热工设备用耐火材料.doc

热工设备用耐火材料摘要：耐火材料种类繁多，性能各异，热工设备的种类也不少，而且同一热工设备不同部位的使用条件也不一样。炉窑等热工设备内衬是由耐火材料构筑的，提高其使用寿命是人们一贯的追求。因为使用寿命提高了，耐火材料消耗减少，就做到了节能减排，低碳环保，还能使停炉检修时间减少，提高生产效率。根据使用条件选择热工设备，选择到合适的耐火材料，才能保证热工设备有高的使用寿命。本文介绍了热工设备上耐火材料的发展与应用，热工设备耐火材料的选择以及维护，耐火材料的发展前景等内容。关键词：热工设备；耐火材料；选择；使用条件Abstract: There are many types of refractories and their properties are different. There are also many types of thermal devices, and the usage conditions of different parts of the same thermal equipment are different. The liners for thermal devices,such as furnaces , are built by refractory materials and people has always been the pursuit of enhancing its service life. If the life of thermal equipments is increased, the consumption of the refractories is reduced , and we can achieve the objectives of energy conservation, low-carbon environmental protection, and the production efficiency is improved. We can select suitable refractory to ensure thermal equipment high life only by selecting thermal equipment depending on the conditions of use.This article describes the contents of the development and application of refractories, the selection of refractories using on thermal equipments, the prospects for the development of refractories and so on.Keywords: Thermal equipment; Refractory; Selection; Usage conditions1 引言耐火材料与高温技术相伴出现，大致起源于青铜器时代中期，是耐火度不低于1580的一类无机非金属材料。20世纪初，耐火材料向高纯高致密和超高温制品方向发展，同时出现了完全不需烧成、能耗小的不定形耐火材料和耐火纤维1。耐火材料种类繁多，通常按耐火度高低分为普通耐火材料（15801770）高级耐火材料（17702000）和特级耐火材料（2000以上）；按化学特性分为酸性耐火材料、中性耐火材料和碱性耐火材料。此外，还有用于特殊场合的耐火材料。现在对于耐火材料的定义，已经不仅仅取决于耐火度是否在1580以上了。目前耐火材料泛指应用于冶金石化水泥陶瓷等生产设备内衬的无机非金属材料。改革开放以来，我国炉窑等热工设备用耐火材料的使用寿命有较大的提高，单耗有所下降。但与工业发达国家相比，仍有较大差距。我国吨钢用耐火材料单耗约为2530kg，比日本和韩国高出近5倍2。先进国家为10以下。例如，我国大型钢包使用寿命最高280次单耗2.5kg，国外通过套浇和良好的维护技术钢包使用寿命达800次，单耗为0.92kg。高炉、焦炉、水泥回转窑、浇钢用滑动水口等耐火材料的使用寿命都比发达国家短，单耗高。热工设备选择到合适的耐火材料，使用寿命能成倍提高。而把热工设备使用的耐火材料维护好，其使用寿命能提高数倍。耐火材料品种繁多，性能各异，热工设备的种类也不少。 而且同一热工设备不同部位的使用条件也不一样，由此可见要为热工设备选择合适的耐火材料并非易事。2 热工设备上耐火材料的发展历程耐火材料对热工设备的炉型有着极大的影响，耐火材料的技术进步和耐火材料的性能质量，不仅影响热工设备的炉型结构，而且影响着热工设备的运行状况维修次数和使用寿命。70年代以前，我国热工设备用耐火材料主要采用粘土砖和高铝砖，炉型结构主要为拱顶结构。由于使用的耐火材料属于低档材料，高温性能差，加上炉型结构存在缺陷，热工设备使用寿命很低。70年代后期至80 年代，热工设备上开始采用捣打料、可塑料、粘土浇注料和水泥结合普通浇注料。上述材料在热工设备上的应用，改变了传统的砖砌炉体结构，开始了不定型耐火材料在热工设备上的应用时期。80年代后期，随着不定型耐火材料技术的不断进步，低水泥、超低水泥和无水泥浇注料等一系列高技术耐火材料在我国问世，并在冶金工业的各种热工窑炉上得到应用。由于采用了最紧密堆积理论和超细粉技术，这类材料具有气孔率低、气孔尺寸细小、密度大、体积稳定性好、强度高和加水量低等特点3。3 热工设备上耐火材料的选择与维护随着钢铁生产的高速发展，我国热工设备用耐火材料取得了很大的进步，在生产技术、产品品种、质量水平方面，正逐步追赶世界先进水平，取代某些进口产品。延长热工设备寿命是我国冶金工业的重要技术政策，炼铁和耐火材料工作者为此做出了很大的努力，并取得了显著的成效。3.1 热工设备耐火材料的选择耐火材料在高温下不软化、不变型是最基本的性能可是品种不同的耐火材料。荷重软化温度是不一样的要使热工设备在操作过程中，特别是在最高使用温度下不丧失结构强度，不变型、不坍塌，选用的耐火材料荷重软化温度必须高于最高使用温度。任何热工设备都是在一定气氛条件下作业，有些耐火材料对气氛条件十分敏感，热工设备选择耐火材料 时气氛条件不可忽视。热工设备是节能降耗的重点对象，选择耐火材料是保证节能降耗的基础。热工设备使用寿命提高，耐火材料就减少了消耗，同时节约了能源，减少了废物排放。为了达到直接节能的目的，热工设备应选择合适的轻质隔热材料。任何热工设备内衬各部位耐火材料的损毁程度是不同的，有轻重之分，往往是个别部位损毁严重，影响整个热工设备的使用寿命。综合砌筑，就是在热工设备的不同部位，砌筑性能不同的耐火材料，或同一性能而尺寸不同的耐火材料。按耐火材料的使用条件，热工设备大致分为三种类型每种类型如何选择耐火材料4。（1）在高温条件下耐火材料受熔融金属、非金属熔渣及其蒸汽等的化学侵蚀作用。耐火材料与侵蚀物接触发生化学作用，对耐火材料来说往往是致命的。受化学侵蚀的耐火材料，要根据理论标准推算初步确定选择耐火材料的方向。（2）在高温条件下，耐火材料同时受到强烈的机械作用，如均热炉、加热炉等。在这种条件下使用的耐火材料约占20%30%， 应选择强度高热震稳定性好的耐火材料。（3）在高温条件下没有或基本没有强烈的化学，反应和机械碰撞作用的热工设备，如箱式电炉罩式窑梭式窑等。在这种条件下使用的耐火材料约占30%。这类热工设备选择耐火材料的方向是保温性能好的轻质隔热耐火材料，提高热工设备的热效率大幅度降低能耗。3.2 热工设备耐火材料的维护热工设备选择到合适的耐火材料，使用寿命能成倍提高。而把热工设备使用的耐火材料维护好其使用寿命能提高数倍。不同的热工设备内，衬结构各异使用条件有一定的差别，所用的耐火材料也各有不同因此维护方法不一样5。常用的维护方法和措施如下。（1） 采用修补技术。修补是热工设备内衬延长使用寿命普遍采用的维护方法。由于热工设备在使用中各部位所承受的物理化学作用不同，会出现局部损坏，对设备的运转造成威胁。如果拆除全部内衬，重砌新衬，不但浪费，而且污染环境。如果采用修补方法损坏多少修补多少，哪个部位损坏，修补哪个部位。 这样就使工作量大大减少，热工设备停止作业时间缩短，废弃的耐火材料减少耐火材料消耗也减少。（2）采用水冷技术。循环水或强制水温度始终保持100以下，把钢板焊成水箱或水冷板替代耐火材料内衬，其使用寿命比传统耐火材料要长得多。（3）降低侵蚀物对耐火材料的侵蚀性在使用的耐火材料当中，大约有三分之二受化学侵蚀。典型的最有代表性的侵蚀物是熔渣。要使它减轻对耐火材料的侵蚀作用就要将其中化学作用严重的成分达到饱和状态并降低熔渣黏度。（4）稳定操作是热工设备内衬长寿的基础。 热工设备的操作制度是根据所生产的产品工艺技术及质量要求制定的，不 可随意改变。任何一种热工设备必须加强管理，强化过程控制，这样不但能生产出合格产品 而且能提高耐火材料的使用寿命。4 耐火材料的发展趋势耐火材料用途广泛，从钢铁工业的炼铁工序的高炉、热风炉、焦炉到炼钢工序的转炉、二次精炼炉、连铸以及热轧工序的加热炉均在使用。另外，还用于水泥、玻璃、有色金属等产业的窑炉和焚烧炉、熔融炉等环境保护窑炉需要高温处理的部位。 从今后的发展趋势来看，新型的耐火材料将向高性能的结构型耐火材料和功能型的耐火材料方向发展。结构型耐火材料的总体发展趋势将是高纯度化、致密化、精密化、含碳耐火材料的普及化、氧化物和非氧化物材料的复合化和不定形化。特别是不定形耐火材料将在今后一段时期内有较大的应用市场，这是因为它具有生产周期短、节约能源、整体性好、适应性强、综合使用效果好等优点。参考文献1 张命荣. 论加热炉耐火材料的选材J. 四川冶金, 2007, 1(2): 150-153.2 王铁铮, 辛 明, 傅丽丽, 等. 中国耐火材料生产与进出口六十年情况简要回顾J. 耐火材料, 2009, 43(