高温耐火材料范文

高温耐火材料范文高温耐火材料范文 超轻质高温耐火材料的主导产品系多晶莫来石纤维 是一种热容小 容重小 热导率低 热敏性好的保温绝热材料 从广义上讲 属于不定型耐火隔热材料 它包括高温耐火纤维及其复 合制品两类 属 九 五 期间国家重点推广的新型环保节能材料 1超轻质高温耐火材料的应用范围超轻质高温耐火材料具有良好的耐 急冷急热性能 低的比热和低的线膨胀性能 容重在100600kg m3 纤 维可达到80kg m3 具有一定的抗震性能 产品耐冲刷 易加工 具有 施工灵活 工期短的特点 可根据不同行业的需要加工成各种不定型 的棉 砖 板 毡 毯 标异制品 产品适用于1600 以下的冶金 化工 机械 电子 玻璃建材 军工 科研与航天航空等领域的窑 炉内衬绝热与密封 并可替代国外高档进口耐火材料和构筑全纤维窑 炉 应用范围十分广阔 具有较好的市场发展前景 2超轻质高温耐火材料在窑炉内衬上的应用根据窑炉温度高低和工作 环境的不同要求 选择不同种类和厚度的超轻质高温耐火材料作为内 衬 不仅可以大大减少窑炉炉壁的厚度 而且还可大大减轻窑炉的重 量 加快窑炉升温速度 如浙江欧诗漫集团德清晶体纤维厂采用超轻质高温耐火材料 匹配先 进的控制仪器 研制成使用温度在130021500 的新型SX系列电阻炉 经浙江省能源利用监测中心监测 属间歇式电阻炉最高级别C级炉 空 炉升温至1500 升温时间 20min 比传统的电炉升温时间快了18倍 之多 因此 超轻质高温耐火材料现已广泛应用于陶瓷行业的梭式窑 隧道 窑 辊道窑 机械行业的钟罩窑 以及其它热工设备上作窑炉内衬 像钢材品种规格频繁变化的轧钢厂连续式加热炉上应用超轻质高温 耐火材料作内衬 其综合节能可达56 用于间歇式电加热炉上作内衬 其能更为显著 节能率可高达30 左右 已经冶金部科学技术成果鉴 定 编号 90 冶科成鉴字417号 浙江华莹电子有限公司1999年3月将8台原采用刚玉与泡沫砖结构的 箱式电阻炉 改造成采用超轻质高温耐火材料结构 每月单台耗电从1 000kWh左右下降至600kWh 节约用电约为40 炉体顶端表面温度从80 以上降低至56 以下 又如鞍钢有一台82m2台车式热处理炉是一座比较特殊的热处理炉 在 1987年大修时就进行了高层次的技术改造 整个炉顶全部采用了超轻 质高温耐火材料 从而使炉体结构轻型化 炉顶重量12t 跟原炉顶 磷 酸盐耐热混凝土预制块 112t相比重量减少了十分之九 结构简单 绝 热效果非常好 该炉仅用钢材20t 跟原炉钢材用量37t相比减少了45 处理同样的工 件 新旧炉燃耗相比节能38 成都无缝钢管有限责任公司也通过应用实践 验证了采用超轻质高温 耐火材料做窑炉内衬 不仅可节约天然气带来异常显著的节能效果 而且还可延长炉衬寿命 减少维修周期 降低维护费用 因此积极将欧 诗漫超轻质高温耐火材料粘贴在加热炉内膛的项目申报节能环保重 点示范项目 3超轻质高温耐火材料作窑炉填充密封超轻质高温耐火材料不仅可以 作为窑炉内衬 或整体炉胆 应用于工业窑炉 而且还可作为高温窑炉 的填充密封与隔热材料 广泛应用于窑炉加热元件的炉壁间隙与金属 部件的间隙处 辊道窑两端头转动部分的孔洞处 吊顶式窑炉的接缝 处 窑车及接头处以及窑炉炉门 炉盖的填充或密封特别是超轻质高 温耐火材料本身所具有的弹性和填充性 在1600 以下的高温窑炉上 作膨胀缝可缓解砖壁膨胀热应力 减少散热损失 像商丘振华玻璃厂浮法玻璃生产线以及广东江门益胜浮法玻璃厂熔 窑应用超轻质高温耐火材料作保温绝热贴面和窑炉膨胀缝填充 在15 00 以上的情况下使用良好 有效地解决了高温状态下的高温窑炉膨 胀缝填充难题 填补了国内13001600 高温窑炉膨胀收缩填充材料的 空白 武钢公司下属炼钢厂的连铸钢包旋转塔原设计的保温盖是采用浇注 料 由于浇注料容重大 在使用中易发生脱落危及安全 鉴于此 在1996年底采用欧诗漫超轻质高温耐火材料做保温盖 经过3 a多来的实际使用 效果良好 能有效降低钢水热损失 提高保温盖使 用寿命和安全性 欧诗漫轻质耐材在今年4月又被推荐为2000年节能环保产品 4超轻质高温耐火材料替代国外高档进口耐火材料超轻质高温耐火材 料是一种新型的环保节能型材料 其研制与应用是国家计委 冶金部 六 五 七 五 期间的国家重点科研攻关项目 并已列入 九 五 期间的国家级重点科技成果推广项目 80年代 国际上仅有英国 日本等几个少数发达国家在部分轧钢加热 炉上应用高温纤维内衬取得成功 东欧各国地处在产品研制和锻造炉 上应用技术攻关阶段 与此同时浙江欧诗漫集团德清晶体纤维厂于983年率先在国内进行了 超轻质高温耐火材料的研制 1986年9月通过了中试生产技术鉴定 19 87年被国家经1中标 1989年产品被确认为国家级新产品 1990年产品 应用技术通过了冶金工业部组织的技术鉴定 开创了我国超轻质高温 耐火纤维在大型工业炉窑上应用成功的先例 填补了国内空白 1991年应用技术研究又获冶金部科技进步二等奖 产品曾多次被国家 有关部门列入节能产品重点推广项目和 全国优秀节能产品 企业 被国家科委确认为 国家级科技成果重点推广计划 项目的技术依 托单位 我国的超轻质高温耐火材料技术的开发与应用得到了原国家经委科 技局 能源局 国家计委资源节约司 国务院经贸办节能司 原冶 金部军工办 科技司等大力支持 正是这种支持 才使超轻质高温耐 火材料的开发与应用技术得到了迅速发展 推动了国内工业窑炉炉体 耐火材料的发展 使窑炉结构向轻质结构发展前进了一大步 同时 可 以不必进口国外同类产品 为国家节约大量外汇 如上海澳联玻璃有限公司 原上海申兴玻璃厂 1994年从美国Thermal ceramics公司引进同类产品用于玻璃熔窑外墙保温 花费了9 53万美 元 折合人民币81 29万元 1996年12月欧诗漫超轻质高温耐火材料替代国外进口耐火材料应用 项目通过了冶金工业部组织的应用技术鉴定 冶科成鉴字 1996 第13 6号 鉴定意见认为 该产品蓄热量低 抗震性好 重量轻 冲刷 消音隔热效果好 各项指标达到LOI公司引进产品的设计要求 为我国 增添了耐火纤维复合制品新产品 填补了国内空白 已成功取代进口 产品 并取得了明显的经济效益和节能效果 建议加快在全国的推广 应用 为此 本钢 武钢等企业也相继进行了全氢罩式炉的改造 采用欧诗 漫超轻质高温耐火材料替代国外进口耐火材料作炉衬 取得了较好的 使用效果 目前 我国一大批80年代引进的真空热处理设备 热处理生产线 多 用炉及其生产线 感应加热及淬火装置等都已到了设备改造与材料 替换更新期 国产欧诗漫超轻质高温耐火材料由于性能稳定 价格远 远低于国外同类产品 已完全可以成功替代进口 并实现了高档耐火 材料的国产化 像电子部四十三所 九所等已相继采用欧诗漫超轻质高温耐火材料 替代国外进口耐火材料 取得了较好的使用效果 5超轻质高温耐火材料构筑全纤维窑炉超轻质高温耐火材料的导热率 很小 纤维制品只有传统耐火砖的1 6 容重仅为1 25 蓄热量仅为砖 砌炉衬蓄热量的1 101 30 因此 整窑的窑壁和内衬均采用超轻质高温耐火材料 可加快烧成速 度 提高产品产量和质量 像山东威海市瓷厂是一家以生产高档宾馆配套用瓷为主导产品的国 有中型企业 为扩大生产规模 于1999年2月份又新建了一座5m3全纤 维梭式窑 该窑炉体全部采用欧诗漫超轻质高温耐火材料以及配套的高档粘结 剂 通过镶贴法安装而成 方法简便可靠 纤维粘贴牢固 安装后表面 平整美观 全纤维炉体材料的耐温性能 低导热性能 低蓄热性能及使 用寿命均比原用材料优越 其原因不仅是减少了散热损失 更主要的 是由于强化了炉气对炉壁的对流传热 使炉壁能得到更多的热量 并 通过黑度系数高的特性辐射传给物料 从而提高了物料的加热速度和 生产能力 改善了工作环境 该窑炉采用石油液化气为燃料 每窑次的耗气量为170kg左右 比原砖 混结构的窑炉每窑次可节气60kg左右 体现出了明显的节能优势 还 提高了烧成产品的质量 因此 对高温窑炉而言 超轻质高温耐火材料不仅是目前国内理想的 环保节能产品 而且也符合国家窑炉全纤维轻质化的环保节能近二十 年来 世界上钢铁工业发达国家迅速实现了高炉的大型化 高效化 和自动化 目前 4000m以上的高炉已达30多座 我国除宝钢相继建 成并投产了l 23号4000m 级大型高炉外 还陆续新建和改建了2500 m3和3200m大型高炉 由于在高炉生产上采取了精料及喷吹煤粉等措 施 加上操作水平的提高 保证了 炉子的稳定顺行 从而为高炉 接受高风温奠定了基础 回收热风炉烟气余热来预热热风炉助燃空 气和煤气以及目前正逐步推广的我国独创的热风炉自身预热法 解 决了热风炉高温热源不足的矛盾 为4宝钢炼铁厂对改进喷煤装置的 设想宝钢2号高炉喷吹煤粉装置投产以后 炼铁厂除对该系统的操作 管理制度逐步完善外 对系统暴露出来的设备问题也进行了探讨 围绕使喷煤量达到最大设计值120kg t铁乃至提高到200 250kg t 铁这一宗旨 炼铁厂成立了由宝钢设计院 宝钢钢研究所 宝钢炼 铁厂技术组三方面组成的喷煤攻关小组 作了大量工作并立出如下 几个方面的科研项目 1 试验最佳喷吹用煤 2 制定出严格的管理制度 完善标准化作业 3 进一步改造喷枪 同时使喷抢的插入部位合理化并减少振动 4 改进扁布袋和环隙脉冲布袋 热风炉达到高风温创造了条件 在此前提下 高温 12OO C 及长寿 就成为我们新设计热风炉最主要的目标 要保证热风炉具备较高的 加热能力 是指一代炉寿所能达到的平均风温水平 而不是某一阶段 所能达到的最高风温水平 最主要的影响因素是合理的内衬砌体结 构以及与之相适应的耐火材料 1国内热风炉用耐火材料的现状近年来 在全国新建和改建的高炉上 对高温热风炉的设计作了很多的改进 其结构型式除采用传统内燃 式外 还采用过新日铁 5 找出测试制粉及喷吹系统主要参数的方法 如制粉风量 旋风分 离器能力以及分离效果 重新标定K 1 K2系数 6 探求大喷煤量时该系统的限制环节 并制定出与之相适应的高炉 操作条件 5结束语随着高炉炼铁的发展 喷吹煤粉越来越受到重视 已成为高 炉操作者调剂炉况的主要手段之一 宝钢2号高炉喷煤系统在运行中虽然也出现了一些问题 但在各方面 的共同努力下已得到解决 可望在不久以后 其喷煤量达到100kg t铁以上 我们相信 这套 新型喷煤装置在科研 设计 生产单位的共同努力下 定会日臻完 善 为今后我国高炉喷煤的设计与操作提供宝贵的经验 外燃式 顶燃式以及应用最多的改造内燃式热风炉 选用的耐火材 料也从一般的高铝砖和牯土砖 到采用高温特性较好的优质高铝砖 和硅砖 特别是在热风炉高温区必须采用低蠕变耐火材料这一观点 已为广大设计及生产厂人员所接受 随着宝钢1号高炉耐火材料的全套引进以及 2 3号高炉热风炉耐材的国产化 使我国冶金耐火材料的质量上了 一个大的台阶 由于各种原固 目前我国高炉热风炉高温区用砖大多采用高铝质耐 火材料 同硅砖相比 高铝耐材具有容量大 价格低 对耐火材料 生产厂而言其经济效益显著 所以 低蠕变高铝质砖成为全国各个 耐火材料厂竟相研制开发的目标 各种名称的低蠕变砖相继问世 从 低蠕变砖 到高抗蠕变砖 等 对其性能 质量各家均称万无 一失 但据耐火材料专家评价 目前我国生产的低蠕变制品主要是 加入膨胀剂 通过其奠来石化所产生的膨胀来抵抗蠕变压缩 即所 谓 以胀抵缩 从理论上讲 通过调整膨胀剂的配比 粒度等 可以生产任何蠕变要求的耐火制品 部分生产厂测定的蠕变指标甚至 为正值 然而当制品生成莫来石的反应结束时 其抵缩作用将失效 抗蠕变能力将大大降低 特别是对矾土加三石体系的耐火砖 由 于其物相结构的缺陷以及奠来石化反应为晶体结构转化反应 持续 的时间较短 国内近年来新建 改建 以及正在建设的高炉热风炉用 高铝质耐火材料 大多数是采用该方法生产的 因此其能否满足热 风炉一代炉龄 无检修砌体寿命 i0 20年的要求 还有待时间的检验 2新型内燃式热风炉内衬结构及对耐火材料的要求由于传统内燃式热 风炉在高风温 ii00 1200 C 时暴露出许多问题 导致其寿命很短 长的4 5年 的2 3年即需停炉检修 为此 近几年来各冶金设计 单位对此进行了许多的改进工作 典型的作法是将拱顶改为所谓大 帽子 燃烧室下部隔墙增加一层隔热砖 但整个内衬结构并未有根 本性的改变 与冷态的土建结构几乎没有多大差别 因而无法适应 高温条件下耐火材料砌体固温差产生的热应力和膨胀产生的膨胀应 力 从而难以延长热风炉的使用寿命 针对这种情况 结合国内某 大型高炉内燃式热风炉的设计 我们对其内衬砌体结构作了重大的 改进 主要的特点如下a 热风炉拱项采用悬链线薄壳结构 这里包含两层含义一是曲线形状 二是砌体砌筑方式 即拱顶各层 砌体均应为独立的悬链线薄壁结构 而不是在内层拱顶砖外侧接铺 设二层或数层砖这一传统的砌筑方式 b 独特的燃烧室结构以及与之配套的自立组合式隔墙 使得燃烧室 成为一个独立的结构 通过合理的膨胀缝及精动结构的设计 消除 了砌体热应力以及各层砌体问不均匀膨胀对砌体的破坏作用 从而 极大地延长了砌体的寿命 要实现这些新的设计构思的前提条件 就必须准确计算热风炉各部 位 包括各层砌体间的 温度分布 热应力强度 热膨胀量的大小等 我院在这方面作了大量的工作 开发编制完成了全套热风炉热工 参数计算程序 为从根本上改变热风炉传统的设计计算方法奠定了 坚实的基础 并为设计人员针对不同部位的温度条件 砌体受力状 况及化学侵蚀等各种因素 合理选择相应的耐火材料创造了条件 以保证对使用部位来说具有优越的质量而又使 低等级 的耐火材 料得以利用 从而降低热风炉系统投资 反之 准确的耐火材料特性值又是保证诸如耐材的热膨胀系数 导 热率 热态耐压强度 热态抗折强度等指标 在目前的国标中根本 就没有列入 国内各耐火材料厂也没有测定过这些参数 为此笔者 建议国内各耐火材料研究单位及生产厂在这些方面作进一步的工作 以满足新型热风炉设计的需要 对设计单位而言 今后热风炉的 内衬砌体设计 必须准确地考虑到不同耐材厂产品的特性 这样 在耐材炉衬设计者与耐火材料生产厂之间从最初的方案直到确定所 需耐材的供应者之时 双方的密切联系是必不可步的 也就是说 在进行热风炉的砌体设计之前 设计单位须配合用户选定主的耐火 材料供应厂家 以取得确定的耐材特性参数 而不能象以前所作的 那样 由设计单位作完设计 再由箍或生产厂全国各地去找耐材供 应厂家 3热风炉各部位用耐火材料3 1蓄热室格子砖蓄热室高温区域格子砖 最主要的要求是具有较好的高温体积稳定性 耐侵蚀性以及抗蠕变 性能 硅砖正好具备这些方面的特性且价格便宜 因此在国外高风 温热风炉上得到广泛的应用 而我国的应用并不普遍 其主要原因 一是我国高炉设备整体水平不高 平均风温水平低且风温的波动大 而硅砖在中温区 300 800 C 的耐急冷急热性差 二是至今我国尚 无热风炉用硅砖的技术标准 因而影响了硅砖在热风炉上的使用 根据国内的具体情况 笔者认为 当热风炉拱顶设计温度 1400 在高炉原燃料条件好 操作l水平高的前提下 热风炉高温区首选的 耐火材料应是硅砖 并在此推荐热风炉用硅砖理化性能指标 见表1 所示 同时对硅砖的残余石英必须控制在 2 采用硅砖的热风炉需要注意的是必须仔细确定其硅砖使用的下限 并在此设置可靠的温度检测装置 保证在生产操作 包括休风停炉 过程中硅砖的最低使用温度 800 当热风炉拱顶设计温度 1400 C时 采用低蠕变 高容重的高铝质 耐火材料更符合我国的实际 并可充分利用我国丰富的铝钒土资源 目前 国外高铝质耐火材料的蠕变HD砖在1350 0 196MPa 50 h条件下 其蠕变率4o 2f El本品川的Ac一8M砖指标1300 0 196MPa 50h蠕变率40 2 目 前我国高铝质耐火材料的蠕变率指标在相应条件下均为 1 同世界 先进水平相比还有较大的差距 同时鉴于我国生产低蠕变高铝砖的 现状 在严格考核砖的蠕变指标的同时还必须控制制品所含杂质 特别是碱金属与碱土金属的含量 具体的指表要求见表1由于高铝质 耐火材料的抗侵蚀性 所以目前国内大多数在高温区采用高铝砖的 热风炉在其上部格子砖出现了不同成度的侵蚀现象 即所谓的 渣 化 从而造成格子砖的孔洞堵塞 影响了热风炉的使用寿命 此除必须严格控制热风炉燃烧煤气的含尘量外 研究和生产抗侵蚀 能力强的高铝质耐材也是我们需要解决的课题根据对热风炉蓄热室 格子砖的温度分布曲线的分析 在高温热风炉中处于高温区的格子 砖的范围较之低温热风炉的情况更广 因此对蓄热室中间偏上部位 的格子砖仍处于较高的温度区 同时该区域内的格子砖还承于蠕变 造成格子砖的不均匀下沉而引起的 特别是当格子砖断面上的高温 气流分布不均时 情况尤为严重 对格子砖上部采用硅砖的热风炉而言 由于该区域格子砖的蠕变下 沉导致热风炉的寿命降低的现象就更为突出 所以对于准高温区域用耐火料 应特别重视其耐蠕变特性 对蓄热室中 下部格子砖 通常采用粘土质耐火材料 随着大型热风炉蓄热室高度的增加 上部格子砖对下部耐材的压力 也越来越大 另外 根据国外对大型高温热风炉格子砖的破损调查 发现下部格子砖因周期温度波动的影响 引起格子砖的龟裂 破 碎的现象在不断增加 因此对下部粘土砖除必须继续控制其蠕变特 性外 对制品的常温耐压强度 热震稳定性次数 耐急拎急热性 提 出了更高的要求 具体的指标见表l 表1热风炉用格子砖理化性能项目硅砖高铝砖粘土砖耐火度 171o 183o 181o 176o显气孔率18 21 515 0 1918 0 2315 0 2o体积密度2 45 2 62 35 2 52 05 2 2真比重2 3 2 33常温耐压强度MPa34 68 649 98 044 78 539 58 81500 1500 1500 1350 重烧线变化率 TX2II O0O0T1 T2T2T20 2MPa荷重软化点 1615 1650 1580 1380热态线膨胀 率 1000 C 1 25d0 52 0 52G0 54蠕变率1400 1400013oo 115o 0 196MPa一5dh o 2d o 2 o 2 O 2耐剥落性试验10次1O敬10次350 1h air 30mb0 无龟裂无龟裂无龟裂化学组成 AL o 0 5 1 070472 065 66 536 38 5 0 95 96 0Fe2o 0 5 1 01 0 1 71 041 71 5 2 5Na2o K2o n6 0 6 3 0传统热风炉蓄热室格子砖的 砌筑方式为 独立砖柱列式 该方式对格子砖的外形尺寸要求相对 要低一些 但却使得整个格子砖砌体的抗蠕变 因蓄热室断面上高温 气流的分布不均引起的局部区域过热 使得某些砖柱下沉 和热应力 的能力较差 目前 在新建的大型热风炉上广泛采用的是 交错排 列砌砖方式 以克服上述缺点 提高格子砖砌体的整体 l2 性能 采用该砌砖方式的前提条件是必须严格控利每一层格子砖的高度 差 1mm 即必须对单体格子砖按高度尺寸进行分级 同一层中必须 采用相同级数的格子砖 因此对大型高温热风炉用格子砖 除必须严格控制其理化指标外 对砖的外形尺寸公差也提出了更高的要求 对后一点 正是我国泊 金耐火材料行业同国外相比差距尤为明显之处 3 2热风炉墙体及管道用耐火材料根据我国内传统内燃式热风炉砌 体的破损调查结果分析可知 热风炉墙体的损坏主要集中在高温区 如燃烧室隔墙倾斜 倒塌 热风出口及热风管道三岔口掉砖等 因此对高温区域用耐火材料 特别是燃烧室隔墙砖 除必须控制其蠕 变指标外 还必须要求耐火材料具有较高的荷重软化点 优越的高 温体积稳定性 即重烧线变化要小 较强的耐化学侵蚀和耐气流冲 刷的能力 日本品JII生产的高温区域用高铝质耐材的理化指标见表 2 表2日本品川生产的高铝砖理化指标项目9O Al75Al耐火度 l880 l880显气孔率16 0 I815 0 17体积密 度2 92 3 12 68 2 8常温耐压强度Pa96 198 157重烧线变 化率 Tx2h I650 I6500000 8MPa荷重软化 TI TI 1650 1580热态线膨胀率 0 65 0 52 1000 蠕变率1500 1500 0 I96MPa一5Oh 0 5 0 6化学组成 AI0391 07 6 2SiO27 922 1F02O30 5O8借鉴国外对各开孔部砌体掉砖采取的 措施 目前国内新建或改造的热风炉在高温区域的孔口部位广泛采 用了所谓 组合砖技术 它实际上是针对某一开孔部位的具体情况 结合砌体的结构设计 耐材的生产制造 现场的砌筑安装等各方 面因素的一项综合技术 因此其所用耐火材辩的特性除必须与所处 的环境条件相适应外 还必须满足组合砖生产工艺的要求 对热风炉中部 特别是热风出口区域 大墙砖 因其必须承受上部砌 体的荷重 同时还处于送风 燃烧送风这种周期交替较大的温度波 动变化中 工作条件极为苛刻 所以该部位必须采用热态机械强度 高 蠕变率低 热震稳定性好的耐火材料 在此推荐的耐材特性指 标如表3所示 该耐材也适用于温度波动大的部位如热风炉混风室或混风管表3热风 出口用高铝砖特性项目指标值耐火度 1880显气孔率1 0 17体 积密度2 9 3 05常温耐压强度MPa68 6 I27重烧线变化率 TX2h I650 0T10 2MPa荷重软化点 I650热态线膨胀率 1000 C O 6 5蠕变率I500 0 I96MPa一50h O 5化学组成 Al O 90 92 OFc O30 2 O 53 3热风炉陶瓷燃烧器用耐火材料对热风炉陶瓷燃烧器用砖 因其结构形状日趋复杂 目前倾向于采用异形耐火砖进行砌筑 所以对单体砖的外形尺寸要求极严 同时该部位还处于送风时须承 受高温 小于1O00 C 辐射 燃烧时低温 200 C 气流攀钢大型高炉 冶炼钒钛磁铁矿的炉渣处理 摘要 攀钢高炉渣含TiO高达25左右 难以利用 从而使每年26o 285万吨炉渣的处理成为