高爐煉鐵熱風(fēng)爐用耐火磚
熱風(fēng)爐是高爐煉鐵生產(chǎn)中的主要設(shè)施之一，隨著高爐大型化，原燃料質(zhì)量的改善噴吹技術(shù)的發(fā)展，高爐操作水平的提高，需求的風(fēng)溫更高，對(duì)熱風(fēng)爐的總要求是：實(shí)現(xiàn)高風(fēng)溫和長(zhǎng)壽。為此在設(shè)計(jì)中必須選擇合理的熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)形式和砌筑熱風(fēng)爐的耐火材料，河南耐火材料廠結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)踐體會(huì)對(duì)熱風(fēng)爐用耐火磚和隔熱磚的選擇作一探討。
1熱風(fēng)爐用耐火磚的性能。
熱風(fēng)爐使用的耐火磚有：粘土磚、硅磚和高鋁質(zhì)耐火磚(包括莫來(lái)石磚、硅線石磚、紅柱石磚、藍(lán)晶石磚和繭青石磚)。熱風(fēng)爐對(duì)耐火磚的總要求是：蠕變率小，高溫強(qiáng)度好,具有良好的抗熱震性。熱風(fēng)爐用格子磚除上述要求外，還應(yīng)有較大熱容量，我們?cè)谶M(jìn)行熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)時(shí)，為了能夠做到合理選擇耐火磚，首先必須了解它們的性能。因?yàn)闇?zhǔn)確的耐火材料特性參數(shù)是保證設(shè)計(jì)正確可靠的基礎(chǔ)。
1.1硅磚
硅磚的蠕變率低，在高溫下長(zhǎng)期使用體積比較穩(wěn)定，但硅磚中的鱗石英、方石英和殘余石英在低溫下因晶型變化，體積有較大變化(膨脹)，因此在低溫下的熱穩(wěn)定性很差。使用過(guò)程中，在以下要緩慢加熱å或冷卻,盡免產(chǎn)生裂紋,所以不宜在80C以下有溫度急變的部位使用。由于其價(jià)格比較便宜,被廣泛地用在熱風(fēng)爐的拱頂、連絡(luò)管、燃燒室和蓄熱室上部高溫區(qū)及格子磚上部高溫區(qū)。應(yīng)當(dāng)指出,由于硅磚的若干特性,在設(shè)計(jì)、制造、施工和生產(chǎn)各環(huán)節(jié)上均有嚴(yán)格要求,所以,使用硅磚應(yīng)十分謹(jǐn)慎。在大型(直徑≥8m)、風(fēng)溫較高的熱風(fēng)爐高溫區(qū)宜采用硅磚,而中小型(直徑<8m)的熱風(fēng)爐則不宜采用。
1.2粘土磚
粘土磚的耐火度、荷重軟化點(diǎn)和蠕變溫度均較低,熱震穩(wěn)定性強(qiáng)。廣泛用于熱風(fēng)爐內(nèi)溫度低于1000°C的低溫區(qū),高密度且堿金屬含量低的粘土磚還可以作為陶瓷燃燒器下部用磚。
1.3高鋁耐火磚
(1)熱風(fēng)爐用高鋁磚
高鋁磚質(zhì)地致密、堅(jiān)硬,比重大,機(jī)械強(qiáng)度高,有良好的耐磨性和導(dǎo)熱性,在高溫下體積穩(wěn)定,蠕變率小,宜用于熱風(fēng)爐的高、中溫區(qū)。若用于拱頂,要求蠕變率小和體積穩(wěn)定性很高;用作格子磚,則要有足夠的熱穩(wěn)定性和很高的體積穩(wěn)定性;用于燃燒室下部,要求有良好的熱穩(wěn)定性。日本和德國(guó)生產(chǎn)的熱風(fēng)爐用優(yōu)質(zhì)高鋁磚適宜在大型高溫?zé)犸L(fēng)爐上使用。我國(guó)熱風(fēng)爐高鋁磚的性能見(jiàn)GB2992一2012標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。但是,該標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有蠕變率指標(biāo),因此,在設(shè)計(jì)和汀貨時(shí),應(yīng)增加蠕變率指標(biāo)?，F(xiàn)在我國(guó)的耐火材料廠家用高鋁礬土熟料加粘土就可制造出蠕變溫度為1205一1305°C的(蠕變率<1%)低蠕變高鋁磚,此種磚適用于熱風(fēng)爐中溫(100一120°C)區(qū)域。
(2)莫來(lái)石磚。莫來(lái)石磚系用莫來(lái)石為主要原料制成的低蠕變磚,具有密度大、高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、蠕變率低、熱膨脹率小、抗化學(xué)侵蝕性強(qiáng)和抗熱震等優(yōu)點(diǎn),可砌筑在熱風(fēng)爐拱頂及燃燒室的中、上部,還可作陶瓷燃燒器用磚。但它的價(jià)格昂貴,應(yīng)慎用,宜用于大型(直徑)sm)、高溫()120℃)熱風(fēng)爐拱頂、燃燒室中、上部及熱風(fēng)出口組合磚。
(3)硅線石磚、紅柱石耐火磚和藍(lán)晶石磚。硅線石磚系用高鋁礬土熟料加入部分硅線石礦
制成的低蠕變磚。紅柱石系用紅柱石礦等原料制成的低蠕變磚。藍(lán)晶石磚系高鋁礬土熟料加藍(lán)晶石礦制成的低蠕變磚。硅線石磚和紅柱石磚的耐火度和荷重軟化溫度高,具有良好的高溫穩(wěn)定性和抗熱震性。它們可用于砌筑熱風(fēng)爐拱頂、燃燒室、蓄熱室上部和格子磚上部以及陶瓷燃燒器、混合室(或混風(fēng)管)的冷風(fēng)入口處。藍(lán)晶石磚的耐火度和荷重軟化溫度高,蠕變率低,其價(jià)格比莫來(lái)石磚、硅線石磚和紅柱石磚便宜,很適用于中小型(直徑<8m)、風(fēng)溫較高(1100一1150°C)的熱風(fēng)爐高溫區(qū)域。
侵蝕性強(qiáng)和抗熱震等優(yōu)點(diǎn),可砌筑在熱風(fēng)爐拱頂及燃燒室的中、上部,還可作陶瓷燃燒器用磚。但它的價(jià)格昂貴,應(yīng)慎用,宜用于大型(直徑)8m)、高溫()120°C)熱風(fēng)爐拱頂、燃燒室中、上部及熱風(fēng)出口組合磚。我國(guó)現(xiàn)在已能按照國(guó)外的先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)制造出大型高溫?zé)犸L(fēng)爐所需要的莫來(lái)石磚,不需進(jìn)口。
(3)硅線石磚、紅柱石磚和藍(lán)晶石磚。硅線石磚系用高鋁礬土熟料加入部分硅線石礦制成的低蠕變磚。紅柱石磚系用紅柱石礦等原料制成的低蠕變磚。藍(lán)晶石磚系高鋁礬土熟料加藍(lán)晶石礦制成的低蠕變磚。硅線石磚和紅柱石磚的耐火度和荷重軟化溫度高,具有良好的高溫穩(wěn)定性和抗熱震性。它們可用于砌筑熱風(fēng)爐拱頂、燃燒室、蓄熱室上部和格子磚上部以及陶瓷燃燒器、混合室(或混風(fēng)管)的冷風(fēng)入口處。藍(lán)晶石磚的耐火度和荷重軟化溫度高,蠕變率低,其價(jià)格比莫來(lái)石磚、硅線石磚和紅柱石磚便宜,很適用于中小型
(直徑<8m)、風(fēng)溫較高(1100一1150°C)的熱風(fēng)爐高溫區(qū)域。
(4)董青石磚是含有董青石成分的高鋁磚。它的熱膨脹率低,抗熱震性能好,適宜作為陶瓷燃燒器上部用磚。
2熱風(fēng)爐用隔熱磚的性能
2.1輕質(zhì)硅磚
輕質(zhì)硅磚的耐火度、耐壓強(qiáng)度、抗渣性、抗侵蝕性及導(dǎo)熱能力等都不如硅質(zhì)耐火磚,應(yīng)砌筑在硅質(zhì)耐火磚的背面,作隔熱層用。
2.2硅藻土磚
硅藻土磚是用硅藻土為原料制成的輕質(zhì)耐火材料,它有很好的隔熱性能,可砌筑在粘土磚的背面作隔熱層。我國(guó)硅藻土磚的性能指標(biāo)詳見(jiàn)GB9396一83標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。
2.3輕質(zhì)粘土磚
輕質(zhì)粘土磚屬于氣孔類輕質(zhì)保溫材料,砌筑在粘土磚或輕質(zhì)高鋁磚的背面,可作隔熱層用。
2.4輕質(zhì)高鋁磚
輕質(zhì)高鋁磚是良好的隔熱材料,可用于砌在高鋁質(zhì)耐火磚或輕質(zhì)硅磚的背面。
3熱風(fēng)爐用耐火磚與隔熱磚的選用方案
為了使熱風(fēng)爐實(shí)現(xiàn)高風(fēng)溫和長(zhǎng)壽的目的,必須合理選擇砌筑熱風(fēng)爐的耐火材料。耐火材料種類的選擇主要根據(jù)設(shè)計(jì)熱風(fēng)溫度和熱風(fēng)爐的尺寸大小來(lái)決定,此外,還應(yīng)考慮耐火磚的價(jià)格因素。根據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)踐,筆者認(rèn)為可按下述方案選擇熱風(fēng)爐用耐火磚和隔熱磚。
(1)大型高爐熱風(fēng)爐(直徑≥8m,風(fēng)溫1200℃):拱頂、燃燒室上部、蓄熱室上部和格子磚上部用硅磚;在緊接硅磚的拱頂部分和燃燒室中部(高溫區(qū))用莫來(lái)石磚;在緊接硅磚的蓄熱室和格子磚的中、高溫區(qū)以及燃燒器頂面以上的燃燒室下部區(qū)域用紅柱石磚或硅線石磚;爐蓖子以上巧層格子磚宜用紅柱石磚或硅線石磚;溫度低于1000℃的低溫區(qū)用粘土磚。
(2)大型高爐熱風(fēng)爐(直徑≥8m,風(fēng)溫1150℃):拱頂、燃燒室上部、蓄熱室上部和格子磚上部用硅磚。在緊接硅磚的拱頂部分、燃燒室中部、蓄熱室和格子磚的中、高溫區(qū)及燃燒器頂面以上的燃燒室下部區(qū)域用紅柱石磚或硅線石磚;爐蓖子以上15層格子磚亦宜用紅柱石磚或硅線石磚;溫度低于1000℃的低溫區(qū)用粘土磚。
(3)中小型高爐熱風(fēng)爐(直徑<8m,風(fēng)溫1100一1150℃:拱頂、燃燒室中、上部、蓄熱室和格子磚上部用藍(lán)晶石磚。燃燒器頂面以上的燃燒室下部區(qū)域用紅柱石磚。溫度低于100℃的低溫區(qū)(包括格子磚)用粘土磚。
(4)陶瓷燃燒器:上部用繭青石磚或紅柱石磚,下部用堿金屬含量低的致密粘土磚。
(5)隔熱磚的選擇:熱風(fēng)爐用隔熱磚的種類根據(jù)工作層所砌耐火磚的種類決定。當(dāng)工作層用硅磚砌筑時(shí),硅磚背面應(yīng)砌輕質(zhì)硅磚。當(dāng)工作層用高鋁質(zhì)耐火磚砌筑時(shí),耐火磚背面應(yīng)砌輕質(zhì)高鋁磚。當(dāng)工作層用粘土磚砌筑時(shí),粘土磚背面應(yīng)砌輕質(zhì)粘土磚或硅藻土磚。
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