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                高爐用耐火材料

                發布時間:2021/01/20 行業新聞 標簽:耐火磚瀏覽次數:171

                  目前,高爐用耐火材料的品種很多,爐身中上部一般采用性能優異的粘土磚或高鋁磚,爐身下部、爐腰及爐腹則用碳質制品、碳化硅磚、莫來石磚、剛玉磚等特種耐火材料,特別是最近發展起來的碳化硅磚,在高爐上的應用獲得了成功。同時,其它不定形耐火材料也得到了廣泛應用。

                  20世紀50年代以前,世界上大多數高爐的爐襯采用粘土磚砌筑,由于粘土磚很容易受到堿金屬鹽類的侵蝕,即使在較低溫度下也能發生化學反應,因此高爐投入運行后,在化學反應的影響下,粘土磚的荷重軟化溫度和耐火度不斷下降,導致粘土磚在冶煉過程中逐漸被熔蝕或砌體產生裂紋,所以采用粘土磚砌筑的高爐壽命較短,有時引發爐壁、爐缸或爐底燒穿事故。

                  20世紀50年代以后,煉鐵高爐的爐底和爐缸大量使用碳質耐火材料,有的高爐爐腰、爐腹及下爐身也使用碳質耐火材料,采用碳質耐火材料以后,高爐爐役明顯延長,很少發生爐底或爐缸燒穿事故。但是,隨著高爐大型化和強化冶煉技術的采用,爐襯耐火材料的工作條件越來越惡化,因此對爐襯耐火材料提出更高的要求。70年代末,各國研制了多種新型碳質耐火材料用于高爐的各個部位,如高密度炭塊、微孔炭塊、半石墨化質炭塊、石墨塊、半石墨質-碳化硅塊、高溫模壓炭塊等,這些新型碳塊(磚)各有各的優點和適用范圍。

                  各部位用耐火制品的理化指標、尺寸誤差和要求高鋁磚

                  高爐用高鋁磚是以高鋁礬土熟料為主要原料制成的用于砌筑高爐的耐火制品,YB/T5015-1993將高爐用高鋁磚按理化指標分為GL-65、GL-55、GL-48三種牌號。

                  粘土磚

                  高爐用粘土磚是以耐火粘土為原料生產的用來砌筑高爐內襯的粘土磚。高爐用粘土磚用于大高爐爐身及小高爐爐襯的爐喉、爐身、爐底。

                  高爐用粘土磚要求常溫耐壓強度高,能夠抵抗爐料長期作業磨損;在高溫長期作業下體積收縮小,有利于爐體保持整體性;顯氣孔率低和Al2O3含量低,減少炭素在氣孔中的沉積,避免磚在使用過程中膨脹疏松而損壞;低熔點物形成少,高爐用粘土磚比一般粘土磚具有優良性能。

                  YB/T5050-1993將高爐用粘土磚按理化指標分為ZGN-42和GN-42兩種牌號。

                  磷酸浸漬粘土磚

                  高爐用磷酸浸漬粘土磚是砌筑高爐內襯用的磷酸浸漬粘土磚。YB/T112-1997規定高爐用磷酸浸清粘土磚的代號為CLN-42。

                  碳化硅磚

                  碳化硅磚是用碳化硅為主要原料燒制的耐火制品。其主要特征是SiC為共價結合,不存在通常的燒結性,依靠化學反應生成新相達到燒結。20世紀70年代SiC質耐火材料在國外高爐上使用后,取得了很好的使用效果,一代高爐壽命延長到10年或10年以上。我國1985年在鞍鋼6號高爐上首次使用Si3N4結合碳化硅磚獲得成功,對SiC制品的研究與開發逐步深入,產品性能不斷提高。目前,我國高爐用優質碳化硅磚主要品種有:Si3N4結合碳化硅磚,Sialon結合碳化硅磚和自結合(βSiC結合)碳化硅磚。

                  ⑴Si3N4結合碳化硅磚。Si3N4結合碳化硅磚是用SiC和Si粉為原料,經氮化燒成的耐火制品。SiC、Si3N4都是共價鍵化合物,燒結非常困難。在多級配的SiC顆粒和細粉中,加入磨細的工業硅粉,Si與N在高溫下按下式進行燒結反應:2N+3Si Si3N4。反應生成的Si3N4與SiC顆粒緊密結合而形成以Si3N4為結合相的碳化硅制品。經研究發現,大多數Si3N4結合相為針狀或纖維狀結構,存在于SiC顆粒周圍或孔隙處,Si3N4呈縱橫交錯的結構與SiC顆粒緊密結合,使這種新型的耐火材料具有很高的常溫和高溫強度。

                  YB4035-1991規定,高爐用氮化硅結合碳化硅磚按其理化指標將制品分為兩類,分別為DTZ-1和DTZ-2。標準規定制品的理化指標應符合表8的要求。高爐用標準型號制品的尺寸允許偏差及外觀應符合表9的規定。高爐用非標準型號制品的尺寸允許偏差及外觀要求,一般由供需雙方協議來定。

                  ⑵Sialon結合SiC磚。在1700℃時,在Si3N4-Al4N4-Al2O3-Si3O6構成的正方形相圖中,有以Si3N4為起點的4/3(Al2O3、AlN)延伸,組成在相當大范圍內變化的βSialon相;有以Si2ON2為起點的大體向X方向延伸,組成在較小范圍內變化的O′-Sialon相。在氮化硅結合制品的生產過程中,加入適量加入物,使氧進入Si3N4晶格,生成一定數量的βSialon固熔體相,制出Sialon結合的SiC磚。

                  ⑶自結合SiC磚。在工業α-SiC原料中加入工業硅和碳,在高溫還原氣氛下發生Si(s)+C →SiC(s)的反應,生成β- SiC,與原生高溫型α-SiC顆粒結合,制出自結合SiC材料,使制品具有良好的性能。

                  鋁炭磚

                  氮化硅結合碳化硅磚在高爐爐身下部的使用效果好,但該磚價格過高(每噸8500~9000元)難以普遍推廣。我國耐火材料工作者,在借鑒煉鋼用鋁炭質滑板磚的生產工藝基礎上,開發了高爐鋁炭磚,該磚性能優良、價格便宜,已在大中小型高爐上推廣應用。高爐鋁炭磚采用特級高鋁礬土熟料,鱗片狀石墨及SiC為主要原料,添加抗堿劑及其它附加物,用酚醛樹脂為結合劑,機壓成型,按燒成和不燒成分為致密型(燒成溫度不大于1450℃)和普通型鋁炭磚,經200~250℃低溫固化焙燒。高爐鋁炭磚具有氣孔率低、透氣度低、耐壓強度高、熱導率高、抗渣、抗堿、抗鐵水溶蝕及抗熱震性好等各種優良性能。

                  ⑴鋁炭磚。YB/T5269-1999適用于以低鐵高鋁礬土熟料、鱗片狀石墨為主要原料,酚醛樹脂為結合劑,經機壓成型工藝制成的鋁炭磚。該產品適用于砌筑中小型高爐爐身及爐底。鋁炭磚理化指標應符合表12的規定,高爐用標準型鋁炭磚的尺寸允許偏差及外形應符合GB2278的規定。

                  ⑵燒成微孔鋁炭磚。燒成微孔鋁炭磚是指平均孔徑不大于1μm的孔容積占開口氣孔總容積的比例(%)不小于70%的燒成鋁炭磚。燒成微孔鋁炭磚一般用于砌筑高爐內襯。YB/T113-1997將燒成微孔鋁炭磚,按理化指標分為WLT-1、WLT-2、WLT-3三個等級。

                  炭磚

                  炭磚是用熱處理無煙煤或焦炭、石墨為主要原料,以焦油瀝青或酚醛樹脂為結合劑制成的耐火制品。炭磚在高爐中的應用發展很快。炭磚具有以下性質:

                  ⑴耐火度高;

                  ⑵極高有荷重軟化溫度;

                  ⑶高溫耐磨性能良好;

                  ⑷良好的化學穩定性;

                  ⑸高溫體積穩定性好;

                  ⑹良好的導熱性和導電性;

                  ⑺抗熱震性好。

                  ⑻高溫下易氧化。炭磚的以上特性,很適應高爐爐底和爐缸生產特點對內襯的要求。近年來,炭磚的使用范圍不斷擴大,爐腹和爐身下部也開始采用炭磚。

                  ⑴高爐炭塊。YB2804-1991規定了高爐炭塊和炭鍵的理化指標和尺寸允許偏差。

                  ⑵半石墨炭磚。關石墨炭磚是采用高溫煅燒無煙煤、石墨、添加劑為主要原料而制成的耐火制品。半石墨質炭磚配方中一般不使用冶金焦為粉料,而使用磨碎的石墨為粉料,半石墨磚的導熱性能非常好,而且抗堿金屬鹽類腐蝕的能力也比普通炭磚好。

                  ⑶自焙炭塊。自焙炭塊及自焙炭塊技術是一種新型炭質爐襯材料和成套爐襯技術。自焙炭塊除了具有傳統的焙燒炭塊所具有的耐高溫、高溫強度大、不易粘渣鐵、耐侵蝕等特性外,能夠利用烘爐和生產過程中的熱量逐步焙燒成堅實、致密近于無縫的整體爐襯。

                  ⑷微孔炭塊。微孔炭塊是用高溫電燃燒無煙煤、人造石墨、碳化硅為主要原料,煤焦油瀝青為粘結劑,加入多種添加劑微粉,經過振動成型、高溫焙燒、精磨加工而制成的,主要用于高爐爐底上部和爐缸、出鐵口。

                  ⑸國外炭磚。美國UCAR公司生產的熱模壓小碳磚NMA、NMD和NMS,采用熱壓制磚法BP工藝(即熱模壓)成型。把配好的料經過加熱混練,與定量的糊料一起放到模具內進行模壓,通電加熱。脫模以后,焙燒結束。這種熱壓小塊炭磚具有下列特點:優良的高溫性能;熱導率高,導電性好;良好的抗堿侵蝕性能;抗熱震性、熱沖擊性好;低滲透性,孔隙度小,氣孔封閉,吸水性能極弱;炭磚尺寸小,單塊炭磚的溫差小。日本以電煅燒無煙煤、人造石墨為主要原料生產的炭塊也具有很好的抗堿侵蝕性能以及優良的高溫性能和導熱性能。法國生產的AM101、AM102型炭磚熱導率高、抗堿侵蝕性能好。

                  石墨磚

                  高爐用石墨磚是以石油焦、瀝青焦和煤瀝青等為主要原料,制成具有較高導熱性能的高爐砌筑用石墨材料。YB/T122-1997規定的高爐用石墨磚用于高爐爐底底層,除具有高爐炭塊的一般特性外,還具有較高的熱導率,起盡快導出爐底的熱能、降低爐底溫度的作用。

                  硅線石磚、紅柱石磚、藍晶石磚

                  硅線石磚、紅柱石磚、藍晶石磚是在高鋁質磚的配料中加入一定比例的硅線石或紅柱石或藍晶石及其它微量元素制成的制品,也稱三石制品。添加三石使制品的抗熱震性得到改善,特別是制品的高溫蠕變率得到降低。在高爐、熱風爐、魚雷罐等關鍵部位使用收到了良好的效果。也有人將這種磚稱作低蠕變高鋁磚。

                  剛玉磚、棕剛玉磚

                  含Al2O3大于90%以上的制品稱為剛玉質耐火材料,亦稱為純氧化鋁耐火制品。剛玉硬度很高。剛玉具有抵抗酸、堿性爐渣、金屬和玻璃溶液作用的良好穩定性。它在高溫下的氧化性氣氛或是在還原性氣氛中使用,均能收到良好的使用效果。表26和表27為剛玉制品的理化指標。表28為加入SiC的塑性相結合剛玉磚的技術指標。棕剛玉磚是以棕剛玉為主要成分壓制成型的耐火磚,加入SiC的復合棕剛玉磚具有良好的抗熱震性和強度,且價格相對剛玉磚便宜許多,可以部分代替剛玉磚用于高爐。

                  近十年來,國內外不定形耐火材料的發展非常迅速,品種不斷增加,主要的品種有:耐火澆注料、耐火可塑實、耐火搗打料、耐火噴涂料、耐火投射料、耐火涂抹料和耐火泥漿等。不定形耐火材料對于延長爐襯壽命,提高設備的作業率、降低勞動強度以及簡化耐火材料生產工藝等方面將起到促進作用。

                  在一些小高爐上,國內外采用耐火澆注料作高爐內襯,也能正常運行和達到一定的工作年限。高爐內襯是生產中的薄弱環節,特別是爐腹和爐身下部等部位尤為突出,經常因為過早的毀損而被迫停爐大修、中修。為此,各國廣泛采用噴補、壓入料修補和包扎維護等方法,以提高爐子的使用壽命。

                  耐火泥漿

                  耐火泥漿是用作耐火砌體接縫的不定形耐火材料,由一定顆粒配比的耐火粉和結合劑、外加劑組成,加水或液態結合劑調成漿體。耐火泥漿依其結合劑凝結硬化特點可分為水硬性、熱硬性、氣硬性耐火泥漿。水硬性耐火泥漿是以水泥為結合劑,可使用于常溫下或可能與水或水氣經常接觸之處。熱硬性耐火泥漿常用磷酸或磷酸鹽等熱硬性結合劑制成,此種泥漿硬化后除在各種溫度下都有較高強度外,還有收縮小、接縫嚴密,耐侵蝕強的特點。氣硬性耐火泥漿常用硅酸鈉等氣硬性結合劑配制,這種泥漿可使砌體接縫嚴密。

                  A. 粘土質耐火泥漿

                  粘土質耐火泥漿采用硬質粘土熟料作為基料,以軟質粘土或化學結合劑結合。主要應用于高爐、熱風爐等用粘土磚砌筑的爐體接縫和修補。根據GB/T 14982-1994的規定,粘土質耐火泥漿按Al2O3含量和粘結強度分為兩類5個牌號。即普通粘土質泥漿4個牌號:NN-30、NN-38、NN-42、NN-45A,磷酸鹽結合粘土質耐火泥漿1個牌號NN-45B。

                  B 高鋁質耐火泥漿

                  高鋁質耐火泥漿主體材料選用高鋁熟料、結合劑用軟質粘土或化學結合劑。根據所砌筑部位的砌體成分和使用要求決定Al2O3含量。可廣泛用于高鋁磚砌筑的各種工業爐窯。在高爐的爐底、爐缸、爐腹、爐腰等部位得到廣泛應用,在熱風爐上用于砌筑爐頂、蓄熱室、燃燒室等。根據GB/T2994-1994的分類規定,高鋁質耐火泥漿按Al2O3含量和粘結強度分為8個牌號。即普通高鋁質耐火泥漿3個牌號:LN-55A、LN-65A和LN-75A,磷酸鹽結合高鋁質耐火泥漿5個牌號:LN-55A、LN-65B、LN-75B、LN-85B和GN85B。

                  C 剛玉質耐火泥漿

                  剛玉質耐火泥漿是主體材料選用剛玉料、結合劑用軟質粘土或化學結合劑。根據所砌筑部位的砌體成分和使用要求決定Al2O3含量。

                  D 碳化硅泥漿

                  碳化硅泥漿以碳化硅為主,用于Si3N4結合SiC磚、Sialon結合SiC磚、剛玉SiC磚等各種SiC磚的砌筑泥漿,還可以作為灌漿和噴涂料使用。

                  E 炭質泥漿

                  武漢威林公司研制的炭質泥漿WD-02、WD-03適用于高爐本體爐底及環形炭磚砌筑。WD-02泥漿也可以用于陶瓷杯與環形炭磚之間的涂抹、填充。WD-03炭質泥漿是該公司最新研發產品,它具有常溫固化性能、固化后強度高的特點,適用于炭磚在爐外預砌后整體吊裝。節省施工時間,提高效率,是高爐砌筑新工藝的配套材料。

                  炭素泥漿是以高溫煅燒無煙煤、石墨、碳化硅細粉為主要材料,樹脂及添加劑為膠結材料,加入多種添加劑而制成的。炭素膠泥和細縫糊都是炭素泥漿的商用名稱,用于薄縫砌筑微孔炭-碳化硅焙燒炭塊、微孔模壓小炭塊、半石墨質焙燒炭塊、微孔炭塊。

                  F 壓入泥漿

                  壓入泥漿是采用擠壓方法施工的膏狀或漿體狀不定形耐火材料。它是由耐火材料、粉料,結合劑和外加劑組成的,使用時加水或液態結合劑調和。在高爐上壓入泥漿主要應用于高爐爐身。高爐爐身壓入修補一般采用鋁硅質的高鋁質耐火壓入泥漿。

                  G 隔熱耐火泥漿

                  隔熱耐火泥漿是由各種輕質耐火粉和結合劑等配制而成。其特點是體積密度小、熱導率低,可用于高爐、熱風爐等各種工業爐窯上隔熱材料的砌筑和修補。

                  按照YB/T114-1997有關鋁硅質隔熱耐火泥漿的分類規定,鋁硅質隔熱耐火泥漿按材質和使用溫度分為兩類4個牌號,即高鋁質隔熱耐火泥漿:LGN-160、LGN-140;粘土質隔熱耐火泥漿:NGN-120、NGN-100。

                  H 緩沖泥漿

                  耐火緩沖泥漿是指以可壓縮的耐火原料為主要原料制成的緩沖耐火砌體熱膨脹應力的特種耐火泥漿。主要用于需要緩沖熱膨脹應力的高爐、熱風爐等工業爐窯用的鋁硅質和碳化硅質耐火砌體的砌筑。根據YB/T150-1998的規定,耐火緩沖泥漿按理化指標分為三類共4個牌號,即高鋁質耐火緩沖泥漿HCN-L,硅質耐火緩沖泥漿HCN-G1、HCN-G2,非水系碳化硅質耐火緩沖泥漿FHCN-TG。

                  耐火澆注料

                  耐火澆注料是用澆注方法施工且無需加熱即可硬化的不定形耐火材料。一般在使用現場以澆注、振動或搗固的方法澆筑成型,也可以制成預制件使用。在高爐內襯中,目前常使用粘土質澆注料應用于高爐的爐喉鋼磚內部空腔及鋼磚與爐殼之間的間隙,使用高鋁質自流澆注料應用于爐喉鋼磚后面、爐頂撒水管及短管。

                  耐熱混凝土,它是一種能長期承受高熱作用(200℃以上),并保持所需要的物理性能的特種混凝土。在高爐中常應用于爐底下面一些部位,如封板上下部以及粘土磚與爐殼之間。

                  炮泥

                  炮泥是用來堵塞高爐出鐵口的材料。在高爐煉鐵時,炮泥要能緊密地封住出鐵口,并能抵抗鐵水沖刷和侵蝕。在出鐵時,炮泥要容易被打開,保證鐵水和熔渣能均勻流出。

                  噴涂料

                  噴涂料是用風動工具以機械噴射方法施工的不定形耐火材料。高爐爐腹中部以上內側等部位均可采用噴涂料。其作用為提高爐體的氣密性,保護爐體鋼殼。耐火噴涂料在熱風爐應用較為普遍,熱風爐的燃燒室、蓄熱室、混合室以及各種熱風管道內壁均可采用不同品種的耐火噴涂料,其作用是隔熱保溫,提高爐體的氣密性,保護爐體鋼板爐殼等。高爐和熱風爐用耐火噴涂料普遍采用鋁酸鹽水泥或水玻璃為結合劑,以粘土熟料或高鋁礬土熟料為骨料組成基本材料。隔熱用噴涂料的骨料采用多孔耐火熟料、陶粒、蛭石、珍珠巖、漂珠等輕質材料。

                  灌漿料

                  高爐灌漿料是高爐基建及維護用的筑爐材料,對高爐的基建和日常檢修維護起著重要的作用。它的主要用途是堵縫、造襯、快速修補。它也是延長高爐、熱風爐使用壽命的有效手段之一。這種材料施工方便快捷有效。武漢威林公司研制的灌漿料根據使用部位的不同、用途的不同《所需材質的不同,產品分為幾個牌號。對于高爐基建來講,本體封板以下采用碳質灌漿料WF-06,該產品具有常溫固化、熱導率高的特點。高爐爐身下部、爐腹、爐缸采用非水系灌漿料WF-02、WF-05;爐身上部可采用灌漿料WF-02、WF-03。兩種材料具有施工性能好、強度高的特點,使用部位在冷卻壁和爐殼之間。水系灌漿料WF-03也可用于熱風管道的灌漿。對于高爐維修,采用灌漿料WF-01,該產品具有常溫、高溫均可固化,氣密性好,強度高,施工簡單等特點,使用效果良好。對于鐵口和風口區域維護采用灌漿料WF-04,含碳化硅,導熱好,強度高。

                  搗打料

                  耐火搗打料是用人工或機械搗打方法施工,并通過加熱硬化的不定形耐火材料。由具有一定級配的耐火骨料、粉料、結合劑、外加劑組成,加水或其它液體經過混練而成。根據使用需要可由各種材質骨料與粉料配制搗打料。同時依據耐火骨料材質的使用要求選用合適的結合劑。

                  炭素搗打料和碳化硅搗打料具有良好的常溫施工性能和導熱性。其中WH-03適用于炭磚和冷卻壁之間的縫隙填充搗打;WH-04適用于大型高爐爐底水冷管中心線以上及爐底封板以上找平層的填充搗打;WH-05適用于高爐爐缸冷卻壁間填充搗打;WH-06適用于高爐爐缸以上冷卻壁間填充搗打。

                  緩沖料

                  耐火緩沖料是指以可壓縮的耐火原料為主要原料制成的可以緩沖耐火材料熱膨脹應力的特種耐火材料。主要應用于需要緩沖熱膨脹應力的高爐、熱風爐等工業爐窯。常用于高爐的緩沖料主要有高鋁質和SiC質緩沖料。

                  炭素填料

                  炭素填料是以冶金焦、煤焦油等炭素材料為主構成的填料,主要用于填充高爐爐底板下面、冷卻板兩側等部位。

                  鐵屑填料

                  鐵屑填料是以粘土熟料細粉、鐵屑、鐵精礦粉為主要原料,加入超微粉添加劑,用水泥或水玻璃為結合劑制成的散狀料體,用于填充冷卻壁之間,爐喉鋼磚之間以及冷卻壁與出鐵口框、風、渣口大套之間的縫隙。

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