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，對熱風(fēng)爐的總要求是：實現(xiàn)高風(fēng)溫和長壽。為此在設(shè)計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)計實踐體會對熱風(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(包括莫來石磚、硅線石磚、紅柱石磚、藍晶石磚和繭青石磚)。熱風(fēng)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(fēng)爐用格子磚除上述要求外，還應(yīng)有較大熱容量，我們在進行熱風(fēng)爐設(shè)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(zhǔn)確的耐火材料特性參數(shù)是保證設(shè)計正確可靠的基礎(chǔ)。
1.1硅磚
硅磚的蠕變率低，在高溫下長期使用體積比較穩(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。使用過程中，在以下要緩慢加熱?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、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、荷重軟化點和蠕變溫度均較低,熱震穩(wěn)定性強。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、堅硬,比重大,機械強度高,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。我國熱風(fēng)爐高鋁磚的性能見GB2992一2012標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。但是,該標(biāo)準(zhǔn)沒有蠕變率指標(biāo),因此,在設(shè)計和汀貨時,應(yīng)增加蠕變率指標(biāo)?，F(xiàn)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(fēng)爐中溫(100一120°C)區(qū)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(jié)構(gòu)強度高、蠕變率低、熱膨脹率小、抗化學(xué)侵蝕性強和抗熱震等優(yōu)點,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(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(fēng)溫較高(1100一1150°C)的熱風(fēng)爐高溫區(qū)域。
侵蝕性強和抗熱震等優(yōu)點,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。我國現(xiàn)在已能按照國外的先進標(biāo)準(zhǔn)制造出大型高溫?zé)犸L(fēng)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(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(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。我國硅藻土磚的性能指標(biāo)詳見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)爐實現(xiàn)高風(fēng)溫和長壽的目的,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)計熱風(fēng)溫度和熱風(fēng)爐的尺寸大小來決定,此外,還應(yīng)考慮耐火磚的價格因素。根據(jù)設(shè)計實踐,筆者認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,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,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,粘土磚背面應(yīng)砌輕質(zhì)粘土磚或硅藻土磚。
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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(包括莫來石磚、硅線石磚、紅柱石磚、藍晶石磚和繭青石磚)。熱風(fēng)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(fēng)爐用格子磚除上述要求外，還應(yīng)有較大熱容量，我們在進行熱風(fēng)爐設(shè)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(zhǔn)確的耐火材料特性參數(shù)是保證設(shè)計正確可靠的基礎(chǔ)。
1.1硅磚
硅磚的蠕變率低，在高溫下長期使用體積比較穩(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。使用過程中，在以下要緩慢加熱?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、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、荷重軟化點和蠕變溫度均較低,熱震穩(wěn)定性強。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、堅硬,比重大,機械強度高,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。我國熱風(fēng)爐高鋁磚的性能見GB2992一2012標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。但是,該標(biāo)準(zhǔn)沒有蠕變率指標(biāo),因此,在設(shè)計和汀貨時,應(yīng)增加蠕變率指標(biāo)?，F(xiàn)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(fēng)爐中溫(100一120°C)區(qū)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(jié)構(gòu)強度高、蠕變率低、熱膨脹率小、抗化學(xué)侵蝕性強和抗熱震等優(yōu)點,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(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(fēng)溫較高(1100一1150°C)的熱風(fēng)爐高溫區(qū)域。
侵蝕性強和抗熱震等優(yōu)點,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。我國現(xiàn)在已能按照國外的先進標(biāo)準(zhǔn)制造出大型高溫?zé)犸L(fēng)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(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(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。我國硅藻土磚的性能指標(biāo)詳見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)爐實現(xiàn)高風(fēng)溫和長壽的目的,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)計熱風(fēng)溫度和熱風(fēng)爐的尺寸大小來決定,此外,還應(yīng)考慮耐火磚的價格因素。根據(jù)設(shè)計實踐,筆者認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,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,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,粘土磚背面應(yīng)砌輕質(zhì)粘土磚或硅藻土磚。
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