熱風(fēng)爐用硅質(zhì)格子磚或低蠕變高鋁格子磚的適宜性

1、熱風(fēng)爐用硅質(zhì)格子磚或低蠕變高鋁格子磚的適宜性一、背景高爐生產(chǎn)上采取了精料方針及噴吹煤粉等措施，加上操作水平的提高，保證了爐子的穩(wěn)定順行，為高爐接受高風(fēng)溫奠定了基礎(chǔ)，回收熱風(fēng)爐煙氣余熱來預(yù)熱熱風(fēng)爐助燃空氣和煤氣等技術(shù)進步，解決了熱風(fēng)爐高溫熱源不足的矛盾，為熱風(fēng)爐達到高風(fēng)溫創(chuàng)造了條件，在此前提下，高風(fēng)溫(12OO以上)及長壽就成為熱風(fēng)爐運行的最主要目標，要保證熱風(fēng)爐具備較高的加熱能力(是指一代爐壽所能達到的平均風(fēng)溫水平，而不是某一階段所能達到的最高風(fēng)溫水平)，最主要的影響因素是合理的內(nèi)襯砌體結(jié)構(gòu)以及與之相適應(yīng)的耐火材料。近年來，在全國新建的頂燃式熱風(fēng)爐格子磚選用的耐火材料也從一般的高鋁磚和粘土磚，

2、到采用高溫特性較好的優(yōu)質(zhì)高鋁磚和硅磚，特別是在熱風(fēng)爐高溫區(qū)必須采用低蠕變耐火材料這一觀點已為生產(chǎn)廠人員所接受。由于各種原固，目前我國1000m3以下高爐熱風(fēng)爐高溫區(qū)用磚有許多采用高鋁質(zhì)耐火材料，主要原因是同硅磚相比高鋁質(zhì)耐材具有容量大且附加值高，對耐火材料生產(chǎn)廠而言其經(jīng)濟效益顯著，所以，低蠕變高鋁質(zhì)磚成為全國各個耐火材料廠竟相研制開發(fā)的目標，各種名稱的低蠕變磚相繼問世，從“低蠕變磚”到“高抗蠕變磚”等，對其性能，質(zhì)量各家均稱萬無一失，但據(jù)耐火材料專家評價，目前我國生產(chǎn)的低蠕變制品主要是加入膨脹劑，通過其奠來石化所產(chǎn)生的膨脹來抵抗蠕變壓縮，即所謂“以脹抵縮”，從理論上講，通過調(diào)整膨脹劑的配比、粒

3、度等，可以生產(chǎn)任何蠕變要求的耐火制品(部分生產(chǎn)廠測定的蠕變指標甚至為正值)，然而當制品生成莫來石的反應(yīng)結(jié)束時，其抵縮作用將失效，抗蠕變能力將大大降低，特別是對礬土加三石體系的耐火磚，由于莫來石化反應(yīng)為晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，持續(xù)的時間較短，國內(nèi)近年來新建(改建)以及正在建設(shè)的高爐熱風(fēng)爐用高鋁質(zhì)耐火材料，大多數(shù)是采用該方法生產(chǎn)的，因此其能否滿足熱風(fēng)爐一代爐齡10-20年的要求，還有待時間的檢驗。事實上低蠕變高鋁格子磚頻繁在唐山港陸鋼鐵有限公司和其他廠運行3-5年發(fā)生變形扭曲等現(xiàn)象，可以說采用礬土加三石體系的格子磚在高溫區(qū)使用并不是特別適應(yīng)的。由于高鋁質(zhì)耐火材料的抗侵蝕性不如硅磚，所以目前國內(nèi)大多數(shù)在高

4、溫區(qū)采用高鋁磚的熱風(fēng)爐在其上部格子磚出現(xiàn)了不同成度的侵蝕現(xiàn)象，即所謂的“渣化”，從而造成格子磚的孔洞堵塞影響了熱風(fēng)爐的使用壽命。為此除必須嚴格控制熱風(fēng)爐燃燒煤氣的含塵量外，研究和生產(chǎn)抗侵蝕能力強的高鋁質(zhì)耐材也是科研單位和耐火材料廠需要解決的課題.蓄熱室中間偏上部位的格子磚仍處于較高的溫度區(qū)，同時該區(qū)域內(nèi)的格子磚還承受著上部格磚的荷重，于是就產(chǎn)生了格磚的坍塌現(xiàn)象。也就是說，在準高溫區(qū)格子磚的損壞主要是由于蠕變造成格子磚的不均勻下沉而引起的，特別是當格子磚斷面上的高溫氣流分布不均時，情況尤為嚴重。對蓄熱室中、下部格子磚，通常采用高鋁質(zhì)、粘土質(zhì)耐火材料。隨著大型熱風(fēng)爐蓄熱室高度的增加，上部格子磚對下

5、部耐材的壓力也越來越大，另外，根據(jù)國外對大型高溫熱風(fēng)爐格子磚的破損調(diào)查，發(fā)現(xiàn)下部格子磚因周期溫度波動的影響，引起格子磚的龜裂、破碎的現(xiàn)象在不斷增加，因此對下部粘土磚除必須繼續(xù)控制其蠕變特性外，對制品的常溫耐壓強度、熱震穩(wěn)定性次數(shù)必須提出了更高的要求，二、我國和國外對蠕變率的要求表1我國YB/5016-2000熱風(fēng)爐用低蠕變高鋁格子磚理化指標如下：項 目單位DRL-155DRL-150DRL-145Al2O3%756565顯氣孔率%202121體積密度2.652.852.652.852.50270常溫耐壓強度MPa606060蠕變率 02MPa*5h%15000.815000.814500.8重

6、燒線變化率(TX 2h)%1550-0.20.11550-0.20.11550-0.20.1表2 某國生產(chǎn)的低蠕變高鋁格子磚理化指標項 目單位9O Al75 Al耐火度l880l880顯氣孔率%16I81517體積密度2.923.12.682.8常溫耐壓強度MPa96.198157重燒線變化率(TX 2h)%16500165000.2MPa荷重軟化點16501580熱態(tài)線膨脹(1000'C)%0.650.52蠕變率 0.196MPa一5dh%15000.515000.5Al2O3%9176.2SiO2%7.922.1Fe2O3%0.50.8從我國標準和國外對比可以看出：我國熱風(fēng)爐用低蠕

7、變高鋁磚存在以下不足：1、蠕變率較高；2、顯氣孔率較高；3、常溫耐壓強度較低；4、對0.2MPa荷重軟化溫度沒做規(guī)定要求；5、對雜質(zhì)成分及Fe2O3沒有要求；6、重燒線變化率大在使用過程中相應(yīng)可能會產(chǎn)生以下問題：1、長期使用會導(dǎo)致變形幾率大；2、對煤氣中的灰塵吸附強；3、在荷重情況下，變形幾率增大；4、有些產(chǎn)品不考慮荷重軟化溫度，導(dǎo)致荷重軟化溫度較低，變形幾率增大；5、低熔點物質(zhì)出現(xiàn)，可能和磚體形成低共融物，導(dǎo)致磚體被侵蝕；6、重燒線變化不均勻。可見我國熱風(fēng)爐用低蠕變高鋁格子磚的門檻準入較低，或許是熱風(fēng)爐用低蠕變高鋁格子磚使用中出現(xiàn)問題的伏筆。目前，國外高鋁質(zhì)耐火材料的蠕變指標已達到較高的水平

8、，達到蠕變率小于等于0.2%，我國高鋁質(zhì)耐火材料的蠕變率指標在相應(yīng)條件下均為0.8% ，同世界先進水平相比還有較大的差距，筆者熱認為熱風(fēng)爐用低蠕變格子磚應(yīng)該制定更為嚴格的技術(shù)標準，具體的指表要求可參考表1表1 熱風(fēng)爐用格子磚理化性能項 目單位硅磚高鋁磚高鋁磚粘土磚耐火度1710183018101760顯氣孔率%1821.515191823152o體積密度2.452.62.352.52.052.2真比重2.32.33常溫耐壓強度MPa3468.649984478.53958.8重燒線變化(TX2h)%150001500015000135000.2MPa荷重軟化點1615165015801380熱

9、態(tài)線膨脹(100)%1250.520.520.54蠕變率 0.2MPa一5dh%14000.214000.213000.211500.2耐剝落性試驗350(1h)次10無龜裂10無龜裂10無龜裂Al2O3%0.5170-7265-66.536-38.5SiO2%95 96Fe2O3%0.511.01.71.01.71.52.5Na2o+K2o%0.60.63熱風(fēng)爐低蠕變高鋁格子磚必須在蠕變率、重燒線變化率、熱震穩(wěn)定性、顯氣孔率、雜質(zhì)含量方面提高檔次，才能更好的用于熱風(fēng)爐高溫區(qū)，可又涉及到耐火材料廠成本和用戶投資增大的問題。三、國內(nèi)熱風(fēng)爐高溫區(qū)用格子磚的趨勢1、首鋼京唐5500m3高爐熱風(fēng)爐蓄熱

10、室從上往下依次為：硅質(zhì)格子磚、紅柱石格子磚、低蠕變粘土質(zhì)格子磚、粘土質(zhì)格子磚。2、萊鋼銀山1#2#1880m3高爐；萊鋼銀南1#2#1080m3高爐；萊鋼股份1#2#1000m3高爐和3#4#750m3高爐熱風(fēng)爐蓄熱室在整個高度格子磚分布為：1/3硅磚；1/3低蠕變高鋁磚或紅柱石磚；1/3低蠕變粘土磚。3、包鋼1513m3高爐蓄熱室格子磚從上而下分別采用硅磚、低蠕變高鋁磚、高鋁磚和粘土磚,最下面幾層也采用低蠕變高鋁磚,以增加耐壓強度。4、本鋼2600m3高爐熱室格子磚從上而下分別采用硅磚、低蠕變高鋁磚、低蠕變粘土磚。5、馬鋼新2#2500m3高爐熱室格子磚從上而下分別采用硅磚、低蠕變高鋁磚、低

11、蠕變粘土磚。6、八鋼2500m3高爐熱室格子磚從上而下分別采用硅磚、低蠕變高鋁磚、低蠕變粘土磚。7、大豐聯(lián)鑫鋼鐵公司600m3高爐熱風(fēng)爐蓄熱室高溫區(qū)采用硅質(zhì)格磚?？梢钥闯觯簢鴥?nèi)大型高爐熱風(fēng)爐高溫區(qū)無一例外的采用硅質(zhì)格子磚，中小型高爐已有極大部分在熱風(fēng)爐蓄熱室高溫區(qū)采用硅質(zhì)格磚。四、硅質(zhì)格子磚和高鋁質(zhì)格子磚優(yōu)缺點硅質(zhì)耐火材料屬于酸性耐火材料，對CaO、FeO、Fe2O3等氧化物有良好的抵抗性，具有荷重軟化溫度高、高溫體積穩(wěn)定、熱導(dǎo)率高等優(yōu)點，但低溫（800以下）熱穩(wěn)定性較差，具體變現(xiàn)為：荷重軟化溫度可高達（1640-1680），接近鱗石英的熔點（1670），且800以上熱穩(wěn)定性非常好，能適應(yīng)溫度

12、的較大變化；熱風(fēng)爐用硅磚以鱗石英為主晶相，在高溫負荷下體積穩(wěn)定蠕變率低，其抗粘附性能也優(yōu)于其它耐火材料，使用得當可使熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。但在200300和573時因晶型轉(zhuǎn)變，體積驟然膨脹，易造成結(jié)構(gòu)損壞，因而600以下應(yīng)避免劇烈的溫度變化。高鋁質(zhì)耐火材料同硅磚相比荷重軟化溫度較低、高溫體積穩(wěn)定性差、但高鋁質(zhì)耐材具有容量大和熱震穩(wěn)定性較好的優(yōu)點。 目前熱風(fēng)爐采用的燃料基本上是高爐煤氣，高爐煤氣不可避免的要攜帶一些灰塵，灰塵的主要成分見下表：名稱Na2oK2o全鐵CaOMgOSiO2除塵灰0.780.2624.325.832.116.61硅質(zhì)耐火材料對煤氣中的灰塵吸附較小且對CaO、FeO、Fe2

13、O3等氧化物有良好的抵抗性，而高鋁質(zhì)耐火材料對煤氣中的灰塵吸附強且主要成分為Al2O3易與灰塵中CaO和全鐵形成低共融物，和格子磚機體發(fā)生吸附進而滲透而侵蝕。從損害機理來說，高鋁質(zhì)耐火材料對煤氣中的灰塵適應(yīng)性較差。低蠕變高鋁磚和硅磚相比具有性能差和價格昂貴的缺點。高風(fēng)溫熱風(fēng)爐高溫區(qū)采用硅磚是合理的選擇，國外熱風(fēng)爐高溫區(qū)幾乎全部采用了硅磚。五、生產(chǎn)操作對格子磚使用的影響格子磚是熱量的“儲存器”，格子磚孔的大小除了取決于燃燒氣體的凈化程度外，還取決于生產(chǎn)中的風(fēng)量。風(fēng)量大，說明高爐需要熱風(fēng)爐提供的風(fēng)溫要高，因此熱風(fēng)爐存儲的熱量要多，這就需要增加格孔數(shù)量，加大蓄熱面積，增加蓄熱能力，然而這樣會造成格孔

14、堵塞，阻力增加，不利于傳熱；熱風(fēng)爐在送風(fēng)時承受的強度高時，就需要減少格孔數(shù)量，增加格子磚的強度，但會造成熱量浪費。因此需要合理配置蓄熱面積和強度。在實際生產(chǎn)中，熱氣流從上到下流經(jīng)蓄熱磚體時，磚體依次達到接近飽和狀態(tài)，然后熱量被廢氣帶人煙道。當保證設(shè)計的正常換爐次數(shù)時，格子磚的膨脹和收縮都是有規(guī)律的進行，磚與磚之間達到最小程度的壓擠，強度滿足要求。反之出現(xiàn)送風(fēng)時間不均時，為了在相等時間內(nèi)達到相同熱量而人為地造成在單位時間、單位空間內(nèi)熱量過?；虿蛔?，熱量在氣流的帶動下，蓄熱磚體局部過熱或過涼，改變了格子磚的膨脹和收縮規(guī)律，強度下降，格子磚破碎，造成蓄熱磚體有死區(qū)，蓄熱量下降，風(fēng)溫隨之下降。因此，保證合理操作(換爐次數(shù)正常，送風(fēng)、燃燒時間均勻)是熱風(fēng)爐高風(fēng)溫和長壽的重要保證。六、結(jié)論和建議1、目前靠“以脹抵縮”生產(chǎn)的低蠕變高鋁格子磚不太適宜