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    1. 長興安信機電設備有限公司
      技術服務
      TECHNICAL SERVICE
      品種
      說明
      INSTRUCTION
      耐火材料是耐火度不低于1500℃的無機非金屬材料,用作高溫窯爐與高溫容器等熱工設備的結構材料及高溫裝置中的元部件材料。耐火材料是為高溫技術服務的基礎材料,主要應用于鋼鐵工業、有色金屬工業、建筑材料工業、石油化學工業、機械工業等部門。
      國民經濟噸鋼產量所消耗的耐火材料公斤數稱耐火材料綜合消耗指標。它是衡量一個國家工業水平,尤其是耐火材料質量的重要標志。中國1949年以后,歷年來耐火材料綜合消耗指標變化見圖。從圖中看出,中國自1950年以來,消耗指標有明顯的降低,但與工業先進國家相比仍高出3~6倍,主要原因是耐火材料品種與質螢不能完全適應工業發展的要求。冶金行業消耗耐火材料量約占總消耗量的60%~70%。工業發展的歷史證明,耐火材料的品種和質量對冶金技術,尤其是鋼鐵冶煉技術的發展起著關鍵作用,而冶煉技術的革新與進步,又對耐火材料的更新換代提出更高的要求。兩者互為促進,相輔相成,共同發展。
      耐火材料組織結構對使用性能的影響 耐火材料在高溫使用過程中承受各種物理、化學作用的影響,發生熔蝕、磨損或崩裂而導致損毀。因此耐火材料必須具備適應各種工作條件的性能,而性能與組成及結構有著極為密切的關系。
      化學組成是耐火材料的基本特征,主要成分則是耐火材料特征的基礎,因此成分和數量直接決定著耐火材料的性能。耐火材料制品同時又是礦物組成體,制品的性質是其組成礦物和微觀結構的綜合反映,因此不能單純從化學組成來分析對制品性能的影響。而耐火制品的礦物組成又取決于其化學組成和工藝條件。盡管化學組成相同,如果加工條件不同,所形成礦物相的種類、數量及晶態也會有差別,制品的性能亦各異。但是,必須強調指出耐火材料宏觀組織結構也是影響使用性能的重要因素,而性能指標又能反映出耐火材料的內在結構。例如:表示致密程度的性質氣孔率、體積密度、真密度;表示氣體透過難易程度的性質——透氣度;表示熱學性能的性質——線膨脹系數、熱導率、熱容及溫度傳導性;表示力學性能的性質——常溫和高溫耐壓強度、高溫抗折強度、高溫扭轉強度、高溫蠕變性及彈性模量;表示高溫性能的性質——耐火度、高溫荷重軟化溫度、高溫體積穩定性、抗熱震性及抗渣性。因此,使用部門必須從熱工設備的特點及工藝要求出發,根據耐火材料的化學組成、礦物與微觀結構、宏觀組織與性能指標進行精心選擇,以達到預期的使用效果。
      爐窯用耐火材料主要介紹冶金行業爐窯所用的耐火材料。
      焦爐
      焦爐發展的趨勢是擴大炭化室容積及減薄燃燒室和炭化室之間的隔墻,以縮短結焦時間并提高生產能力。焦爐的爐頂、燃燒室、炭化室、斜道區及蓄熱室主要采用硅磚,其余部分使用粘土磚,爐頭部分則采用高鋁磚。砌筑現代化大型焦爐要求采用高強度、高密度低膨脹硅磚,以強化爐體結構并提高爐墻的導熱效果。(見焦爐用耐火材料)
      高爐及熱風爐
      高爐日趨大型化,并采用高壓爐頂、高風溫、綜合噴吹以及微機控制等新技術強化冶煉,因而耐火材料使用條件極為苛刻。高爐爐喉、爐身一般采用粘土磚或高鋁磚,爐腰和爐腹采用莫來石磚、剛玉磚及鉻剛玉磚等。20世紀70年代開始使用氮化硅結合的碳化硅磚等特殊耐火材料。爐缸大多采用碳磚、微孔與超微孔碳磚,以及陶瓷耐火材料與碳磚的復合材料砌筑。(見高爐用耐火材料)
      熱風爐用耐火材料的選擇主要取決于熱風溫度,當風溫低于900℃,普遍采用粘土磚;風溫900~1000℃時,高溫部位的襯磚與格子磚則選用高鋁磚、莫來石磚或硅線石磚;風溫高于1100℃,必須選用低蠕變性的高鋁磚、莫來石磚、硅磚及堇青石磚作為襯磚及格子磚。(見熱風爐用耐火材料) 鐵水預處理設施 鐵水預處理是生產優質不銹鋼和低磷鋼,提高轉爐精煉效率的重要措施。鐵水在脫硅、脫磷及脫硫過程中,由于熔劑的作用,爐渣堿度從0.5波動至3.0以上,對容器的內襯產生嚴重的侵蝕。鐵水預處理容器渣線部位用不燒Al2O3-Si2-C磚砌筑,渣線以下則采用不同檔次的Al2O3-Si2-C磚。(見鐵水預處理用耐火材料)
      氧氣轉爐
      轉爐的發展方向為大型化、高溫化及頂底復吹化。由于爐身各部位使用條件的差異,爐襯侵蝕速度極不均一。故選用不同品種與質量的襯磚綜合砌筑。爐口、爐帽、爐身裝料側、渣線、耳軸部位、出鋼口及爐底風口部位等易損區主要采用鎂碳磚、鎂白云石碳磚,其它部位及爐底風口部位等易損區主要采用鎂碳磚、鎂白云磚及燒成油浸鎂白云石磚等。(見轉爐用耐火材料)
      電爐
      電爐發展的方向為高功率和超高功率電爐及直流電弧爐。前者的特點是單位時間內輸入的熱能大幅度增加,熔化時間顯著縮短,對耐火材料的要求更加苛刻。后者則具有節約電能與石墨電極消耗低等經濟效益。爐頂由硅磚改用Al2O3為75%~85%的高鋁磚、直接結合鎂磚、鎂鉻磚及鎂碳磚。作為薄弱環節的爐墻渣線區和熱點部位主要選用熔鑄鎂鉻磚、直接結合或再結合鎂鉻磚及鎂碳磚。熔池堤坡上部的渣線部位多采用與爐墻熱點部位相同或類似的磚,爐底以燒結良好的鎂砂或電熔鎂砂搗打制成。直流電弧爐由于增加了底電極,爐底結構較復雜,所用材質相同,但對導電性能有一定要求,壽命也相應低些。(見電爐用耐火材料)
      平爐
      平爐已逐漸被氧氣轉爐取代。中國仍保留了部分平爐。自采用氧氣頂吹操作后,強化了冶煉強度,爐襯損毀較快。爐頂已從過去采用硅磚,改為鎂鋁磚,鎂鉻磚及方鎂石一鎂鋁鉻復合尖晶石磚。爐底工作層為電熔鎂砂燒結層,堤坡全部采用鎂磚。沉渣室頂用高鋁磚或鎂鋁磚砌筑,蓄熱室下部格子磚采用粘土磚,中、上部則用高鋁磚,上部也有使用鎂橄欖石磚的。(見平爐用耐火材料)
      爐外精煉爐
      爐外精煉技術的采用是生產潔凈鋼、提高初煉爐效率及保證連鑄順行的重要手段。迄今i耐用于工業生產的爐外精煉方法雖多達數十種,但脫氣、排除雜質、調整成分與調節溫度等精煉操作大多在盛鋼桶中完成。精煉裝置用耐火材料在高溫、真空及爐渣堿度與鋼液中氧氣濃度變化大的環境下,并經受熱震蕩及鋼液與爐渣的沖刷與侵蝕,因而對其質量要求極為嚴格。根據精煉工藝及應用部位的不同,最常用的有鎂碳磚、鎂白云石碳磚、直接結合鎂磚、鎂鉻磚、電熔再結合鎂鉻磚及熔鑄鎂鉻磚等。鋼纖維增強高鋁澆注料、低水泥澆注料及無水泥低水分澆注料等亦開始應用。(見爐外精煉用耐火材料)
      鑄鋼設備
      連鑄中間罐主要使用硅質或鎂質絕熱板作內襯,罐內安裝的過濾器主要為氧化鈣質、氧化鋯質、氧化鋁質或氧化鋯一氧化鋁質耐火材料。整體塞棒主要采用鋁碳質材料,滑動水口現采用鋁碳質、莫來石質、剛玉質、鉻剛玉質與鋁碳質滑板。長水口則采用熔融石英及鋁碳質材料,亦有采用氧化鋁氧化鋯質復合材料的,浸入式水口現主要采用鋁碳及鋁碳鋯碳質復合材料。定徑水口主要用鋯英石質或鋯質材料。水平連鑄用分離環從主要選用單一的氮化物進而采用氮化硅~氮化硼與賽隆氮化硼等復合材料。 盛鋼桶用耐火材料,由于多爐連鑄和冶煉潔凈鋼的需要,盛鋼桶容積不斷擴大,鋼水溫度提高,盛鋼時間延長及對鋼水吹氬等綜合因素的影響,耐火材料使用條件日益苛刻。發展趨勢之一是渣線和其它易損蝕部位采用鎂白云石碳磚、鋁鎂尖晶石磚、鎂鉻磚、鎂碳磚和鎂鋁碳磚等。另一趨勢是內襯整體化,采用鎂鋯質等澆注料以模型芯振動法成型。(見鑄錠用耐火材料,連續鑄鋼用耐火材料)
      加熱爐、均熱爐與熱處理爐
      此類爐子操作溫度除均熱爐在液態排渣時可達1500℃外,一般均不超過1400C。但爐底和爐墻根部常受熔融氧化鐵皮渣的侵蝕,損毀較為嚴重,加熱爐爐底工作層用磚從高鋁磚或鎂磚改用電熔莫來石磚或剛玉磚。其余部位采用的耐火材料除粘土磚、高鋁磚外,還使用高鋁水泥或磷酸鹽耐火澆注料預制塊,高鋁碳化硅澆注料。爐內滑道低溫區采用耐熱鑄鋼與高鋁一碳化硅座磚,高溫區則采用棕剛玉一碳化硅座磚。此外,為了節約能源還大量使用耐火纖維,漂珠磚等隔熱材料。(見加熱爐用耐火材料、均熱爐用耐火材料、熱處理爐用耐火材料)
      有色金屬冶煉爐
      有色金屬種類繁多,冶煉方法不一,熔體熔化溫度低,流動性好,排渣量大,但物料焙燒與金屬冶煉爐的溫度不高。對耐火材料有特定的要求,耐火材料耗量約占總用量的5%~8%。20世紀80年代以來,有色金屬工業技術進步,迅速發展了閃速熔煉、富氧吹煉及閃速焙燒等新技術,對耐火材料性能的要求愈來愈苛刻,尤其是爐體的關鍵部位要求更為嚴格。除使用粘土磚、硅磚及高鋁磚外,高強度不定形耐火材料與耐火纖維制品,碳質與碳化硅制品以及直接結合鎂鉻磚與熔鑄鎂鉻磚等等,均已在不同領域中應用。(見煉銅爐用耐火材料、煉鋅爐用耐火材料、煉鉛爐用耐火材料、煉鎳爐用耐火材料、煉鋁用耐火材料)
      耐火材料應用的特點 隨著工業的發展,耐火材料應用范圍不斷擴大,耐火材料功能日益顯著,耐火材料單耗大幅度下降。
      耐火材料應用范圍不斷擴大
      隨著冶煉技術的發展,耐火材料的品種與質量發生重大變化。從氧化物和硅酸鹽為主演變為以氧化物、非氧化物和石墨復合為主(含以非氧化物為主)。如高爐爐身用氮化硅結合的碳化硅制品逐步取代高鋁磚和剛玉制品。鎂碳磚與鎂白云石碳磚已廣泛應用于氧氣轉爐、電爐,并擴大至爐外精煉裝置與盛鋼桶。碳結合制品,如鋁碳質、鋯碳質、鋁鋯碳質等制品已成為連鑄用耐火材料的主要制品。氧化鋁一碳化硅一碳質制品已成功地用于砌筑鐵水預處理裝置上。熔鑄鎂鉻磚、燒結鎂鉻磚及碳化硅磚等在有色金屬冶煉領域中得到充分的應用。
      氧化物制品如氧化鎂、氧化鋁、氧化鉻及氧化鋯等也隨著使用要求的提高得到了發展,其中也包括相應的不定形材料與隔熱耐火制品。
      制品品種、質量的改進與提高,原料也從以天然為主演變到以天然精選和人工合成并用。加工工藝更加嚴格遵循精料、精配、精混、高壓、高溫、精整與采用復合技術及引用微米級超細粉配料等原則。通過調節控制顯微結構特征,改善、提高高溫性能,優化力學性能,抗熱震性能和抗侵蝕性能,并借無損檢測手段,嚴格控制質量。
      不定形耐火材料應用范圍從低、中溫領域向高溫領域逐步擴大,不定形耐火材料作為新型筑爐材料,具有生產周期短、節省生產能耗、施工簡便、使用過程中整體性強及綜合使用效果好等優點,已受到日益廣泛的重視,有進一步取代某些燒成制品的趨勢。其中澆注料由于低水泥、超低水泥和無水泥耐火澆注料的相繼開發以及人工合成原料與電熔原料的采用,品種不斷擴大,質量明顯提高,其用量約占不定形耐火材料總用量的50%。不定形耐火材料應用的范圍已從低中溫領域向高溫領域,由氣氛爐向接觸金屬熔液的熔煉爐發展。如燒結機的點火爐和保溫爐采用高鋁可塑料作為內襯,壽命已超過磚砌內襯。高爐出鐵溝采用剛玉、碳化硅等高級合成原料配制的澆注料內襯,經連續修補,通鐵量可達50~100萬t,滿足了高爐強化冶煉的要求。又如,水冷及爐底出鋼電爐,在每噸鋼消耗5~6kg耐火材料中,不定形料占4~5kg。采用優質原料澆注振動成型的整體化盛鋼桶內襯已成為構筑桶襯的發展方向。連鑄用不定形耐火材料品種增加,部位日益擴大,如鎂鉻質涂料用作中間罐工作層,超低水泥結合的致密高強澆注料制成的凈化鋼水的擋渣堰板等均取得了成功。爐外精煉方面以鋼纖維補強的高純鋁鎂質澆注料成功地應用于CAS浸漬管;以電熔超高鋁水泥結合的剛玉質澆注料用作RH的吸管內襯等均取得滿意的效果。加熱爐從采用高鋁水泥結合的澆注料、可塑料,改進為粘土結合澆注料。使用壽命顯著超過粘土磚。
      耐火材料功能化
      耐火材料主要用作高溫窯爐與高溫容器等熱工設備的結構材料。隨著冶煉技術的發展,在某些冶煉工藝環節中需要使用性能超越金屬材料的耐火材料作為工作部件,這些工作部件(耐火材料制品)除了耐火材料固有的性能外,還必須具備冶煉工藝對其要求的特定功能。這就開辟了耐火材料功能化的新途徑。它主要包括連鑄系統中節流鋼水用的滑動水口、中間罐節流鋼水用的吹氬整體塞棒、防止鋼水在澆注過程中二次氧化的長水口及浸入式水口、濾除鋼水非金屬夾雜物的過濾器以及頂底復吹轉爐、底吹電爐與盛鋼桶用供氣元件,作為噴射冶金關鍵部件的陶瓷噴射器等。這些耐火材料作為連鑄機組中的一環,是重要的工作部件,除了要求優良的抗熱震性、高溫強度及抗侵蝕性外,操作中要求絕對安全可靠。并對外形尺寸,平整度、表面缺陷及裂紋等均有嚴格的要求,是耐火行業中技術最密集的環節之一。
      耐火材料單耗顯著降低
      進入20世紀80年代以來,鋼鐵工業噸鋼耐火材料消耗呈明顯下降的趨勢,如日本已降低至11.9kg、美國為15.5kg、英國為15.3kg。中國除個別先進企業達到13.5~14kg的水平外,全國平均水平仍然偏高:重點企業1990年為28.46kg,1991年為28.09kg及1992年為26.43kg(均不含不定形材料),約為先進國家的3倍。
      耐火材料單耗降低的原因:首先是耐火材料新品種的開發與制品質量的不斷提高,其次是冶煉技術與工藝的更新和改進以及強化行業管理水平等。