焦?fàn)t焦炭的生產(chǎn)

1、-焦炭的生產(chǎn)-焦炭的生產(chǎn)焦?fàn)t是生產(chǎn)焦炭的設(shè)備。目前大型焦?fàn)t為一座焦?fàn)t年產(chǎn)焦炭100萬噸。并將生產(chǎn)焦炭過程的副產(chǎn)品進(jìn)行綜合利用。焦?fàn)t壽命已達(dá)到40年使用壽命。1焦炭作用-燃燒反應(yīng)高爐冶煉的燃料主要是焦炭，焦炭所含的碳素，除少數(shù)消耗于直接還原和溶入生鐵外，絕大部分下降至風(fēng)口與熱風(fēng)中的氧進(jìn)行燃燒反應(yīng)。焦炭在風(fēng)口發(fā)生燃燒反應(yīng)，一般生成CO2和CO兩種產(chǎn)物。在高爐特定條件下，由于有過量的灼熱碳素存在，完全燃燒生成的CO2在高溫下與固體碳作用生成CO，稱此反應(yīng)為碳的氣化反應(yīng)。2C焦O2CO2C焦CO22CO總反應(yīng)式：2C焦CO2CO3硅磚制品的性能技術(shù)特點(diǎn): 抗灰渣及其它化學(xué)侵蝕性能好。長(zhǎng)期耐高溫而不改變

2、高溫性能，如不熔化、不軟化，其中典型的產(chǎn)品硅磚具有荷重變形溫度高、波動(dòng)在16401680間、接近鱗石英和方石英的熔點(diǎn)（1670、1723）；并能承受一定的壓力及機(jī)械負(fù)荷而不變形，耐磨性好 。熱膨脹率低，抗高溫蠕變性能好 ，高溫體積穩(wěn)定 。在高溫下有較好的導(dǎo)熱性能。4焦?fàn)t-焦炭的生產(chǎn)焦?fàn)t是生產(chǎn)焦炭的設(shè)備。目前大型焦?fàn)t為一座焦?fàn)t年產(chǎn)焦炭100萬噸。并將生產(chǎn)焦炭過程的副產(chǎn)品進(jìn)行綜合利用。焦?fàn)t壽命已達(dá)到40年使用壽命。5煉焦工藝簡(jiǎn)介現(xiàn)代焦炭生產(chǎn)過程分為洗煤、配煤、煉焦、熄焦及煤氣和化工回收處理等工序。1 洗煤 原煤在煉焦前洗選，目的是降低煤中灰分和洗除其他雜質(zhì)。2 配煤 是將各種結(jié)焦性不同的煤經(jīng)洗選后

3、，按一定比例配合煉焦。目的是在保證焦炭質(zhì)量的前提下，節(jié)約日趨減少的主焦煤，盡可能多獲得一些化工產(chǎn)品。6焦?fàn)t-焦炭的生產(chǎn)3 煉焦 將配好的煤料，裝入煉焦?fàn)t的炭化室，在隔絕空氣的條件下，由兩側(cè)燃燒室供熱，隨溫度升高經(jīng)干燥、預(yù)熱、熱分解、軟化、半焦、結(jié)焦成具有一定強(qiáng)度的焦炭。煤結(jié)焦過程變化如下：A 干燥和預(yù)熱（50200）煤中水分蒸發(fā)和放出CH4和CO2等氣體B 熱分解（200300）放出氣體揮發(fā)物7焦?fàn)t-焦炭的生產(chǎn)C 軟化（300500）產(chǎn)生膠質(zhì)體D （500800）析出大量液體焦油及氣體揮發(fā)物，形成多孔半焦E 成焦（500800）產(chǎn)生較大的體積收縮，并開始炭化最后形成焦炭。經(jīng)過一個(gè)結(jié)焦周期（14

4、18h），由推焦機(jī)把焦炭從炭化室推出。8焦?fàn)t-焦炭的生產(chǎn)4 熄焦 熾熱的焦炭由熄焦車送出噴水熄焦、涼焦、或用CO2、惰性氣體等逆流穿過紅焦層進(jìn)行熱交換，焦炭冷卻到200以下，惰性氣體則升溫至800左右，送到余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽，這就是干熄焦法。這種方法對(duì)環(huán)境污染小，焦炭質(zhì)量高，同時(shí)可回收大量顯熱。我國(guó)正在推廣此法。9焦?fàn)t-焦炭的生產(chǎn)5 煤氣和化工產(chǎn)品回收 煉焦過程不僅產(chǎn)出焦炭，同時(shí)還逸出高熱值的煤氣及其他可提取化工產(chǎn)品的原料。每1000kg干精煤約可獲得冶金焦750kg,煤焦油1534kg,氨1.52.6kg,粗苯4.510kg,焦?fàn)t煤氣290350M310硅磚制品的性能硅磚制品的性能 技術(shù)特點(diǎn):

5、 抗灰渣及其它化學(xué)侵蝕性能好。長(zhǎng)期耐高溫而不改變高溫性能，如不熔化、不軟化，其中典型的產(chǎn)品硅磚具有荷重變形溫度高、波動(dòng)在16401680間、接近鱗石英和方石英的熔點(diǎn)（1670、1723）；并能承受一定的壓力及機(jī)械負(fù)荷而不變形，耐磨性好 。熱膨脹率低，抗高溫蠕變性能好 ，高溫體積穩(wěn)定 。在高溫下有較好的導(dǎo)熱性能。11SiO2的同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變SiO2的同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變 SiO2在常壓下有七個(gè)多晶轉(zhuǎn)變和一個(gè)非晶型變體，即-石英、-石英、-鱗石英、 -鱗石英、 -鱗石英、 -方石英、 -方石英和石英玻璃。鱗石英的生成和存在必須有雜質(zhì)離子（或礦化劑）存在。在純SiO2系統(tǒng)中，只有石英和方石英兩種變體。 礦化劑

6、的作用是加速石英在燒成時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榈兔芏鹊淖凅w（鱗石英和方石英）而不顯著降低其耐火度它還能防止磚坯燒成時(shí)因發(fā)生急劇膨脹而產(chǎn)生的松散和開裂12SiO2的同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變從SiO2系統(tǒng)狀態(tài)圖看，方石英熔點(diǎn)1723、鱗石英是1670、石英是1600。但方石英具有較高的體積穩(wěn)定性。硅磚中鱗石英具有矛頭狀雙晶相互交錯(cuò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因而使磚具有較高的荷重軟化溫度及機(jī)械強(qiáng)度。一般希望燒成后硅磚中含大量鱗石英、方石英次之、而殘余石英越低越好。13硅磚中SiO2變體的加熱晶型轉(zhuǎn)變示意圖 -鱗石英 117 -石英 -鱗石英 -方石英 573 163 180270 -石英 870 -鱗石英 1470 -方石英 1713 玻璃

7、相 - 1250 -14SiO2變體加熱晶型轉(zhuǎn)變的體積變化轉(zhuǎn)變溫結(jié)晶狀態(tài)轉(zhuǎn)化線膨脹率%體積膨脹率%117-163-鱗石英 -鱗石英+0.17+0.5200-270-方石英 -方石英+1.0+2.0 +2.8573-石英 - -石英+0.26 +0.45+0.86 +1.3870-1470-石英 -鱗石英+5.55+14.41250-石英 -方石英+6.00+17.41470-1723-鱗石英 -方石英+1.051670-鱗石英 - 液相+1.051723-方石英 - 液相0.115SiO2的同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變16SiO2變體加熱晶型轉(zhuǎn)變1 石英的熱力學(xué)穩(wěn)定范圍是從低溫至8702 鱗石英的熱力學(xué)穩(wěn)定范

8、圍是從870到1470.3 方石英的熱力學(xué)穩(wěn)定范圍是從1470至熔化溫度.17SiO2變體加熱晶型轉(zhuǎn)變礦化劑的作用是加速石英在燒成時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榈兔芏鹊淖凅w(鱗石英和方石英)而不顯著降低其耐火度.它還能防止磚坯燒成時(shí)因發(fā)生急劇膨脹而產(chǎn)生的松散和開裂.石英轉(zhuǎn)變?yōu)轺[石英或方石英時(shí),在礦化劑很少或幾乎沒有時(shí), -石英 就形成-方石英,這種轉(zhuǎn)變稱為干轉(zhuǎn)化.在干轉(zhuǎn)化時(shí),由于磚體的不均勻體積膨脹很大,而又無液相緩沖應(yīng)力,因而引起制品結(jié)構(gòu)松散和開裂,不可能制得良好的制品. 18硅磚制品的性能礦化劑與SiO2的共熔溫度：Na2O-SiO2(728)FeO-SiO2(1178)MnO-SiO2(1291)CaO-Si

9、O2(1436)MgO-SiO2(1543)TiO2-SiO2(1550)礦化劑與氧化硅形成液相的共熔溫度愈低,愈有利于燒成中形成的方石英通過液相向鱗石英轉(zhuǎn)變,礦化劑作用愈強(qiáng),鱗石英愈多,晶粒愈大.19硅磚生產(chǎn)工藝流程20硅磚燒成過程中物理化學(xué)變化硅磚燒成過程中物理化學(xué)變化在150以下從磚體排出殘余水分。在450時(shí)，Ca(OH)2開始分解，450500時(shí)Ca(OH)2脫水完畢，硅石顆粒與石灰的結(jié)合破壞，坯體強(qiáng)度大為降低。550650范圍內(nèi)，-石英轉(zhuǎn)變?yōu)?石英，并伴有0.82%體積膨脹21硅磚燒成過程中物理化學(xué)變化600700間，CaO與SiO2的固相反應(yīng)開始，坯體強(qiáng)度有所增加，反應(yīng)式為：2Ca

10、OSiO2-2CaOSiO22CaOSiO2SiO22(CaOSiO2)10001100有固熔體狀-CaOSiO2與FeOSiO2生成-CaOSiO2FeOSiO2CaOSiO2FeOSiO222硅磚燒成過程中物理化學(xué)變化CaOSiO2FeOSiO2部分地或全部地與雜質(zhì)和礦化劑作用生成液相。同時(shí)磚坯強(qiáng)度急劇提高。從1100開始，石英的轉(zhuǎn)變速度大大增加，坯體的密度也顯著下降，此時(shí)磚坯體積由于石英轉(zhuǎn)變?yōu)榈兔芏茸凅w而大為增加。23硅磚燒成過程中物理化學(xué)變化在13001350時(shí)，由于鱗石英和方石英數(shù)量增加，坯體密度降低得很多。當(dāng)加熱到13501430時(shí)，石英的轉(zhuǎn)變程度和由此產(chǎn)生的磚體膨脹大大增加，在這

11、一溫度范圍內(nèi)，加熱得越緩慢，石英熔于液相再結(jié)晶生成的鱗石英量越多，方石英生成量越少，磚體生成裂紋的可能性也越小。24硅質(zhì)耐火材料特點(diǎn)硅質(zhì)耐火材料特點(diǎn) 1 殘余石英1% 鱗石英65%2 硅質(zhì)耐火材料燒成綜合膨脹約為3%，燒成廢品率高，容易出現(xiàn)磚表面裂紋。25硅質(zhì)耐火材料特點(diǎn)為什么要選用二氧化硅質(zhì)耐火材料作為焦?fàn)t用耐火材料1.由鱗石英相的特性所決定2.性能價(jià)格比最優(yōu)（材料本身的性價(jià)比與工程造價(jià)的性價(jià)比、150050Hrs蠕變0.2%）26硅質(zhì)耐火材料特點(diǎn)八十年代當(dāng)我們開始研制大型焦?fàn)t用優(yōu)質(zhì)硅磚時(shí)所面臨的問題：1 殘余石英高（含量約35%）、優(yōu)質(zhì)硅磚要求1.5%。2 成品率太低（實(shí)際成品率約30%）

12、、正常成品率應(yīng)該是（8593%）主要廢品是表面裂紋、尺寸公差。27硅質(zhì)耐火材料特點(diǎn)1 如何降低殘余石英含量？選用的硅石在加熱過程中易于轉(zhuǎn)化、添加礦化劑、降低顆粒的臨界粒度、延長(zhǎng)燒成時(shí)間、添加適量廢磚等28硅質(zhì)耐火材料特點(diǎn)如何提高硅磚成品率？1 原料混合均勻2 半成品的干燥110脫水、500左右Ca(OH)23 成型過程工藝的合理性4 燒成過程溫度升溫速度和窯內(nèi)溫度均勻性晶型轉(zhuǎn)變過程29熱風(fēng)爐 熱風(fēng)爐 高爐冶煉過程是一個(gè)連續(xù)生產(chǎn)過程，全過程是在爐料自上而下、煤氣自下而上相互接觸過程中完成。爐料按一定料批從爐頂裝入爐內(nèi)，從風(fēng)口鼓入由熱風(fēng)爐加熱到10001300的熱風(fēng)，爐料中焦炭在風(fēng)口前與鼓風(fēng)中的氧

13、發(fā)生燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生高溫和還原性氣體，并還原鐵礦石中鐵氧化物為金屬鐵，礦石中未被還原的物資形成熔渣，實(shí)現(xiàn)渣鐵分離。30 耐火材料在熱風(fēng)爐上的應(yīng)用示意圖31 熱風(fēng)爐用耐火材料 1、熱風(fēng)爐的類型熱風(fēng)爐是高爐的主要熱工設(shè)備，一般每座高爐配置34座熱風(fēng)爐。目前主要有外燃式、內(nèi)燃式、頂燃式、球式等幾種類型。全國(guó)數(shù)以千計(jì)的熱風(fēng)爐，除小型高爐采用球式外，大多數(shù)都采用不同類型的外燃式、內(nèi)燃式、頂燃式熱風(fēng)爐。具統(tǒng)計(jì)，熱風(fēng)爐爐型采用外燃式的有63座，占調(diào)查熱風(fēng)爐總數(shù)的14.29%；采用內(nèi)燃式的有303座，占調(diào)查熱風(fēng)爐總數(shù)的68.7%；頂燃式62座，占調(diào)查熱風(fēng)爐總數(shù)的14.06%；球式13座，占調(diào)查熱風(fēng)爐總數(shù)的2.9

14、4%。 32熱風(fēng)爐根據(jù)我國(guó)高爐原料、燃料與操作技術(shù)條件，至少在一代高爐爐役期內(nèi)，使用11501200的高風(fēng)溫是比較切合實(shí)際的。少數(shù)達(dá)到12001250，高于1250，由于熱風(fēng)爐殼體的晶間應(yīng)力腐蝕破壞，長(zhǎng)期操作是不安全的。33 熱風(fēng)爐對(duì)耐火材料的要求 熱風(fēng)爐耐火材料長(zhǎng)期受重負(fù)荷和熱負(fù)荷的作用，還受溫度劇變的影響，此外還受含塵熱氣流的沖刷和侵蝕，其中蠕變變形是熱風(fēng)爐損毀的最主要原因。 拱頂耐火材料在高溫和荷重的作用下收縮變形，導(dǎo)致砌體下陷，爐墻和隔墻隨熱風(fēng)爐的大型化更易收縮和蠕變而變形、傾斜和倒塌；同時(shí)由于周期性的溫度波動(dòng)使耐火材料在熱應(yīng)力的作用下開裂而損毀；另外，燃?xì)庵械腇e2O3、CaO、Mg

15、O、Na2O、K2O、ZnO等成分的作用而使耐火材料軟化變形而損毀。34熱風(fēng)爐對(duì)耐火材料的要求在選擇耐火材料時(shí)，要求耐火材料具有：1）高溫強(qiáng)度及熱穩(wěn)定性好；2）抗蠕變能力強(qiáng)；3）抗熱震性好；4）熱容量大，換熱效率好。35 熱風(fēng)爐用耐火材料1）拱頂及大墻高溫區(qū)：硅磚、莫來石磚、硅線石、紅柱石磚或低蠕變高鋁磚；2）蓄熱室：蓄熱室上部采用硅質(zhì)格子磚，蓄熱室中部采用低蠕變高鋁磚、莫來石磚、硅線石、紅柱石磚等，蓄熱室下部一般采用黏土磚。3）燃燒室：硅磚、莫來石磚、或低蠕變高鋁磚、黏土磚。4）陶瓷燃燒器：莫來石質(zhì)或堇青石莫來石質(zhì)36熱風(fēng)爐高溫蠕變 當(dāng)材料在高溫下承受小于其極限強(qiáng)度的某一恒定荷重時(shí)，產(chǎn)生塑性

16、變形，變形量會(huì)隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，甚至?xí)共牧掀茐?，這種現(xiàn)象叫蠕變。耐火材料的高溫蠕變系指材料在恒定的高溫和一定荷重作用下，產(chǎn)生的變形和時(shí)間的關(guān)系。371.溫度 溫度升高，蠕變大。因?yàn)?升高，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和晶界錯(cuò)動(dòng)加快。三、晶界蠕變理論 多晶陶瓷中存在著大量晶界。當(dāng)晶界位相差大時(shí)，可以把晶界看成是非晶體，因此在溫度較高時(shí)，晶界粘度迅速下降。外力導(dǎo)致晶界粘滯流動(dòng)，發(fā)生蠕變。四、影響蠕變的因素382.應(yīng)力 蠕變隨應(yīng)力增加而增大. 若對(duì)材料施加壓應(yīng)力，則增加了蠕變的阻力。.顯微結(jié)構(gòu)的影響 多孔率增加，蠕變率增大。 晶粒越小，蠕變率越大。 玻璃相含量高, 蠕變率增大。 玻璃相對(duì)蠕變的影響取于玻璃相對(duì)晶相的

17、濕 潤(rùn)程度，不濕潤(rùn)完全濕潤(rùn)。39 玻璃相對(duì)晶相的濕潤(rùn)情況圖404.組成 組成不同的材料其蠕變行為不同。 即使組成相同，單獨(dú)存在和形成化合物，其蠕 變行為不一樣。5.晶體結(jié)構(gòu) 共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)程度增加，擴(kuò)散及位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)降低抗 蠕變性能就較好。41 無機(jī)材料的高溫蠕變 材料在高溫下長(zhǎng)時(shí)間的受到小應(yīng)力作用，出現(xiàn)蠕變現(xiàn)象，即時(shí)間應(yīng)變的關(guān)系。從熱力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，蠕變是一種熱激活過程。在高溫條件下，借助于外應(yīng)力和熱激活的作用，形變的一些障礙物得以克服，材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)發(fā)生了不可逆的微觀過程。42 1. 各階段的特點(diǎn)延伸率10-2864200 100 200 300 400 500 600 時(shí)間（小時(shí)）第一階段蠕變第二階

18、段蠕變第三階段蠕變 典型的蠕變曲線43起始段，在外力作用下，發(fā)生瞬時(shí)彈性形變，即應(yīng)力和應(yīng)變同步。（1） 彈性形變階段其特點(diǎn)是應(yīng)變速率隨時(shí)間遞減，持續(xù)時(shí)間較短，應(yīng)變速率有如下關(guān)系： U=d/dt=At-n 低溫時(shí)n=1，得：=Blnt 高溫時(shí)n=2/3，得： =Bt-2/3 此階段類似于可逆滯彈性形變。 （2）第一階段蠕變（蠕變減速階段或過渡階段）44此階段的形變速率最小，且恒定，也為穩(wěn)定態(tài)蠕變。形變與時(shí)間的關(guān)系為線性關(guān)系： =Kt此階段是斷裂即將來臨之前的最后一個(gè)階段。特點(diǎn)：曲線較陡，說明蠕變速率隨時(shí)間增加而快速增加。（3）第二階段蠕變（4）第三階段蠕變（加速蠕變）45材料高溫蠕變材料高溫蠕變的重要性 檢驗(yàn)材料的高溫蠕變性，了解它在高溫長(zhǎng)時(shí)間負(fù)荷下的變形特性是十分必要的。表征耐火材料高溫性能的指標(biāo)有：高溫抗折強(qiáng)度、高溫荷重變形溫度、高溫體積穩(wěn)定性、高溫蠕變等。46高溫抗折強(qiáng)度高溫抗折強(qiáng)度: 它是指材料在高溫下單位截面所能承受的極限彎曲應(yīng)力。它表征材料高溫下抗彎