焦炉用耐火材料范文

焦炉用耐火材料范文焦炉用耐火材料范文 焦炉用耐火材料焦炉用耐火材料 1 硅砖硅砖是以石英岩为原料 经粉碎 并加入粘结剂 矿化剂 经混合 成型 干燥和按计划加热升温而烧成的 硅砖含SiO2大于93 系酸性耐火材料 具有良好的抗酸性渣的侵蚀 作用 硅砖的导热性能好 耐火度为1690 1710 荷重软化点可高达1640 无残余收缩 其缺点是耐急冷热急性能差 热膨胀性强 SiO2 二氧化硅 在不同的温度下能以不同的晶型存在 在晶型转 化时会产生体积的变化 并产生内应力 故硅砖的制造 性能和使 用与SiO2的晶型转变有密切关系 SiO2能以三种结晶形态存在 即石英 方石英和鳞石英 而每一种 结晶形态又有几种同素异形体 即 石英 石英 方石英 方石英 鳞石英 鳞石英 鳞石英 三种形态及其同素异形体 是以晶型的密度不同来彼此区分的 它们 在一定的温度范围内是稳定的 超过此温度范围 即发生晶型转变 例如密度为2 53的 石英 在加热到870 时 转变为新的密度为2 2 的 鳞石英 当温度达到1710 时转变成石英玻璃 SiO2的晶型转变如图1所示 石英870 鳞石英1470 方石英1710 石英玻璃 y 2 53 y 2 23 y 2 23 570 163 180 270 0 82 0 2 2 8 石英 鳞石英 方石英 y 2 65 y 2 23 y 2 23 2 32 170 0 2 鳞石英 y 2 26 2 28 图1SiO2晶型转变图从图1可以看 出 这种转变可分为两类 一种是横向的迟钝型转变 这是一种结 晶构造过渡到另一种新的结晶构造 这种转变是从结晶的边缘开始的向结晶中心缓慢地进行 需较长的 时间 且在一定温度范围内才能完成 一般只向一个方向进行 但在实际烧成过程中 SiO2并非是单一地从 石英 鳞石英 石英玻璃的转变1 石英 鳞石英 此时体积膨胀为16 2 石英 方石英 此时体积膨胀可达14 5 3 鳞石英 方石英 4 方石英 鳞石英 5 鳞石英石英玻璃 方石英另外一种转换为图1所示的上下转化 称为高低型转化 此 种转变没有晶格的重排 只有晶格的扭曲或伸直 因此转化速度快 且是可逆的 各种型态的SiO2转化温度和体积变化不同 如图2所示方石英在180 270 转化 体积变化最剧烈 而570 时石英转化体积变化较小 鳞石英有两个晶型转化点117 和163 体积变化最小 因此用于焦炉的硅砖 希望在制造过程中 尽量转化为鳞石英 但实际生产的硅砖制品总是三种晶型同时存在 由于三种石英中鳞石英的密度最小 因此鳞石英含量愈高的硅砖 其真密度愈小 如表2 硅砖制品的体积变化曲线是复相组织体积变化的总和 图3是两种密度 比重 不同的硅砖膨胀 收缩曲线 由图3和表2可以看出真密度小的硅砖 石英转化较完全 膨胀过程 平稳 残余膨胀小 有利于保持炉体严密 此外 鳞石英的荷重软化温度高 导热性能好 故焦炉要尽量采用 真密度小的硅砖 一般要求在2 38以下 优质硅砖的真密度应在2 3 4 2 35之间 表2不同真密度硅砖的矿相组成硅砖真密度鳞石英 方石英 石英 石英玻璃 2 332 342 372 392 402 42807263605853131717151 21239912177811161618从图3和图1中还可看出 硅砖的热膨胀是不 均匀的 600 以前晶型转变较多 故体积变化较大 而且在117 163 180 270 和570 等几个转化点 体积变化尤为显著 这时 最容易引起砌体变形和开裂 因此这对焦炉各部分材质的选用 对焦炉的砌筑 烘炉 生产维修 及冷炉等都有重要意义 由于硅砖具有多种优点 因此用于焦炉可以提高燃烧室的温度 缩 短结焦时间 增加焦炉生产能力 延长炉体的使用寿命 故现代焦 炉主要用硅砖砌筑 600 700 以下时 硅砖对温度的剧变抵抗性能差 这是由于高低型晶型转变 体积突然膨胀或收缩所至 因此硅砖不 宜用于温度剧烈变化的部位 但在700 以上时 由于硅砖的体积变化比较平稳 因此能较好地适 应温度的变化 目前有一种用高密度硅砖砌筑焦炉的趋势 高密度硅砖是指气孔率 在10 13 范围内的硅砖 它的特点是密度高 气孔率低 因此导热 性能及强度均比普通硅砖好 表3为焦炉用硅砖的理化指标 2 粘土砖粘土砖的主要原料是耐火粘土和高岭土 其主要成分十 高岭石 Al2O3 2SiO2 2H2O 其余部分为K2O Na2O caO MgO 及Fe2O3等杂质 它们约占6 7 左右 粘土砖是以经煅烧的硬质耐火粘土 熟料 与部分可塑性粘土经粉 碎 混合成型 干燥后烧成的 加入熟料是为了减少烧成及使用过程中的收缩 提高成品率和使用 寿命 烧成过程是高岭石不断失水 分解生成莫来石 3Al2O3 2SiO2 结 晶的过程 其主要反应如下温度在450 650 高岭石分解出结晶水Al2O3 2SiO2 2H2O Al2O3 2SiO2 2H2O温度在600 830 脱水高岭石分解为AlO及SiO2 Al2O3 2SiO2 温度在930 950 时 Al2O3再结晶为 Al2O3 并开始生成莫 来石结晶 3Al2O3 2SiO23Al2O32SiO2 粘土中的杂质在烧成过程中与氧化铝 氧化硅形成共晶低熔点硅酸 盐 在烧成的粘土砖中形成包围在莫来石周围的非晶质玻璃相 一般烧成的的粘土制品中含有30 45 的莫来石结晶 在其周围除上 述非晶质玻璃相外 还有部分方石英 表3焦炉用硅砖的理化指标指标牌号及数量JG 93SiO2含量不小于耐火度不低于19 6 104Pa 荷重软化开始温度 不低于重烧线膨胀 1450 不大于显气孔率 炉底砖不大于炉 墙砖不大于其它部位用砖不大于常温耐压强度 104Pa炉底 墙砖不 小于其他部位转不小于真密度 t m3不大于93169016200 822232521 5717162 37粘土砖属于酸性耐火材料 能很好地抵抗酸性渣的浸蚀 对碱性渣的抗蚀能力较差 其耐火度虽高 但荷重软化开始温度 较低 而且软化变形温度间隔很大 可达200 实际上在远低于荷 重软化开始温度之前即开始发生高温蠕变 这是因为在粘土砖中除了高耐火度的莫来石结晶外 还含有几乎达5 0 的玻璃相 后者的软化开始温度很低 但熔融物的粘度却很大 故出现上述情况 粘土砖的热稳定性好 但导热性和机械强度较硅砖差 图4为粘土砖的热膨胀曲线与硅砖相比 粘土砖的热膨胀总量比硅砖 要小 且膨胀量基本上与温度成比例地直线土砖焦炉在炭化室温度 变化范围内的体积变化量要比硅砖焦炉大 由于粘土砖焦炉加热到1100 的总膨胀量较小且均匀 抗温度急变 性强 故粘土砖焦炉的烘炉期短 但加热到1200 以上时 会出现 残余收缩 这是由于粘土制品中的矿物继续产生再结晶 以及在高 温下制品中的低熔点化合物逐渐融化 在表面张力的作用下使固体 颗粒互相靠近所致 收缩的大小与配料组成及烧成温度有关 因此粘土砖焦炉在高温下长期使用过程中 砖缝可能产生空隙 破 坏砌体的严密性 由于上述特点 对大型焦炉粘土砖不用于高温部位 主要用于温度 较低且波动较大的部位 如炉门 上升管衬砖 小烟道衬砖 蓄热 室封墙和炉顶等 粘土砖原料广 制作容易 成本低 因而有些小焦炉可采用粘土砖 砌筑 但一定要严格控制操作温度 以免造成焦炉损坏 焦炉用粘土砖其理化指标如表4表4焦炉用粘土砖的理化指标指标牌 号及数值JN 35 Al2O3含量 耐火度 荷重软化开始温度 残余收缩 13 50 2h气孔率 常温耐火强度 104Pa35169013000 5241961 3 耐热混凝土它是一种能长期承受高温作用的特种混凝土 是由 耐火骨料 适当的胶结材料 有时还掺入矿物质和有机掺合料 和 水按一定比例调制成泥料 经捣制或振动成型 继而凝结 硬化 脱模 养护烘干而产生的具有一定强度的耐高温制品 通常以矾土 非耐火砖 高炉矿渣等作骨料 以矾土水泥 硅酸盐 水泥 磷酸和水玻璃等作为胶凝材料 根据骨料和胶凝材料的不同 耐热混凝土分为很多类型 其组成不同 性质各异 因而其使用 范围也不同 这种耐火制品与耐火砖相比 有以下优点1 使用前不必经过烧结 减少了制造耐火砖复杂的工艺 制备工艺简单 可就地制成各种需 要的形状 2 常温下迅速产生强度 而且维持到操作温度下而不下降 耐火混凝土在焦炉上已试用多年 主要用于炉门和上升管衬砖等部 位 4 耐火泥耐火泥是一种使砌体成为一个整体的粘结剂 它应有与 砌体用砖相一致的性能 对焦炉用耐火泥有下述要求1 常温下有较 好的粘结性 2 有较小的收缩性 以防砖缝干时开裂 3 有一定的耐火度和荷重软化开始温度 4 有一定的保水性 便于施工 保证质量 5 符合耐火泥操作条件的烧结温度 使其在该温度下发生烧结作用 以增加砌体的机械强度 因此应根据砖种及操作温度采用相应的 耐火泥 凡与金属埋入件相接触的砌体部位 需在火泥中加入精矿粉 用于砌筑焦炉顶面砖时 应在火泥中加入能增加强度的水硬性胶结 剂 硅酸盐水泥和石英砂 硅火泥是用硅石 废硅砖粉和耐火粘土 生粘土 配制而成的粉料 硅石是硅火泥的主要原料 硅石中SiO2含量愈高 则火泥的耐火度 愈高 废硅砖粉的加入能改善火泥与硅砖的高温粘结性能 这是因为硅砖 粉具有与硅砖相一致的热膨胀曲线 因此在石英 晶型转化时而引 起的体积变化时 火泥脱离硅砖的可能性较小 粘附于硅砖的能力 良好 一般硅砖粉含量在20 30 较合适 硅火泥中加入生粘土可以增加可塑性 降低透气性和失水率 但加 入量不宜过大 否则会使硅火泥的耐火度降低 收缩率增加 一般 以不超过15 20 为宜 根据SiO2的含量不同 可分为高 中 低温火泥 硅火泥的技术指 标如表5表5硅火泥的技术指标指标牌号及数值GF 93GF 90GF 85SiO2含量 耐火度 使用温度范围 93 1690 150090 9 31650 16901350 150085 901580 16501000 1350硅火泥对粒度的要 求1mm以上的不大于3 小于0 2mm得不小于80 在实际使用中 还有使用性能问题 即打上灰浆后的砖在砌筑中能 随意揉动 敲打 砌上后砖与灰浆应能牢固地结合 一般好用的灰 浆应能活动15 20s 可用 时间 表示使用性能 而使用性能与颗 粒组成有关 实践表明 粒度太细或太粗其失水速度快 不宜使用 比较合适的粒度组成如下粒度 mm 0 077 0 1 0 2 0 44组成 68 7084 8890 94 99粘土火泥它是由煅烧过的块状熟料或粉碎 粘土砖加入结合粘土 生粘土 制成 熟料是粘土火泥的主要成分 约占75 80 生粘土是结合剂 加入生粘土可增加可塑性 降低透气性和失水率 但加大收缩性 配入生粘土过多容易产生裂纹 故配料比不宜过 大 约占20 25 粘土火泥的技术性能入表6表6粘土火泥的技术指标指标牌号及数值N F 40NF 38NF 34NF 28耐火度 不低于17306169061650615806水分含量 不大于粘土 火泥的使用温度一般均低于1000 焦炉用粘土火泥一般维细粒级及中粒级 粒度分别为通过0 5和1mm 的筛孔应大于97 粘土火泥除用于砌筑粘土砖部位外 还大量用于修补焦炉 5 其它砌筑材料1 隔热材料通常导热系数小于0 837Kj m h K 的建筑材料 一般它具有气孔率大而气孔小 机械强度低 体积密度小等特点 常见的隔热材料及其主要性能如表7 表中所列的各种隔热材料中 轻质粘土砖以粘土为原料 其中加入 一定比例 30 50 的木屑烧制而成的粘土砖 有多种牌号 它们 的体积密度为0 4 1g cm3 耐火度为1690 表7一些隔热材料的主要性能材料名称体积密度g cm3允许工作温度 导热系数Kj m h K硅藻土砖轻质粘土砖石棉水泥板矿渣棉蛭石 石棉绳玻璃绒硅藻土碳酸钙石棉灰碳酸镁石棉灰0 60 40 3 0 40 30 250 800 250 550 310 19009005007501100300600900700450 0 12 5 0 27 10 3t 4 187 0 7 0 19 10 3t 4 187 0 06 0 15 10 3t 4 187 0 06 0 135 10 3t 4 187 0 062 0 22 10 3t 4 187 0 063 0 27 10 3t 4 187 0 032 0 22 10 3t 4 187 0 08 0 21 10 3t 4 1870 073 4 187 硅藻土砖是以硅藻土为原料的制品 也 可以加入一定量的可燃物 用以增大制品的气孔率以增加其保温性 能 硅藻土砖只能用于1000 以下部位 温度过高是会收缩和熔化 硅藻土砖按其理化指标可分为几个级别 它们的体积密度为0 5 0 7g cm3 耐火度为1280 显气孔率为73 18 耐压强度为 49 108 104Pa 硅藻土分生料和熟料两种 前者用于砌砖和保温层抹面 后者用于 保温层填料 总之 各种隔热材料可散料直接使用 也可加水调成胶泥状涂抹使 用 选用时应考虑到它们的最高允许使用温度 超过规定温度 隔热材 料将会丧失强度或破裂 2 水玻璃是由磨细的石英砂或石英粉与碳酸钠或硫酸钠按一定比例 配合后 经1300 1400 的熔融化合得到的块状固体硅酸钠 若再将其蒸汽溶化 则得到液状的硅酸钠 熔炼时的基本反应如下Na2CO3 nSiO2Na2O nSiO2 CO2Na2O nSiO2 即水玻璃的分子式 其中n为水玻璃的模数 表示SiO2 Na2O分子比 值 一般为1 5 3 5 高模数的水玻璃很难溶于水 实际应用很不方便 低模数的无实用 价值 筑炉和修炉用的水玻璃均系水玻璃的水溶液 水玻璃是一种矿物胶凝剂 具有粘结能力 粘结能力与其模数 浓 度和温度有关 因为水玻璃的溶解是一个由水合 初溶 水解 产生游离的NaOH 胶溶 硅酸钠分解而析出的SiO2被NaOH所胶溶 和电离 生成离 子和由吸附着Na 离子的SiO2水合物形成的SiO2复合胶团 所组成的 复杂过程 因此水玻璃的溶液中同时含有结晶成分和胶体性质的组 分 模数较高的水玻璃因其中含有较多的胶体 故粘结能力强 模 数较低的水玻璃溶液中主要是晶质组分 胶体物质含量低 故胶结 能力差 提高温度会降低水玻璃的粘性 模数愈高 温度对粘性的影响愈大 此外 水玻璃的溶液粘度还随密度的提高而增加 而水玻璃溶液的 密度是与其化学组成及溶解于水中的固体物质总量有关 因此当溶液中固体物质总量一定时 Na2O和SiO2的比值可以不同