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焦爐常用的耐火材料介紹

發布時間:2022-01-04 10:27 文章來自:http://www.leddzdx.com.cn/ 作者:天陽耐火材料/耐火

一、硅磚

焦爐所用的耐火磚以硅磚為主,約占耐材總量的70%,它是目前已知的炭化室爐墻合適的耐火磚。焦爐用硅磚是以鱗石英為主晶相的酸性耐火材料,具有良好的抗酸侵蝕能力,而且導熱性能也較好。隨著工作溫度的升高,硅磚的導熱性會增大,在烘爐過程中,隨著溫度的升高,硅磚體積會增大。所以,硅磚是焦爐上理想的耐火制品,如今很多大中型焦爐的燃燒室、斜道和蓄熱室的重要部位都會采用硅磚砌筑。

焦爐用硅磚應具有下列特征:
      (1)荷重軟化溫度高,在高溫下長期使用體積比較穩定。焦爐硅磚要在高溫下承受爐頂上裝煤車的動負荷,并要求長期使用不變形,因此要求焦爐硅磚荷重軟化溫度高。
      (2)熱導率高。焦炭是用煉焦煤在炭化室中靠燃燒室的墻傳導加熱而煉成的,因此砌筑燃燒室墻的硅磚應有較高的熱導率。
      (3)抗熱震性好。由于焦爐要周期性地裝煤、出焦,引起燃燒室墻兩側硅磚的溫度劇烈變化,因此要求焦爐硅磚抗熱震性好。真密度能決定硅磚熱穩定性的好壞。硅磚的真密度越小,石灰轉化也就越完全,在烘爐過程中會產生較小的殘余膨脹。
      (4)高溫體積穩定。加熱到1450℃時約有1.5~2.2%的總體積膨脹,這種殘余膨脹會使切縫密合,保證砌筑體有良好的氣密性和結構強度。

       主要用于煉焦爐的炭化室和燃燒室的隔墻、煉鋼平爐的蓄熱室和沉渣室、均熱爐、玻璃熔窯的耐火材料和陶瓷的燒成窯等窯爐的拱頂和其他承重部位。也用于熱風爐的高溫承重部位和酸性平爐爐頂。

二、粘土磚

粘土磚是指Al2O3含量為30%-40%硅酸鋁材料的粘土質制品。粘土磚的主要礦物成分為高嶺石,即耐火粘土和高嶺土,其余為K2O、Na2O、CaO、MgO、TiO2及Fe2O3等雜質,約占6%~7%,按照粒度要求配料,經成型、干燥后高溫燒結而成。粘土磚可以抵抗酸性熔渣和酸性氣體的侵蝕,不過對堿性物質的抵抗能力會稍微差一些。粘土磚具有較好的熱性能,可以耐急冷急熱。粘土磚只能用在蓄熱室封墻,小煙道襯磚及蓄熱室格子磚等焦爐的次要部位。

焦爐用黏土磚的特點

①耐火度。隨著氧化鋁含量的提高,粘土磚耐火度也跟著提高。粘土質耐火材料制品的耐火度較低,而隨制品中Al2O3含量的增加而提高,其耐火度一般為1580~1750℃。

②荷重軟化點。粘土磚的荷重軟化開始溫度在1350℃左右,其原因是磚內含有玻璃相,造成荷重軟化點溫度低。粘土質耐火材料制品的荷重軟化溫度比較低,通常都低于1300℃。從開始軟化至變形(壓縮)40%,其溫度間隔時在150~250℃之間。

③體積穩定性。粘土磚的使用溫度不能超過燒成溫度,否則會使體積收縮,使砌體磚縫加大。粘土質耐火材料的制造以軟質粘土為結合劑,由于在燒成過程中結合劑和熟料礦化不徹底,所以粘土磚在高溫下長期使用會因再結晶而產生不可逆的體積收縮(殘余收縮),這種現象稱為重燒線變化,對于粘土磚材料而言,要求殘余收縮率不超1%。粘土磚的重燒線變化,粘土質耐火材料制品的制造以軟質粘土為結合劑,由于在燒成過程中結合劑和熟料礦化不徹底,所以粘土磚在高溫下長期使用會因再結晶而產生不可逆的體積收縮(殘余收縮)或體積膨脹。此種現象稱為重燒線變化,對于粘土磚制品而言,要求殘余收縮率不超過1%。

④熱穩定性。粘土磚的熱穩定性好,因為磚內含有莫來石,膨脹系數小。另外磚內含有玻璃相,起到緩沖作用,使應力得不到發展。在850℃下可以經得住水冷10次。粘土質耐火材料制品的熱穩定性較好,加熱到1100℃時總的體積膨脹很小,而且變化均勻,所以抗溫度劇變能力強。普通熟料粘土磚的水冷次數為10~20次,多熟料粘土磚的水冷次數一般在50次以上,有的高達100次以上。

⑤抗渣性。粘土磚含有一定的SiO2,屬于弱酸性耐火材料。它能抵抗酸性渣的侵蝕,對堿性抵抗力差。粘土質耐火材料制品的主要化學成分為SiO2和Al2O3,而SiO2含量大于Al2O3,故粘土磚呈弱酸性,因此抗酸性爐渣侵蝕的能力比抗堿性爐渣侵蝕的能力強。

由于粘土磚具有以上特點,對于現代大容積焦爐來說,粘土磚不適用于高溫部位,而主要用于溫度較低又波動較大的部位,如爐門、上升管襯磚、小煙道襯磚、爐頂、蓄熱室封墻及格子磚等。因耐火磚原料來源廣泛、制造容易、成本較低,所以有些小型焦爐,可采用粘土磚砌筑,但在操作中,應嚴格控制溫度,以防止造成爐頂過早損壞。

三、高鋁磚

焦爐是用來生產焦炭的高溫窯爐,主要耐火材料有硅磚、粘土磚和高鋁耐火磚。焦爐的結構比較復雜,爐體主要由燃燒室、炭化室、蓄熱室和斜煙道等組成。焦爐碳化室是將煤炭焦化的一個區域,煤炭由爐頭進入并開始碳化,碳化好后通過爐門出焦,這時爐門區域會進入冷空氣使溫度降低,而這個部位需要抗熱震性能好、荷重軟化溫度高的高鋁磚來砌筑爐門,以保證爐頭部位的長期正常工作。焦爐的作用是將煉焦煤在隔絕空氣的條件下,經加熱分解、干餾、炭化為焦炭。

高鋁磚是Al2O3含量大于48%的硅酸鋁或氧化鋁質的耐火制品。根據制品中主要礦物的組成,將高鋁質耐火材料制品分為莫來石一剛玉質、剛玉一莫來石質、莫來石質、剛玉質4類。若按Al2O3含量的高低,普通用途的高鋁磚分為三級,即一級品Al2O3>65%;二級品Al2O355%~65%;三級品Al2O348%~55%。

從耐火度和荷重軟化溫度上看,不過高鋁磚的熱穩定性不如粘土磚好。高鋁磚具有較高的致密度,較低的氣孔率,較高的機械強度,耐磨性能也好。高鋁磚可以用在焦爐燃燒室爐頭及炭化室鋪底磚的爐頭部位,高鋁磚在高溫下易產生卷邊翹角,所以不適合用在炭化室墻面。

焦爐用高鋁磚的特點

(1)耐火度。高鋁磚的耐火度在硅酸鋁質耐火材料中是比較高的,隨著制品中Al2O3含量的增加,耐火度也會有所提升,一般不低于1750~ 1790℃。如Al2O3含量大于95%的剛玉制品,其耐火度可高達1900~2000℃。

(2)荷重軟化溫度。高鋁磚的荷重軟化溫度會隨著制品中SiO2和金屬氧化物含量的增加而降低,一般高鋁磚的荷重軟化溫度為1420~1530℃。而Al2O3含量大于95%的剛玉制品,其荷重軟化溫度達1600℃以上。

(3)抗渣性。因在制品中Al2O3含量高且呈中性,故對酸性或堿性爐渣均有較強的抗侵蝕能力。隨著Al2O3含量的增加,高鋁磚的抗渣蝕性也會提高。

(4)抗熱震性。在其制品中有剛玉和莫來石兩種晶體共存,而剛玉的線膨脹系數較莫來石的線膨脹系數大,故在溫度變化時由于制品內膨脹差異而導致應力集中,所以高鋁磚的抗熱震性較差。

(5)重燒線變化。高鋁磚的重燒線變化要根據制品的燒成程度而定。若燒成溫度足夠,燒成時閆充足,則體積穩定,重燒線變化小。反之,由于制品內部發生再結晶,就會導致產生殘余收縮。

鑒于高鋁磚具有上述特點,它主要適用于砌筑焦爐燃燒室爐頭和炭化室底部爐頭等部位,同時,因高鋁磚在高溫下會產生卷邊、翹角等情況,不宜用作炭化室墻面。

四、耐火泥

耐火泥是由粉狀物料和粘結劑組成的供調制泥漿。焦爐用耐火泥分為硅火泥、黏土火泥和高鋁火泥。砌筑硅磚時用硅火泥,砌筑粘土磚時用粘土火泥,砌筑高鋁磚用高鋁耐火泥。

硅火泥是由硅石、廢硅磚和結合粘土配制而成的。硅石是主要成分,硅石中SiO2含量越高耐火度就越高。加入廢硅磚粉是為了改善硅火泥與硅磚的高溫粘結能力,因廢硅磚粉與硅磚的膨脹基本相同,可使磚縫貼靠磚面,在硅火泥中廢硅磚粉含量在20%~30%之間。硅火泥中加入結合粘土,可增加火泥的可塑性,降低透氣性和失水率,一般加入量為15%~20%左右。

粘土火泥是由煅燒粘土(熟料)、廢粘土磚粉和結合粘土(生料)配制而成的。熟料是粘土火泥的主要成分,約占75%~80%,生粘土是結合劑,它的加入是為了增加粘土火泥的可塑性,降低透氣性和失水率。但配入量不宜過大,否則易產生裂紋,以配入20%~25%為宜。粘土火泥在溫度低于1000℃的焦爐上使用。

砌筑焦爐時,根據各部位的磚種和溫度的不同而采用不同的耐火泥。從燃燒室頂部到斜道區中、上部采用中溫硅火泥,從斜道區下部到蓄熱室中部采用低溫硅火泥,蓄熱室下部則采用加有水玻璃的低溫硅火泥。粘土火泥主要用于砌筑粘土磚部位和修補焦爐。

高鋁耐火泥是由高鋁礬土熟料和軟質粘土、結合劑、外加劑配制而成的干狀散裝料,屬于半成品。高鋁耐火泥屬于水硬性結合耐火泥,使用時需要加水攪拌,加熱后具有一定的強度和耐火溫度。高鋁耐火泥的粒度根據使用要求而異,其極限粒度一般小于1mm,有的小于0.5mm或更細。使用時要考慮砌筑的耐火材料性質。高鋁耐火泥通常與高鋁磚配合使用比較搭配,作為磚縫砌筑材料,可以采用涂抹法或噴射法施工。

砌筑焦爐用的耐火泥,常用做砌筑耐火磚砌體的粘結劑和涂層材料。要求在常溫下具有良好的可塑性和粘結性,以利施工;干燥后具有較小的收縮性,防止開裂;在使用溫度下能發生燒結或固結,有一定的強度,以保證爐體的堅固性和嚴密性;其耐火度和荷重軟化溫度應高于使用溫度。

五、耐熱混凝土

耐熱混凝土是由耐火骨料、膠凝材料和水按一定比例調制而成的泥料,是一種特種混凝土,它可以承受長期的高溫作用。使用的骨料常是礬土、高爐礦渣等,膠凝材料一般是礬土水泥、硅酸鹽水泥、磷酸和水玻璃等。

六、隔熱材料

我們通常將導熱系數小于0.8kJ/mh℃的建筑材料稱為隔熱材料。隔熱材料的氣孔小、氣孔率較大,有較低的機械強度,較小的體積密度。
焦爐的砌筑施工中,除了耐火磚和澆注料的應用外,隔熱材料也是焦爐砌筑中必須要用到的爐襯之一,隔熱材料(絕熱材料)類型不同,導熱系數不同。隔熱材料的物質構成不同,其物理熱性能也就不同;隔熱機理存有區別,其導熱性能或導熱系數也就各有差異。

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