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高炉用烧成微孔铝碳砖的研制

作者:管理员 来源: 日期:2014-1-9 18:33:55

高炉用烧成微孔铝碳砖的研制

  作为炼铁的主体设备,风口区和炉腹主要受高温状态的煤气、炉渣、铁水、的上、下运动和各种高温冶金反应的影响;炉腹和炉身下部主要受高FeO炉渣、碱金属、锌及CO的侵蚀以及CO2、H2O的氧化等影响。该两部分要求耐火材料具有良好的热震稳定性,耐高温,抗侵蚀,抗冲刷,抗氧化,耐磨等性能。目前,国内大中型高炉主要用Si3N4或Sialon结合SiC和烧成微孔碳砖,其中,后者因造价较低,不需专用氮化设备而更受欢迎。

1 生产工艺

  试验用主要原料为阳泉特级矾土熟料,电熔白刚玉、炭素材料,SiC等,其化学成分见表1。

表1 主要原料的化学成分/%

原料名称 Al2O3 Fe2O3 R2O RO
特级矾土 ≥88 ≤1.2 ≤0.35 ≤0.4
白刚玉 ≥98.5 ≤0.2 ≤0.35 ≤0.35

  采用的炭素材料含量不小于95%,SiC材料中SiC含量不小于90%。试样的制备过程为:先把特级矾土骨料混炼1min,然后加入2/3的树脂混合2min,再加入预混合粉混炼10min,最后加入剩余树脂混炼10min,最后加入剩余树脂混炼15min,出料后在400t摩擦压砖机下成型,干燥、烧成后经检选得到成品。

2 工艺控制

  为保证泥料及坯体的性能,特级矾土骨料要求加热到50-60℃,树脂要求水浴加热到50℃左右。

  烧成微孔铝碳砖采取基质共磨工艺。具体是将电熔白刚玉、炭素材料、SiC硅微粉、添加物及抗氧化剂等一起加入筒磨机细磨,制成预混合粉。

  各原料的配比(%)为:粗矾土45-55;中矾土10-15;预混合粉35-40;结合剂4-4.5。选用热塑性树脂做结合剂。硅微粉的加入量以2%左右为宜,活性炭的加入量为2%-3%。电熔白刚玉和抗氧化剂粒度要求在0-0.044mm之间,硅微粉和添加物粒度要求在0-5μm之间。采用强制式碾轮混砂机进行混料,结合剂分二次加入。混好的料要求手感好,易成型。

  制品在40-120℃的隧道干燥器中进行干燥,装窑采用在窑车上砌盒子,加焦炭密封砖坯的办法,要求焦炭烘干至残余水分≤1.0%。由于微孔铝碳砖的导热性能优于焦炭,故装窑时要求砖砖紧靠,砖与砖之间不放焦炭,以充分利用热源,利于烧成。由于微孔铝碳砖中碳含量较高,碳在高温下极易被氧化,故砖应在还原气氛中烧成,烧成温度1540±10℃,保温14-16h。

3 结果与讨论

3.1 抗氧化剂对试样性能的影响

  含C和SiC耐火材料在使用过程中,其炭素组分易被CO2、H2O氧化形成脱碳层。另外,Al2O3相材料因与石墨的热膨胀率相差较大,在加热过程中结构易疏松,因而加速了高温熔体(渣水和铁水)的侵蚀和冲刷。加入抗氧化剂后由于抗氧化剂的活性较强优先被氧化,而且生成的新物相堵塞了气孔,阻止了CO2、H2O的渗透,从而抑制、延缓了C和SiC的氧化,延长了砖的使用寿命。

3.2 试样的抗渣性能

  采用坩埚法进行抗渣性试验。所用高炉渣的主要化学成分(%)为:CaO 40.24,MgO 10.41,SiO2 35.08,Al2O11.26,MnO 0.82,FeO 0.91。

  电镜分析表明:渣中CaO向砖中渗透,而砖中Al2O3、SiO2、TiO2进入渣中,尤以Al2O3、SiO2为甚。因此可以认为与渣反应较剧烈的是含Al2O3的材料,如特级矾土、白刚玉等,而炭素材料抗渣能力强,其杂质成分SiO2也被侵蚀进入渣中。SiO2的熔入提高了渣的粘度,因而提高了砖的抗渗透能力。

3.3 制品性能

  其性能如下:Al2O71.4%,C 11.2%,TFe 1.4%,体积密度2.85g.cm-3,显气孔率12%,平均孔径0.2621μm,<1μm孔容积74.26%,常温耐压强度72.5MPa,热导率(0-800℃)13.12W.(m.K)-1,透气度0.575μm2,抗碱性-9.24%(强度下降率)。

4 结语

  通过控制生产工艺,添加合适的添加物及优良的结合剂,可以制得性能优良的高炉用烧成微孔铝碳砖。该产品具有高强度,低气孔率,抗氧化、抗侵蚀、抗冲刷及热震稳定性好等特点,适合砌筑在高炉炉腰和炉腹等部位。

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