某4000 m3级高炉炭砖侵蚀机理研究

大型高炉长寿化是实现炼铁工艺节能、减排、平衡成本与高产量的重要手段,而影响高炉寿命最重要的因素则是高炉炉缸炭砖的破损情况。本文对我国某4000 m3高炉炉缸炭砖的侵蚀行为进行了详细的分析,研究了炭砖的化学成分和物理性能的变化,讨论了残余炭砖热面的微观结构组成,得出了炉缸炭砖的侵蚀机理。结果表明,该4000 m3高炉炉缸炭砖的侵蚀在高度和圆周方向上较不均匀,在高度方向上,出铁口中心线以下2.1 m处的炭砖最为严重,圆周方向侵蚀最严重处则主要发生在铁口正下方与靠近铁口周围区域,炉缸侵蚀形貌整体“象脚形”。使用近15年后的高炉炭砖耐压强度大大降低,灰分含量明显增加,炭砖热面处富集有大量氧化锌与氧化钾及氧化钠。在炉缸炭砖砖缝间和炭砖脆化层内部发现有大量的锌沉积,有效证明了锌蒸气通过在炭砖表面的沉积和渗入是促进炭砖脆性层形成、降低炭砖抗铁水侵蚀能力、增加炉缸炭砖破裂的风险的重要原因。

在役高炉炉缸炭砖炉衬状态管理的本质--从热压炭砖在我国高炉上的应用谈起

简要回顾了热压炭砖在我国高炉上的应用历程,分析了热压炭砖应用典型案例,重点阐明了热压炭砖炉衬结构体的在役状态。在役高炉炉缸炭砖炉衬是一个由多层、不同物性物质组成的复合结构体,包括附着在炭砖表面的凝铁层、炉衬背面的炭素捣打料层,以及可能存在的气隙等实际占有空间的结构体。认为在役高炉炉缸炭砖炉衬状态管理的本质是解决炉衬结构体的传热体系问题,而在役高炉炉缸炭砖炉衬传热的主要影响因素包括两部分:一是炭砖热面的铁水流速;二是构成炉衬复合结构体(包括凝铁层、渗铁层、脆化层、气隙和炭素捣打料层等)的物性及厚度。

衡钢高炉炉缸炭砖侵蚀过快的原因浅析

衡钢1号高炉大修投产后不到2年,炉缸个别点温度最高上升到900℃左右,危及安全生产,被迫停炉中修。停炉后观察发现,炉缸炉底呈“象脚状”侵蚀,炉缸第1层炭砖侵蚀严重,最薄弱处炭砖残余厚度仅240mm,从残铁口扒渣门两边炉缸第7~9层炭砖中部可见明显的环裂缝。认为1号高炉炉缸炭砖侵蚀过快的原因主要是:(1)高冶炼强度操作,且炉缸直径偏小,致使炉缸铁水环流强;(2)炉缸炉底耐材部分指标不达标;(3)炭砖冷面与冷却壁之间的炭素捣打料层存在气隙;(4)Pb、Zn及碱金属等有害元素控制不力;(5)铁口深度合格率低。

首秦2号高炉炉缸炭砖温度上升治理探讨

高炉炉缸温差升高危害性很大,严重时会发生炉缸烧穿事故,对生产及人员的安全造成巨大的威胁,近些年国内高炉炉缸温差升高护炉主要采取控制合理产能、配加含钛炉料、提高冷却强度、堵风口、停风凉炉等措施。针对首秦2号高炉近几年炉缸温差升高后运行情况,主要介绍采取的相应措施及操作经验。

烧成微孔铝炭砖在高炉上的应用

烧成微孔铝炭砖具有优良的使用性能,是一种适合高炉炉缸到炉身中部区域的新型优质耐火材料。该砖已在14座大型高炉上推广应用,使用效果良好。

国内外高炉炭砖的现状及发展

对国内高炉用半石墨炭砖、微孔炭砖和模压炭砖与国外同类产品的质量进行对比分析,找出我国高炉炭砖的长处及与国际先进水平的差距,并对高炉炭砖的发展趋势进行了一些探讨。半石墨炭砖应当进一步提高抗铁水溶蚀性、提高导热系数、改进抗碱性、改进微气孔指标。高炉微孔炭砖的发展方向是提高导热系数和进一步提高微气孔指标,开发超微孔炭砖。

焙烧炭砖孔结构和热导率与硅粉加入量的关系

以电煅无烟煤(5～3、3～1、≤1及≤0.088 mm,w(固定碳)=95.17%,w(挥发分)=0.37%,w(灰分)=4.14%)、鳞片石墨(≤0.147和≤0.074 mm,w(固定碳)=96.5%)、棕刚玉粉(≤0.074 mm,w(A l2O3)=93.5%,w(TiO2)=2.3%)和硅粉(≤0.043 mm,w(Si)=96.37%)为原料,固定骨料与细粉的质量比为60∶40,细粉中硅粉和电煅无烟煤细粉总量固定为14%(质量分数),改变硅粉加入量(质量分数)分别为3%、5%、8%、10%、14%,以液态热塑性酚醛树脂为结合剂,乌洛托品作固化剂制成炭砖,于1 400℃3 h埋炭焙烧,借助于X射线衍射仪、压汞仪、激光导热仪、扫描电子显微镜和能谱分析仪等测试手段,研究了不同硅粉加入量的焙烧炭砖的孔结构及热导率。结果表明:因炭砖焙烧过程单质硅原位反应形成β-SiC、Si2N2O和石英等陶瓷相,填充、阻隔或封闭了气孔,故硅粉加入量控制着试样内部的气孔分布、平均孔径和孔径<1μm气孔的孔容积率;受材料组成和孔结构变化影响,炭砖的热导率也发生相应变化;随硅粉加入量增加,试样中孔径分布范围由宽变窄,平均孔径逐渐减小,<1μm孔的容积率增加,气孔呈微孔化趋势;当试样中硅粉加入量超过8%时,气孔的平均孔径<0.3μm,<1μm孔容积率超过70%,试样的热导率急剧下降。

高炉炉缸炭砖保护层的形成机理及影响因素

阐述了高炉炉缸炭砖保护层4种类型(即富铁层、富渣层、富石墨层和富钛层)的形成机理,并用案例印证了炉缸炭砖保护层是4种类型保护层综合作用的结果。重点阐明了影响炉缸炭砖保护层的若干因素,认为:(1)炉缸炭砖保护层形成和稳定的关键是砖衬热面温度,为此必须做好有关冷却系统的设计、建安、护炉及生产维护等工作;(2)要维持与冶炼强度相适应的炉腹煤气量来组织生产,以利于形成稳定的炉缸炭砖保护层;(3)控制好铁水成分,以减缓炭砖保护层的消蚀;(4)提高炉缸死料堆的透气性和透液性,有利于炉缸炭砖保护层的形成和稳定;(5)做好炉前出铁工作,是形成稳定保护层的有效保证。

高温炭砖的导热性能及其影响因素的研究

应用计算机运控的激光热导仪，对不同化学成份、密度和热历史的炭砖的导热系数进行了对比分析和研究。

铅对高炉炉底炭砖的侵蚀机制

为了防治铅对炉底衬砖的侵蚀,对被铅侵蚀的高炉炉底炭砖残砖试样进行了性能测试和显微结构分析,并重点分析了含铅量高的炉底炭砖的显微结构,研究了铅在炭砖中的存在形式和分布状态。结果表明:金属铅可以渗入炉底炭砖的气孔中;铅渗入炭砖对炭砖强度、抗氧化性、抗碱性等性能有明显的不利影响;铅对炭砖的侵蚀机制是铅渗透到炭砖的孔隙中氧化膨胀而破坏砖体;防治铅害的措施是尽量少用铅含量高的入炉原料,炉缸炉底采用超微孔炭砖,强化炉缸炉底冷却。

用热压工艺试制小炭砖

为了适应强化冶炼技术的需要,用热压成型法研制了2种类型的小炭砖,并进行了性能测试。结果表明,其理化指标可与美国 UCAR—NMA 及 NMD 型小炭砖相媲美,具有热稳定性好,低渗透性,高导热性及良好的抗碱蚀性能。

Ti(C,N)在炭砖中的原位形成及其对炭砖性能的影响

为了提升高导热炭砖的抗侵蚀性,以人造石墨(≤0.075、≤1 mm)、Si粉(≤0.045 mm)、Al粉(≤0.075mm)、活性Al2O3(2μm)为原料,酚醛树脂为结合剂,分别外加质量分数6%的TiO2、TiC微粉,经混料、成型,于1 200和1 400℃埋炭热处理后制备了高炉用炭砖试样,研究了TiO2、TiC微粉对试样的物相变化、微孔结构、热导率及抗铁水侵蚀等性能的影响。结果表明:经1 400℃埋炭热处理后,外加6%(w)TiO2试样原位生成了Ti(C,N)和TiN,而引入的TiC较为稳定,在热处理过程中未与其他组分发生反应,且外加6%(w)TiO2试样在SiC晶须的密集区生成了Ti(C,N),与其他试样相比,SiC晶须的量较多,长径比较大;外加6%(w)TiO2试样的平均孔径低于100 nm,小于1μm孔的孔容积率达90%,室温热导率达53.43 W·m-1·K-1;抗铁水侵蚀性试验显示,通过引入TiO2原位形成Ti(C,N)的炭砖试样,其抗铁水熔损性优于直接引入TiC的试样。

支持向量机算法对电锻煤基炭砖导热性能的优化及预报

导热系数是评价高炉炭砖性能的重要指标之一。本工作在传统电煅煤基炭砖的基础上,使用人造石墨逐步替换电锻煤细粉与骨料,系统研究了人造石墨引入量、焙烧温度等因素对炭砖导热性能的影响,并使用支持向量机回归建模分析算法建立了炭砖导热系数的数学模型。结果表明,人造石墨的加入有助于提升炭砖的导热系数,并降低导热性能的各向异性,但会影响炭砖的抗铁水溶蚀性能;由支持向量机建模分析得知,石墨含量与气孔直径对导热系数提高的影响较为明显;借助该建模方法获得了炭砖导热系数的预报拟合公式,该公式具有较高精度,可用于炭砖导热系数的优化与预报。

焙烧炭砖孔结构和导热系数与硅粒度变化关系

借助于X射线衍射仪、压汞仪、激光导热仪、扫描电子显微镜和能谱分析仪等测试手段,研究了分别含3种不同粒度硅粉(中位径分别为2.3、45.0、115.6μm)焙烧炭砖试样中的孔结构和导热系数的变化。结果表明,含硅粉的炭砖试样经焙烧后内部均生成-βSiC、Si2N2O和石英等相,粒度过粗,试样内有单质硅残留;随着硅粉粒度的减小,生成碳化硅晶须的长径比变小。对所选用的3种粒度硅粉,随着硅粉粒度的减小,焙烧后炭砖试样的孔径分布范围逐渐变窄,小于1μm气孔孔容积变大,而平均孔径变小。受炭砖试样组成和孔结构影响,硅粉粒度变小,导热系数下降。细小气孔容积与导热系数呈反比关系,即细小气孔增多,导热系数下降。

高炉炉缸用炭砖在高温含水条件下的氧化行为

借助于热重实验和电子扫描显微镜,研究了高炉炉缸用炭砖在不同气氛和温度条件下的氧化行为和氧化动力学。结果表明,炭砖的氧化行为受温度的影响很大;在同一温度条件下,气氛对炭砖的氧化反应有一定的影响,但温度越高这种影响越不明显;水蒸气的加入在一定程度上可以减缓炭砖的氧化反应;炭砖在高温条件下的氧化反应行为符合收缩核模型,在干空气、湿氩气、湿空气条件下的活化能分别为-13.110,-13.902,-27.959 k J/mol。

高炉炉缸炭砖用后结构形态及分析

通过采用保护性的调查手段,实测了高炉炉缸炭砖用后的侵蚀轮廓,获得了残砖结构的宏观和微观形态,分析了其中的残留物。同时,结合国内外部分高炉炭砖用后调查资料后指出,用后大炭砖不再是物性单一的均质体,而是转变为多段在传热方向上具有不同物性的特征。以出铁口标高为基准,其上下区域砖衬工作面上的附着物不同,残留砖衬脆化层中的外来异物不同。并据此推断脆化层的形成机理,为建立炉缸炭砖侵蚀模型提供依据。

高炉炭砖导热系数的测定

结合激光闪光法热扩散系数仪的测量原理,分析了影响炭砖导热系数测量结果准确性的试样因素。认为应取多个炭砖样品同时进行测定,才能取得具有统计意义的正确测量结果。

一种自焙炭砖的石墨化过程

在不同的自焙条件下，实验研究了鞍钢７＃高炉用自焙炭砖的石墨化过程．结果表明，石墨化率与自焙时间和温度成正比．由无定形炭向石墨转变的反应为准零级，其表观速度为常数．据实验结果可推断高炉条件下自焙炭砖石墨化率达到０．９０所需的时间至少为２５天以上，并认为提高自焙炭砖的初始石墨化率可缩短这一时间．

蓝晶石在炭砖中的原位分解及其对性能的影响

本文在炭砖中添加蓝晶石细粉,讨论了蓝晶石在炭砖中的反应过程及其对炭砖物相变化、显微结构与宏观性能的影响。结果表明,在高导热炭砖试样中添加蓝晶石,焙烧温度达到1300℃以上时发生莫来石化反应,其反应产物二氧化硅可与含碳组分发生碳化反应,有利于增加碳化硅晶须的生成量,改善试样微孔性能。

激光热扩散法测定高炉炭砖导热性能的研究

着重介绍了用激光法测定炭砖的导热系数,结合实际应用,分析了影响炭砖导热系数测定结果的因素,并提出了相应的解决措施。