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高爐耐火材料的磨損機理及應對措施

作者:寰洋實業  發布日期:2017-06-16

   高爐耐火材料的磨損對高爐爐齡有決定性作用。高爐爐役期間,可以在生產時,對爐襯材料進行幾次維修。然而,爐膛區的修理工作需要停止生產。因此,高爐爐膛是非常關鍵的部分。

 

   高爐爐齡不僅取決于耐火材料及其性能,還取決于設計標準(冷卻設備設計,電氣機械設計)和操作標準。所以,規定了碳塊的要求。
 
  耐火材料的磨損決定高爐爐齡。由于在高爐上部區已制定了現代修補技術,只有風口以下接觸爐渣和鐵水的下爐膛和爐底區在中間不能進行修補。因此,這個區的爐襯需要高質量爐襯材料。重要的磨損參數之一是鐵水阻力,本文解釋了標準和微氣孔碳的測量。另外,比較了微氣孔族中的不同材料。
 
高強耐火材料.jpg
 
 
  一、熱化學磨損
 
  所有磨損機理都是聯合起作用的。為更好地理解,下面分別說明不同的磨損機理 
 
  (1)鐵水中碳溶解造成的磨損 
  這是難熔碳的溶解,在高爐下部不同溫度和流動條件下碳塊中的碳溶解在鐵水中,類似于爐料中焦炭溶解。 
 
  (2)鐵水滲透造成的磨損 
  這個滲透過程更適宜在高爐下部鐵水池的高鐵水靜壓力下進行。由于碳塊的多孔性,初溶解后開始滲透,同時材料性能開始變化。在鐵滲透后,織構破裂,線裂紋形成。連同鐵水的侵蝕和溫度變化,導致碳塊碎裂。在有堿金屬和鋅的情況下,它促使脆層形成。
 
   (3)堿金屬循環造成的磨損 
  堿金屬以氧化物和硫酸鹽形式與爐料、焦炭一起進入高爐,并發生反應。它們在三個可能的反應中產生碳料:
   滲透的堿金屬氧化; 
  把堿金屬蒸汽添入碳結構,導致局部容積增加; 
  堿金屬與添加劑或雜質在爐襯中產生反應。
 
  (4)氧化造成的磨損
   立式冷卻壁漏水或有缺陷的風口會出現碳襯氧化。來自冷卻系統的熱鼓風或水蒸汽能導致多孔粘結基體加速磨損。因此,碳的耐磨組分將溶解,并受到鐵水沖洗。
 
  (5)CO分解造成的磨損
   按照布氏反應,另一個磨損因素與CO分解有關。在一定的溫度條件下,將出現碳沉積,并由此造成裂紋。
  
  二、熱機械磨損
   (1)熱應力造成的磨損
   熱面處的爐襯暴露于高溫之下,溫度達到1150℃。這個區的磨損受到溫度分布和合成壓縮應力控制,它取決于爐襯的機械物理性能。要是達到臨界壓縮應力值,可能出現裂紋和漏出。
 
  (2)侵蝕造成的磨損
   循環鐵水侵蝕爐膛側壁。此時,出鐵方法對循環有很大影響。不同的磨損外形是從“死鐵”的不同狀態中生成的。
   由熱應力和侵蝕造成的磨損是借助數學摸型使用計算機進行研究的領域。這些模型按鐵水溫度和流動,確定在不同條件下爐襯厚度的實際狀況。
 
  三、對高爐爐膛爐襯的要求
   如果考慮高爐下部所有的影響和相互作用,那么鐵水阻力是重要的條件。
   按照試驗結果,導熱性,>15W/mK時,適合于減少堿侵蝕,并改善耐熱沖擊性。通過對爐膛的充分冷卻,絕熱“結殼”可以凍結在一般有低導熱性的側壁爐襯上。碳塊生產者的挑戰是平衡與石墨含量緊密有關的導熱性和鐵水阻力之間的矛盾。自然界的石墨在鐵水中容易溶解。根據試驗標準ISO12987可以對導熱性進行測量,生產結束時,碳塊生產者可以直接測量導熱性、相應的性能,還可以測試鐵水阻力,但試驗方法不是標準化的。寰洋實業為您提供優質耐火材料。
 
   四、鐵水阻力試驗
   不同等級碳(標準和微氣孔)的試驗將提供相關等級碳的性能信息。
   鐵水阻力試驗模擬條件:
   a)接近2%的碳造成的碳溶解;
   b)旋轉鐵水試樣造成的侵蝕。
   RDN是標準碳,是確定所有試驗基礎的“校準”等級。確定了所有試驗條件后,RDN的理論預期數值是接近20min后,鐵水溶解碳為4.5%,達到飽和度。
   試樣的外觀與溶解直到飽和極限為止的曲線有關。微氣孔碳的溶解較少,20min后溶解速率是不可測量的。
   約2%碳時,初始含碳量擴大,是試驗方法的弱點,它與金屬和碳粉的困難組成有關。
 
   在液態金屬邊界處觀察惰性氣體氣氛下鵝頸管短截效應。這個效應并不能完全解釋清楚。據推測,機械作用以及某一局部氧化是材料強制磨損的原因。
   9RDN的3個試樣表明鐵水中的狀態非常一致,大約5min后可觀察到沒有進一步溶解。這是改進耐鐵陶瓷添加劑的結果。
   鐵水試驗后,試樣上出現同樣的結果:沒有磨損,可觀察到只有一點鵝頸管短截效應。
 
   為了比較市場上可買到的其它材料,使用一致的試驗條件是非常重要。用同樣的設備處理所有等級材料,對于各個試驗只有鐵水的初始含碳量有變化。
   A微氣孔樣品與9RDN的趨勢相同,可觀察到2min后接近沒有溶解。
   有一點不同的是鵝頸管短截效應的狀態。鵝頸管短截顯現更強。
   當7RDN在整個30min期間有溶解作用時,9RDN和試樣A在30min內顯示接近沒有溶解作用。
  
  五、結論 
     (1)通過鐵水試驗,在標準碳RDN基礎上進行了一系列的校準,使用陶瓷添加劑進一步改進了碳塊材料,例證了微孔性。
   (2)微氣孔7RDN,作為下一代的里程碑產品,有力地改進了鐵水阻力。
   (3)與7RDN相比,微氣孔9RDN已經改進了鐵水阻力
   (4)微氣孔9RDN達到和試樣A微氣孔碳材料同樣的標準(甚至更好一點)。
   (5)用該試驗方法得出在理論上期望的標準碳等級的結果。
   (6)微氣孔9RDN已經控制了導熱性和鐵水阻力之間的平衡,能夠同時改進兩種性能,對另一個性能無負作用。

 


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