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在工業冶煉領域,礦熱爐是生產多種鐵合金和電石的重要設備。它利用三根自焙電極對爐料進行加熱,將金屬元素從氧化物礦石中還原出來并進行熔煉,爐內溫度高。由于礦熱爐的工作環境極為惡劣,對耐火材料的性能要求極高,耐火澆注料作為一種重要的耐火材料,在礦熱爐中發揮著關鍵作用。以下將詳細介紹適合礦熱爐使用的耐火澆注料。
一、礦熱爐對耐火澆注料的性能要求
(一)高溫性能
礦熱爐內溫度極高,耐火澆注料需要具備高耐火度和良好的高溫強度,以承受高溫而不軟化、熔化或變形。例如,在靠近電弧區的爐墻和自焙電極下方的爐底等溫度較高的部位,耐火澆注料的耐火度需能滿足高溫環境的要求,防止發生熔蝕現象。一般來說,耐火澆注料的耐火度應在1790℃以上,以確保在高溫下能夠穩定工作。
(二)抗熱震性
在礦熱爐的運行過程中,溫度變化頻繁且劇烈,耐火澆注料需要有良好的抗熱震性,能夠承受溫度的急劇變化而不產生裂紋或剝落。例如,在礦熱爐的啟停過程中,爐內溫度會迅速上升或下降,此時耐火澆注料如果抗熱震性不佳,就容易出現損壞,影響爐襯的使用壽命。
(三)抗化學侵蝕性
礦熱爐內的爐渣、熔融金屬以及反應氣氛等會與耐火澆注料發生化學反應,因此耐火澆注料需要具備良好的抗化學侵蝕性,以抵抗這些化學物質的侵蝕。不同鐵合金冶煉過程中爐內環境不同,發生的化學反應也不盡相同,所以需要根據具體的冶煉工藝選擇合適的耐火澆注料。例如,礦熱爐最常用的碳質爐襯在400℃以上即會發生氧化反應,甚至還會發生“逆氧化現象”,使其內部空化、材料毀損,因此在使用碳質澆注料時需要采取相應的防護措施。
(四)耐磨性
在礦熱爐的工作過程中,耐火澆注料會受到冶金原料倒入沖擊、金屬熔體和爐渣沖刷等機械作用,因此需要具備良好的耐磨性,以保持表面完整,減少磨損。例如,在出鐵口等部位,耐火澆注料受到的沖刷和磨損較為嚴重,需要選擇耐磨性好的澆注料,以延長其使用壽命。
二、適合礦熱爐的耐火澆注料類型
(一)高鋁澆注料
高鋁澆注料是以氧化鋁為主所形成的一類材料,主要包括各種剛玉莫來石等。這類材料具有高硬度、高耐磨的特點,適用于礦熱爐的一些部位。它在傳統配比基礎上,調整了顆粒級配,增添了不同的外加劑,減少了水泥用量,改善了性能,提高了中溫度強度和荷重硬化溫度,降低了導熱系數,熱穩定性好。具有抗滲透、耐腐蝕、抗沖擊、耐磨損,力學性能好,爐體結構整體性強,氣密性優于磚砌爐,延長爐齡,節省修爐費用,經濟效益明顯等優點。高鋁澆注料普遍被用于電站、鍋爐、熔鑄爐、加熱爐、均熱爐、熱處理爐和感應爐等爐襯不同部位,在礦熱爐中也可用于一些溫度相對較低、磨損較小的部位,如爐體的部分永久層或安全層。
(二)剛玉質耐火澆注料
剛玉質耐火澆注料以電熔剛玉為主要原料,配以多種超細分和高效添加劑復合而成。其具有強度高、體積穩定性好、抗腐蝕功能優良,不受 H?、CO 等還原性氣體影響等特性。適用于循環流化床鍋爐、冶金、石油化工、火電等行業領域,在礦熱爐中,可用于溫度較高、對耐火性能和抗侵蝕性能要求較高的部位,如靠近電弧區的爐墻等。剛玉質耐火澆注料的耐火度通常在1800℃以上,能夠承受高溫環境的考驗,同時其抗化學侵蝕性和耐磨性也能滿足礦熱爐的工作要求。
(三)碳化硅澆注料
碳化硅澆注料具有良好的導熱性能、耐侵蝕性和耐磨性。碳化硅的組成是 SiC,它是一種共價鍵化合物,擁有結合力強、熔點高、硬度高、強度高、膨脹率低、導熱系數高、導電率高、化學穩定性好等優點,是耐火材料的良好選擇。在礦熱爐中,碳化硅澆注料可用于出鐵口、爐底等部位,能夠有效抵抗金屬熔體和爐渣的沖刷和侵蝕。例如,在一些礦熱爐的出鐵口采用碳化硅澆注料,可顯著提高出鐵口的使用壽命,減少維修次數。但需要注意的是,碳化硅爐眼磚并不適用于所有的鐵合金出鐵口,如鉻鐵礦熱爐的毀損同樣發生在出鐵口,但是碳化硅爐眼磚在鉻鐵爐中會被快速侵蝕,并無使用優勢。
(四)鋼纖維澆注料
鋼纖維澆注料采用特級鋁礬土熟料作骨料,以優質礬土熟料及剛玉細粉作基質,以超微粉等多種復合材料為結合劑和添加劑,外加不銹鋼耐熱纖維配制而成。該產品除具有常規的低溫耐磨損性能外,因在其配料中加入了一定數量的耐熱不銹鋼纖維,避免了材料中骨料與基質在低溫狀態下產生的漲差,以及在啟停爐時產生的溫度梯變化所產生的應力而導致爐墻毀壞。同時,由于鋼纖維的加入,使材料澆注后爐墻整體強度大大加強。在礦熱爐中,鋼纖維澆注料常用于爐膛出口及側墻、頂部、旋風分離器頂、返料器等部位,能夠提高這些部位的抗熱震性能和整體強度。
(五)鎂質澆注料
鎂質澆注料以鎂質材料為主,具有較高的耐火度和良好的抗堿性渣侵蝕能力。其荷重軟化溫度為 1550℃左右,在一些冶煉過程中,當爐渣呈堿性時,鎂質澆注料是一種合適的選擇。例如,在低碳錳鐵和中低碳鉻鐵的冶煉中,爐渣呈堿性,可采用鎂質澆注料作為爐襯材料。但鎂質澆注料在使用溫度高于其荷重軟化溫度時,會處于軟熔狀態,加速爐渣和熔融合金對它的化學侵蝕,因此在使用時需要注意控制溫度。
三、不同部位的耐火澆注料選擇
(一)爐底
爐底是礦熱爐中承受壓力和溫度較高的部位,同時還受到爐渣、金屬熔體和反應氣體的侵蝕。因此,爐底的耐火澆注料需要具備高耐火度、高強度、良好的抗侵蝕性和抗滲透性。一般可選用碳質或鎂質澆注料,如碳磚/碳化硅磚具有高溫耐受性好、抗侵蝕、導熱性能好的特點;鎂碳磚化學穩定性好,適合高溫區域。為了提高爐底的使用壽命,還可以采用整體搗打成型的方式,減少耐火磚間的砌縫,降低爐襯滲漏和爐底穿孔風險。
(二)爐墻
爐墻的工作條件也較為惡劣,需要根據不同高度的爐墻所處的工作環境選擇合適的耐火澆注料??拷娀^和爐渣線的爐墻溫度較高,受到的侵蝕和沖刷較為嚴重,可選用剛玉質或碳化硅澆注料;而爐墻的其他部位可選用高鋁澆注料或鎂質澆注料。例如,在冶煉金屬硅、硅鐵、電石和硅鉻合金等時,工作層可采用碳質爐襯;在冶煉高碳錳鐵和錳硅合金時,由于生成的爐渣呈酸性,也多采用碳質爐襯;而在冶煉低碳錳鐵和中低碳鉻鐵時,爐渣呈堿性,可采用鎂質爐襯。
(三)爐頂
爐頂主要承受電弧的強烈熱輻射和沖擊,需要具備良好的化學穩定性和抗熱震性。高鋁磚性價比高,適用于中溫爐頂;鎂磚對堿性熔渣有較強的抵抗能力,具備良好的高溫耐受性和熱震穩定性;硅磚耐熱震性好,適合不太高的溫度條件。在一些礦熱爐中,也可采用高鋁質澆注料或高鋁質低水泥澆注料制作爐頂預制件,以提高爐頂的整體性和使用壽命。
(四)電極孔和導熱部分
電極孔和導熱部分需要耐磨損、導電性能優良,并且能承受電極工作時的熱沖擊。碳磚或石墨磚導電性能好,耐熱沖擊性強;鎂碳磚適用于高溫和電極周圍。在這些部位使用的耐火澆注料需要具備良好的導電性和熱穩定性,以確保電極的正常工作和熱量的有效傳導。





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