焦油白云砖毕业论文.doc

营口职业技术学院设计用纸 摘 要本文根据任务书的要求，分析并研究了焦油白云石砖性能（包括气孔率、体积密度、吸水率、透气度、气孔孔径分布、热膨胀系数、耐压强度、抗拉强度、抗折强度、抗扭强度、剪切强度、冲击强度、耐磨性、蠕变性、粘结强度、耐火度、荷重软化温度、抗热震性、抗渣性、抗酸性、抗碱性、抗水化性、抗氧化性、稠度、塌落度、流动度、可塑性、粘结性、回弹性、凝结性、硬化性等）及应用，焦油白云石砖的原料准备（选料、破碎、筛分），焦油白云石砖的成型、干燥、烧成、工艺条件及工艺条件对焦油白云石砖制备的影响。绘制了工艺流程简图。关键词：焦油白云石砖；性能；工艺流程；影响 目 录引 言1第1章 焦油白云石砖性能及应用21.1 焦油白云石的主要特性21.1.1非水溶性结合剂21.1.2其它性质21.2 焦油白云石的主要应用领域2第2 章 焦油白云石砖的原料准备32.1 原料的质量32.2 颗粒组成32.3 坯料制备42.3.1烘砂42.3.2结合剂及其制备42.4 坯料制备7第2.5章7第3章 焦油白云石砖的成型73.1 混练73.2 成型73.2.1 机压成型73.2.2 振动成型8第4章 焦油白云石砖的干燥和烧成94.1 干燥94.2 烧成9第5章 焦油白云石砖工艺流程图1结束语1结束语2致 谢3参考文献4- II - 引 言焦油白云石砖是以烧结白石为主要原料制成的碱性耐火材料，耐火度1750-1900，具有较高的抗碱性渣侵蚀性能。一般先将白云石熟料制成一定要求的颗粒和细粉后，经加热、配料，掺入510的焦油或沥青，在130190的温度下搅拌、机压成型或振动成型，冷却后制得。有的在使用前还预先经过低温(250400)处理，排除部分挥发物，有助于提高低温强度，避免在使用初期塌落。这种砖主要用于砌筑碱性平炉炉墙、转炉炉墙、炼钢电炉炉底、化铁炉熔化带、水泥回转窑烧成带等。焦油白云石砖也是碱性耐火材料，对碱性渣的抵抗能力强，而对酸性渣的抵抗能力差，荷重软化开始温度同样比较低，只有15001570。焦油白云石砖的耐急冷急热性比普通镁砖好得多，可达风冷20 次。这与结合剂(固定碳)具有好的热稳定性有关。使用不烧结的焦油白云石砖时，由于焦油或沥青在低温下加热即软化，故烘炉时在500下不能停留时间过长，以防止砖软化变形。第1章 焦油白云石砖性能及应用焦油白云石砖是以烧结白云石为主要原料制成的碱性耐火材料，耐火度1750-1900，具有较高的抗碱性渣侵蚀性能。这种砖在高温使用过程中，作为粘结剂的焦油和沥青进行分解，放出挥发份，残留固定碳。后者不仅存在于白云石颗粒之间，而且渗入颗粒的毛细孔中，组成完整的固定碳网，将白云石颗粒联结成高强度的整体。此外，固定碳的化学稳定性好，有助于整个耐火制品抗渣能力的提高。1.1 焦油白云石的主要特性这种砖在高温使用过程中，作为粘结剂的焦油和沥青进行分解，放出挥发份，残留固定碳。后者不仅存在于白云石颗粒之间，而且渗入颗粒的毛细孔中，组成完整的固定碳网，将白云石颗粒联结成高强度的整体。此外，固定碳的化学稳定性好，有助于整个耐火制品抗渣能力的提高。1.1.1非水溶性结合剂白云石砖的水化性比镁砖更厉害，CaO与H2O起作用，化合成Ca(OH)2，体积膨胀一倍，使砖遭到破坏。白云石原料虽经高温煅烧，水化性有所降低，但由于砖中有大量游里的CaO，若在空气中放置太久，则不可避免会吸收空气中水份，而逐渐被水化。因此，应尽快使用。1.1.2其它性质焦油白云石砖也是碱性耐火材料，对碱性渣的抵抗能力强，而对酸性渣的抵抗能力差，荷重软化开始温度同样比较低，只有15001570。焦油白云石砖的耐急冷急热性比普通镁砖好得多，可达风冷20 次。这与结合剂(固定碳)具有好的热稳定性有关。使用不烧结的焦油白云石砖时，由于焦油或沥青在低温下加热即软化，故烘炉时在500下不能停留时间过长，以防止砖软化变形。1.2 焦油白云石的主要应用领域用于砌筑碱性平炉炉墙、转炉炉墙、炼钢电炉炉底、化铁炉熔化带、水泥回转窑烧成带等。第2 章 焦油白云石砖的原料准备 焦油白云石砖是以烧结白云石为主要原料制成的碱性耐火材料，耐火度1750-1900，具有较高的抗碱性渣侵蚀性能。一般先将白云石熟料制成一定要求的颗粒和细粉后，经加热、配料，掺入510的焦油或沥青，在130190的温度下搅拌、机压成型或振动成型，冷却后制得。有的在使用前还预先经过低温(250400)处理，排除部分挥发物，有助于提高低温强度，避免在使用初期塌落。这种砖在高温使用过程中，作为粘结剂的焦油和沥青进行分解，放出挥发份，残留固定碳。后者不仅存在于白云石颗粒之间，而且渗入颗粒的毛细孔中，组成完整的固定碳网，将白云石颗粒联结成高强度的整体。此外，固定碳的化学稳定性好，有助于整个耐火制品抗渣能力的提高。2.1 原料的质量烧结白云石的化学组成和烧结程度等质量指标关系到制品的性质和使用寿命。为适应氧气顶吹转炉炉衬的要求，白云石熟料应是纯度高，烧结良好的精选料，MgO35,CaO3545, SiO2及R2O3杂质总量不大于4，体积密度应大于2.752.80g/cm3，最好大于3.0 g/cm3 2.2 颗粒组成焦油白云石制品的配料比较简单，一般采用单一配料，有时为了提高其抗水化性能，细粉可以部分地或全部代之以镁砂细粉。颗粒配比时既要考虑制品的致密性和抗水化性能，也因成型方法而异。粗颗粒白云石熟料比表面积小，与空气接触面积小，抗水化能力相对强。实验研究和生产实践证明，粗颗粒配料有利于焦油白云石砖致密度、抗水化能力和抗侵蚀能力的提高。目前采用较多的临界粒度为1520mm或810mm。细粉虽然有易水化的缺点，但它能填充大、中颗粒的间隙，有利提高体积密度及砖在使用时的烧结，并保证转型表面边界整齐。同时细粉能使大颗粒周围的结合膜变薄，使焦油在使用过程中烧掉，以后不致留下过大的孔隙。机压成型时颗粒受到强度大的外界压力，如果大小颗粒悬殊，则大颗粒受到的应力不能迅速而均匀地传递出去，会造成大颗粒的破碎。为防止颗粒破碎，减轻颗粒的受力并迅速而均匀的将颗粒料所受的压力传递给机座，机压成型料应含有适当充裕的中小颗粒。振动成型时，颗粒不受单方面的压力，而是受到颗粒间不同方向上力的作用，造成的效果不是颗粒间的挤压，而是松动，所以在颗粒的排列固定过程中对料粒的组成就不会有很多限制。可以不必沿袭机压砖料的结构，而应该近似于建筑上混凝土料的结构。根据砖料颗粒结构的特点可以看出，采用比机压砖料大得多的颗粒和取消中间颗粒，组成高离散度和均匀性的颗粒结构是合理可行的。2.3 坯料制备坯料制备对于耐火砖生产工艺是一个非常重要的阶段，包括烘砂的条件选择，结合剂及其制备等。2.3.1烘砂为了避免加热后的焦油沥青和白云石熟料在混合过程中由于冷白云石熟料吸热而引起结合剂流动性降低，白云石砂也应加热到足够高的温度。烘砂就是加热白云石砂。烘砂温度太低，在混合过程中会提高焦油的粘度，混合不均匀。温度过高，会使结合剂部分物质挥发而改变成分，并污染了操作的环境。一般熟料砂的温度应控制在200300，而且只烘大、中颗粒，细粉烘不烘均可。首钢烘砂温度为200320（机制砖料），300350（振动成型砖料）；唐钢为200240；上钢一厂的粗颗粒烘砂温度为200240，细粉为80120。烘砂设备主要采用反射炉和立式加热炉。2.3.2结合剂及其制备白云石砂是瘠性物料，成型时必须加入适宜的结合剂。通常采用煤焦油沥青、石油沥青、煤焦油、蒽油等。各种结合剂性能见表2.1表2.1 结合剂性能表种类性 质残存碳软化点挥发物成型操作焦油沥青焦油石油沥青蒽油多少最少少高低较低低极少多较少多难易较难易从实际使用效果和经济观点看，以采用煤焦油沥青和焦油的混合结合剂最好，因为它有较高的含碳量和较低的软化点，我国多数厂都采用这种结合剂。（1） 结合剂的作用：经加热脱水的焦油或沥青基本上不含水（5）,对烧结白云石不产生水化反应。焦油、沥青本身均具有不透水性，包裹着白云石颗粒可起防水化的保护膜作用。这些结合剂在低温时具有结合性，使制品具有较高的常温强度。白云是砂与液态焦油或沥青混合后的坯料有一定的可塑性，有利于制品成型。在混合加工坯料时，能防止坯料的颗粒偏析。焦油和沥青含有大量碳素，当它渗透到白云石熟料颗粒组织中去时，显著提高了制品的使用效果。（2） 焦油沥青结合剂的特性：煤焦油是煤经高温干馏后回收得到的黑色粘稠状液体。焦油本身是各种环状化合物所组成的混合物。通常分低温（450700）干馏焦油与高温（10001100）干馏焦油两种。作结合剂用的主要是低温焦油。一般呈黑褐色，密度在1.151.19范围内，有时达1.21，具有一定的粘度。由于焦油中含有较多的酚、甲酚、二甲酚与高级酚等活性化合物（即挥发份），因此具有良好的粘结性能。其游离碳含量只有410，灰渣含量0.051.0。焦油中通常含有35的水份。这部分水在使用前必须排除掉。焦油沥青是焦油蒸馏后剩下的5060的浓稠残渣，简称沥青。沥青是多种高分子化合物组成的混合物。沥青中含有较多的游离碳和残存碳，这对提高制品的抗渣性是有利的。但活性化合物含量比焦油少，结合性能也比焦油差些。根据生产条件不同，沥青可以分为特硬沥青（软化点在120以上）、硬沥青（软化点90120）、中沥青（软化点6090）、软沥青（软化点4060）及特软沥青（软化点低于40）五种。其中以中沥青为制造白云石制品的合适结合剂，因其软化点比较适中，并且含有较多的残留碳与少量的挥发物，从而保证砖料的成型性能。中沥青可以单独用作结合剂。各厂多以焦油和沥青配用，其比例为4：6或3：7。二者的化学成分见表2.2表2.2 焦油和沥青的化学成分比较种类固定碳，挥发分，灰分，水分，沥青焦油56.5830.1442.6266.780.230.280.570.80（3） 结合剂的加入量：焦油-沥青结合剂的一部分存在于颗粒间将瘠性白云石砂胶结在一起，另一部分渗入到白云石颗粒内部的气孔中。适宜的焦油-沥青量必须同时满足这两方面的要求。如果焦油-沥青量不足，坯料产生“过干”现象（所谓白料），这将引起颗粒偏析，成型困难，制品强度降低，抗侵蚀性变坏等现象。油量过大，则坯料塑性大而易变形，且成型时的弹性后效大，容易产生层裂现象，在使用过程中焦油受热蒸发有增加气孔率的可能性。渗入白云石颗粒内部气孔中的焦油在加热过程中分解而析出碳素，充填并减少了砖的气孔，增加了砖的强度。表2.3说明，在一定范围内，焦油加入量的增加，伴随着制品体积密度提高，气孔率降低。 表2.3 焦油加入量对制品气孔率强度的影响油量，显气孔率，体积密度，g/cm3耐压强度，MPa4681017.913.410.67.102.472.522.582.604.47.89.87.4加油量还与白云石的煅烧温度、颗粒大小、成型方法等因素有关。白云石的煅烧温度越低，吸水率越大，油量油量越应增加；颗粒组成越细，焦油量也越多。一般说来，机压成型较振动成型的焦油加入量少。通常焦油白云石砖料中焦油-沥青加 入量在710范围内。振动成型多在7.58.5，而机压砖多在67。（4） 结合剂的制备：结合剂以液态加入白云石料中。为了排除其中的水份，保证结合剂具有良好的流动性，并能顺利地填充于白云石的气孔中，将颗粒外面均匀包上一层油膜，从而防止水化，焦油沥青要经熬练除水。根据多年的生产经验，结合剂熬制的程度可用一句话概括，即“锅面无泡，不冒黄烟”。此时油内水分已降至0.5以下。焦油-沥青的熬制采用以下几种方式：金属锅加热于脱水，阶梯式薄层连续加热与脱水和电气加热脱水。进年来还设计了蒸汽加热及管道输送系统来加热和脱水。2.4 坯料制备第2.5章第3章 焦油白云石砖的成型 成型的前一道工序是混料，也是决定耐火砖性能关键的一个环节，合理的混合制度有助于后续工序的顺利完成和耐火砖性能的提高。3.1 混练成型的前一道工序是混料，也是决定耐火砖性能关键的一个环节，合理的混合制度应当先加入大颗粒，再加结合剂，混合一分钟，再加回炉砂和中间颗粒。继续混合一分钟后，再加细粉，并继续混合。混合时间以在料中无“油团”和“白料”为准。混合时间不宜过长，否则会产生细粉结成小球。为了使结合剂充分的掺入大颗粒间隙之中，亦可将大颗粒在热焦油或沥青中浸泡1015分钟，再放入搅拌机中搅拌。生产中常用的的混合设备有：双轴和单轴搅拌机、混砂机、混辗机等。应用最广泛的是双轴搅拌机和带加热装置的混辗机。混练后的料温控制在160190为宜。3.2 成型焦油白云石耐火材料成型的方法有捣打成型、机压成型和振动成型，主要用后两种。3.2.1 机压成型 我国各厂多采用250300t摩擦压砖机成型，单个制品质量在30以下，最大厚度为120。料温对于成型过程和制品质量有显著影响，当料温大于170时，由于出砖时砖坯强度低，容易产生扭曲、纵裂、起皮或鼓胀现象等。料温过低，则塑性差，成型困难，不仅降低砖的密度，反而由于冲压次数和冲程的增加使粗颗粒大量破坏。这些被破坏的颗粒，因无焦油覆盖，易于水化。机压成型适宜的料温为：夏季130150，冬季140160。机压成型制品的体积密度为2.852.90g/cm3 。目前，国外多趋向于采用压力为10002000t的杠杆压机、油压机或水压机等高压成型设备。压砖操作已实现自动化。3.2.2 振动成型 机压成型制品的尺寸小，砌砖时，砌缝很多，影响炉衬的整体性和使用寿命，而且在压制过程中，大颗粒易遭破碎，采用振动成型可以克服这些缺点。实践证明，振动成型大砖比挤压砖有较长的使用寿命。目前，我国广泛采用振动法成型单个质量大于30乃至几百千克的大砖。振动台的大小依成型砖的尺寸而定，一般为21.2，振动频率25002800次/分，振幅1.52.5，料温控制在160180左右。为提高砖的体积密度，模上可施加压力。模子在加料前，一般先烘烤，以减少“麻面”，保证边界整齐。烘烤温度一般在300左右。成型后的焦油砖需用强制通风快速冷却，以免变形。振动成型大砖冷却至5060左右，才能脱模。第4章 焦油白云石砖的干燥和烧成白云石砖的水化性比镁砖更厉害，CaO与H2O起作用，化合成Ca(OH)2，体积膨胀一倍，使砖遭到破坏。白云石原料虽经高温煅烧，水化性有所降低，但由于砖中有大量游里的CaO，若在空气中放置太久，则不可避免会吸收空气中水份，而逐渐被水化。因此为了尽量减少这种危害，焦油白云石砖的干燥和烧成环节也是非常重要的。4.1 干燥焦油白云石砖的干燥热处理是目前国内外提高焦油白云石砖质量的主要措施之一，为提高砖的体积密度，模上可施加压力。模子在加料前，一般先烘烤，以减少“麻面”，保证边界整齐。烘烤温度一般在300左右。成型后的焦油砖需用强制通风快速冷却，以免变形。振动成型大砖冷却至5060左右，才能脱模。4.2 烧成热处理是目前国内外提高焦油白云石砖质量的主要措施之一，依据处理温度的不同，有低温热处理和高温热处理之分。将焦油白云石砖在250400下，在还原气氛或保护性气氛中焙812h，后在150左右的焦油或沥青中浸渍若干时间。可用常压蒸煮法或真空浸渍法。在这样低的温度下热处理，仅除去焦油中低温挥发物，并未结焦，因而强度不高。因此，也可采用10001200中温下的热处理，热处理后的制品常用真空浸油法在焦油沥青中浸渍。其真空度大于650Hg（86659.3Pa），浸油时间不少于8h，浸油时油压0.40.5MPa。热处理后的油浸砖具有以下优点：（1）经热处理油浸后，砖的气孔率降低，致密度提高；（2）砖的强度显著提高，这是由于其中碳素形成了固体焦炭的缘故；（3）含碳量提高，因而也提高制品抗冲刷和渣蚀的能力。由于导热性提高，使用过程中剥落现象减少；（4）经热处理油浸后的白云石砖，在烘炉过程中不会发生软化变形和剥落现象。用这种砖做炉衬，烘炉时的升温可以任意调整而不致于发生塌炉事故。（5）提高砖的抗水化性能，可做永久衬，也可做工作衬。4- -第5章 焦油白云石砖工艺流程图煅烧熟白云石中沥青熬制粉碎细粉颗粒脱水沥青不经加热立式加热器定量器定量器定量器废品混拌机砂料称量返回破碎运至用户成品检验压砖机成品图5.1 焦油白云石砖生产工艺流程图结束语焦油白云石砖作为碱性耐火材料的一个制品，在高温使用过程中，作为粘结剂的焦油和沥青