高爐煉鐵熱風爐用耐火磚
熱風爐是高爐煉鐵生產中的主要設施之一，隨著高爐大型化，原燃料質量的改善噴吹技術的發展，高爐操作水平的提高，需求的風溫更高，對熱風爐的總要求是：實現高風溫和長壽。為此在設計中必須選擇合理的熱風爐結構形式和砌筑熱風爐的耐火材料，河南耐火材料廠結合設計實踐體會對熱風爐用耐火磚和隔熱磚的選擇作一探討。
1熱風爐用耐火磚的性能。
熱風爐使用的耐火磚有：粘土磚、硅磚和高鋁質耐火磚(包括莫來石磚、硅線石磚、紅柱石磚、藍晶石磚和繭青石磚)。熱風爐對耐火磚的總要求是：蠕變率小，高溫強度好,具有良好的抗熱震性。熱風爐用格子磚除上述要求外，還應有較大熱容量，我們在進行熱風爐設計時，為了能夠做到合理選擇耐火磚，首先必須了解它們的性能。因為準確的耐火材料特性參數是保證設計正確可靠的基礎。
1.1硅磚
硅磚的蠕變率低，在高溫下長期使用體積比較穩定，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定性很差。使用過程中，在以下要緩慢加熱å或冷卻,盡免產生裂紋,所以不宜在80C以下有溫度急變的部位使用。由于其價格比較便宜,被廣泛地用在熱風爐的拱頂、連絡管、燃燒室和蓄熱室上部高溫區及格子磚上部高溫區。應當指出,由于硅磚的若干特性,在設計、制造、施工和生產各環節上均有嚴格要求,所以,使用硅磚應十分謹慎。在大型(直徑≥8m)、風溫較高的熱風爐高溫區宜采用硅磚,而中小型(直徑<8m)的熱風爐則不宜采用。
1.2粘土磚
粘土磚的耐火度、荷重軟化點和蠕變溫度均較低,熱震穩定性強。廣泛用于熱風爐內溫度低于1000°C的低溫區,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)熱風爐用高鋁磚
高鋁磚質地致密、堅硬,比重大,機械強度高,有良好的耐磨性和導熱性,在高溫下體積穩定,蠕變率小,宜用于熱風爐的高、中溫區。若用于拱頂,要求蠕變率小和體積穩定性很高;用作格子磚,則要有足夠的熱穩定性和很高的體積穩定性;用于燃燒室下部,要求有良好的熱穩定性。日本和德國生產的熱風爐用優質高鋁磚適宜在大型高溫熱風爐上使用。我國熱風爐高鋁磚的性能見GB2992一2012標準的有關規定。但是,該標準沒有蠕變率指標,因此,在設計和汀貨時,應增加蠕變率指標。現在我國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,此種磚適用于熱風爐中溫(100一120°C)區域。
(2)莫來石磚。莫來石磚系用莫來石為主要原料制成的低蠕變磚,具有密度大、高溫結構強度高、蠕變率低、熱膨脹率小、抗化學侵蝕性強和抗熱震等優點,可砌筑在熱風爐拱頂及燃燒室的中、上部,還可作陶瓷燃燒器用磚。但它的價格昂貴,應慎用,宜用于大型(直徑)sm)、高溫()120℃)熱風爐拱頂、燃燒室中、上部及熱風出口組合磚。
(3)硅線石磚、紅柱石耐火磚和藍晶石磚。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。藍晶石磚系高鋁礬土熟料加藍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,具有良好的高溫穩定性和抗熱震性。它們可用于砌筑熱風爐拱頂、燃燒室、蓄熱室上部和格子磚上部以及陶瓷燃燒器、混合室(或混風管)的冷風入口處。藍晶石磚的耐火度和荷重軟化溫度高,蠕變率低,其價格比莫來石磚、硅線石磚和紅柱石磚便宜,很適用于中小型(直徑<8m)、風溫較高(1100一1150°C)的熱風爐高溫區域。
侵蝕性強和抗熱震等優點,可砌筑在熱風爐拱頂及燃燒室的中、上部,還可作陶瓷燃燒器用磚。但它的價格昂貴,應慎用,宜用于大型(直徑)8m)、高溫()120°C)熱風爐拱頂、燃燒室中、上部及熱風出口組合磚。我國現在已能按照國外的先進標準制造出大型高溫熱風爐所需要的莫來石磚,不需進口。
(3)硅線石磚、紅柱石磚和藍晶石磚。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。藍晶石磚系高鋁礬土熟料加藍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,具有良好的高溫穩定性和抗熱震性。它們可用于砌筑熱風爐拱頂、燃燒室、蓄熱室上部和格子磚上部以及陶瓷燃燒器、混合室(或混風管)的冷風入口處。藍晶石磚的耐火度和荷重軟化溫度高,蠕變率低,其價格比莫來石磚、硅線石磚和紅柱石磚便宜,很適用于中小型
(直徑<8m)、風溫較高(1100一1150°C)的熱風爐高溫區域。
(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熱風爐用隔熱磚的性能
2.1輕質硅磚
輕質硅磚的耐火度、耐壓強度、抗渣性、抗侵蝕性及導熱能力等都不如硅質耐火磚,應砌筑在硅質耐火磚的背面,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。我國硅藻土磚的性能指標詳見GB9396一83標準的有關規定。
2.3輕質粘土磚
輕質粘土磚屬于氣孔類輕質保溫材料,砌筑在粘土磚或輕質高鋁磚的背面,可作隔熱層用。
2.4輕質高鋁磚
輕質高鋁磚是良好的隔熱材料,可用于砌在高鋁質耐火磚或輕質硅磚的背面。
3熱風爐用耐火磚與隔熱磚的選用方案
為了使熱風爐實現高風溫和長壽的目的,必須合理選擇砌筑熱風爐的耐火材料。耐火材料種類的選擇主要根據設計熱風溫度和熱風爐的尺寸大小來決定,此外,還應考慮耐火磚的價格因素。根據設計實踐,筆者認為可按下述方案選擇熱風爐用耐火磚和隔熱磚。
(1)大型高爐熱風爐(直徑≥8m,風溫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)用莫來石磚;在緊接硅磚的蓄熱室和格子磚的中、高溫區以及燃燒器頂面以上的燃燒室下部區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℃的低溫區用粘土磚。
(2)大型高爐熱風爐(直徑≥8m,風溫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、高溫區及燃燒器頂面以上的燃燒室下部區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℃的低溫區用粘土磚。
(3)中小型高爐熱風爐(直徑<8m,風溫1100一1150℃:拱頂、燃燒室中、上部、蓄熱室和格子磚上部用藍晶石磚。燃燒器頂面以上的燃燒室下部區域用紅柱石磚。溫度低于100℃的低溫區(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:熱風爐用隔熱磚的種類根據工作層所砌耐火磚的種類決定。當工作層用硅磚砌筑時,硅磚背面應砌輕質硅磚。當工作層用高鋁質耐火磚砌筑時,耐火磚背面應砌輕質高鋁磚。當工作層用粘土磚砌筑時,粘土磚背面應砌輕質粘土磚或硅藻土磚。
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