射器等。這些耐火材料作為連鑄機(jī)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(qiáng)度及抗侵蝕性外,操作中要求絕對(duì)安全可靠。并對(duì)外形尺寸,平整度、表面缺陷及裂紋等均有嚴(yán)格的要求,是耐火行業(yè)中技術(shù)最密集的環(huán)節(jié)之一。
耐火材料單耗顯著降低
進(jìn)入20世紀(jì)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(shì),如日本已降低至11.9kg、美國(guó)為15.5kg、英國(guó)為15.3kg。中國(guó)除個(gè)別先進(jìn)企業(yè)達(dá)到13.5~14kg的水平外,全國(guó)平均水平仍然偏高:重點(diǎn)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(jìn)國(guó)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(shù)與工藝的更新和改進(jìn)以及強(qiáng)化行業(yè)管理水平等。