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非焦炼铁用耐火材料

作者:admin 发布日期: 2020-11-02 二维码分享

非焦炼铁技术是近年来才得到人们的重视,主要是因为高炉炼铁一直占据统治地位,并且成熟,一时难以找到更好的技术。但是随着焦炭紧张和环境污染,寻找新的炼铁技术得到了人们的重视。对于像我国这样废钢缺乏的发展中国家,电炉炼钢所需的废钢紧缺,并且价格较高,影响了电炉炼钢的发展,为了降低成本和寻找新的原料资源,非焦炼铁得到了更多的重视。非焦炼铁主要有两种比较成熟的方法,即熔融炼铁中主要是COREX方法,再就是很成熟的以固相反应为基础的海绵铁的生产方法。现在分别进行介绍。

1)海绵铁生产用耐火材料

海绵铁生产主要是用铁精矿、氧化铁皮等含氧化铁高的原料在还原介质作用下被还原成金属铁。该反应是固相反应,并放出很多气体,在生成的固体铁里有很多气孔,像海绵一样,故称海绵铁。反应温度一般在800~1300℃,所用的还原介质主要有煤、天然气和煤气等非焦还原剂。所用的设备主要有竖窑、方形窑、环形窑、回转窑、隧道窑、台车底连续炉等。目前世界上以天然气为还原介质的竖窑生产海绵铁为主,约占80%.不管是哪一种窑,使用温度都不高,所以一般铝硅系耐火材料作为窑衬就能满足温度的要求。

使用铝硅系耐火材料作为直接还原铁回转窑衬的使用寿命,一般是半年一小修,一年或者一年半一大修。值得指出的是,湿式喷射浇注料的性能优良,施工时不用模具,施工速度快,因此它在海绵铁生产的窑衬上应用应该是非常有前景的。

在使用过程中,耐火材料里的Fe2O3CO气氛里发生氧化还原反应生成金属铁和Fe3C,Fe3C的催化作用下发生2CO=CO2+C(沉积)的反应,纤维状的炭沉积在耐火材料气孔、裂纹和缺陷中,由炭沉积带来的体积膨胀导致耐火材料组织脆化、裂纹扩展,.终使得材料崩裂甚至粉化。因此,为了提高海绵铁生产用窑衬、窑具的使用寿命,要求耐火材料窑具必须低铁、组织结构致密和气孔微细化,以抑制渗透和降低催化反应速度,因而提高海绵铁生产用铝硅系窑具和窑衬的使用寿命。堇青石质和黏土质等铝硅系耐火材料窑具的热导率较低,需要很长时间才能把热量传到窑具中心,从而造成保温时间过长和能耗过高,严重影响了生产效率和生产成本。另外,为了高的装载量,提高生产率,还应该要求棚板、垫板有高的热态强度。因此,应该选择高导热和高强的耐火匣钵、棚板和隔板等为好。能够同时满足使用寿命、高装载量和高传热效率要求的耐火材料应该是高抗热震、高导热率和高强的碳化硅质耐火材料,它作为匣体、棚板、垫板和隔焰的窑墙的耐火材料应该是非常有前景的。

2)熔融还原铁用耐火材料

A方法介绍

近年来,非焦生产熔融还原铁的研究非常活跃,研究开发了很多方法。现在成功实现工业化的是COREX法。该方法是由奥钢联和德国Korf公司开发并成功在南非ISCOR公司等工业化。该方法的优点:(1)不用焦炭和烧结矿就可以直接生产铁水;(2)可以直接利用粉矿和粉煤,有效利用资源,吨铁能耗下降20%以上;(3)生产线和装备简单;(4)有利于环境保护,它不需要烧结机和焦炉,减少了污染源,减少了炼铁厂70%的污染;(5)流程投资降低,生产规模灵活;(6)提高了生产效率。COREX设备的结构如图所示。熔融汽化炉位于COREX系统的下部。该炉上部呈扩大的半球形,下部为圆柱形。煤、熔剂与还原铁矿通过加压密封料仓进入熔融汽化炉顶部。煤入炉后,与约1000~1100℃的煤气相遇,迅速干燥、干馏、炭化,并下降到炉体圆柱体部分。之后,又受到从下部风口送入的氧气流作用,形成稳定的流化层,流化层下部温度为1600~1700.炭化后的煤炭粒子与氧气反应,先产生CO2,随着气流上升,遇碳被还原转化为CO.为改善煤气质量,提高还原能力,保护风口,特别从风口通入蒸汽。因此,熔融汽化炉顶部排出的高温煤气中含有CO+H295%.这种高温煤气兑冷煤气调温到900,送入热旋风除尘器中,净化后,再通过还原竖环管进入还原竖炉。热旋风除尘器净化沉降的尘粒经尘斗用冷煤气送回到熔融汽化炉。从熔融汽化炉球形顶部进入炉内的高金属化预还原炉料在下降过程中被加热,熔化和.终成为铁水和熔渣。还原竖炉位于COREX系统上部,呈圆柱形。由熔融汽化炉产生的还原气体(煤气)经过调温和净化,从还原竖炉的中下部风口进入炉内。穿过固体料层(从竖炉顶部加入的矿石和熔剂)上升,固体料靠自重下降,被高温还原气体加热、还原。还原后的金属化铁料通过竖炉下部排料器和下料管连续均匀地落入熔融汽化炉。COREX熔融还原炼铁工艺分预还原和熔炼两个阶段。预还原阶段是在竖窑里把铁矿石固相还原成金属铁或海绵铁,然后海绵铁就直接进入熔融汽化炉而炼成铁水的熔化阶段。

B COREX熔融汽化炉用耐火材料

一般将熔融汽化炉分为干燥区、流化燃烧区、风口区和炉缸四个部分。熔融还原法产生的渣含有大量的FeO,对耐火材料的侵蚀非常严重炉衬蚀损主要是渣熔蚀、碱蒸气和铁水对炉衬产生的化学侵蚀、热熔损、因温度波动产生的热剥落、炉料的撞击和炉尘气体的冲刷等。由于这一系列因素对炉衬耐火材料产生的严重损毁,导致了设备的使用寿命很低,这是熔融还原法难以达到实用化和推广的.主要原因之一。因此,炉衬耐火材料对这新型的炼铁方法的发展产生重要的影响。

因为干燥区的温度为1000~1200,煤分解,脱除挥发分。该区域的炉衬受到炉料的机械撞击作用非常强烈,同时还受到含尘气体的冲刷和腐蚀。因此,要求炉衬耐磨,该区域使用Al2O3含量为55%~65%的高铝砖就可以满足要求,它同还原竖窑的窑衬一样,为了提高使用寿命,要求Fe2O3的含量尽可能地低,以防止炉衬脆化或粉化。煤在流化燃烧区燃烧,温度可达到1600~1700℃.炉料流化,对炉衬的冲刷严重,耐火材料炉衬承受很大热负荷和高温磨损,送风和休风时该区域温度波动很大而又引起剥落。南非的ISCOR公司在该部位使用镁炭砖,因停炉、开炉频繁而剥落严重。应该选用抗热震性和热稳定性均优良的、耐冲刷的Si3N4结合的SiC砖作为炉衬。熔融汽化炉的风口采用全氧操作,风口砖的热负荷高,工作条件苛刻。对含碳耐火材料有较强的氧化作用。熔渣和铁水在该处形成,因此高温下的风口砖受到强烈的腐蚀作用。风口采用SiC砖,风口上部至检修孔部位炉衬采用镁炭砖,它有水化现象,建议用Si3N4结合的SiC砖作为内衬。风口组合套砖,采用β-SiC结合的SiC砖效果很好。通过对Al2O3-Cr2O3砖进行侵蚀试验,结果发现:它抗侵蚀性非常好,耐剥落也非常好,因此风口及其以上区域应该用碳化硅砖和铬刚玉砖。Sialon结合刚玉砖也应该是非常好的选择。熔融汽化炉的炉底、炉缸和铁口等部位的耐火材料炉衬始终与高温铁水和熔渣相接触,所产生的侵蚀是耐火材料损坏的主要原因。所用耐火材料与高炉的相当。主要用微孔炭砖,并用一层陶瓷杯。在出铁口仍用Al2O3-SiC-C材料。这些耐火材料与高炉炉底和炉缸用耐火材料相当,可参阅高炉用耐火材料部分,这里不再赘述。

C DIOS

DIOS法的整个系统主要是由三部分组成,即熔融还原炉(.终还原炉,这是以转炉技术为基础发展的)、流动层预还原炉(利用熔融还原炉产生的气体对粉矿进行还原),气体改质炉(在熔融还原炉产生的气体中喷入煤粉,提高还原能力)。熔融还原炉用于炼铁时,铁水浴的温度1500,熔渣中含有较高的FeO,熔渣的碱度基本取决于铁矿石和煤中的脉石含量以及添加的熔剂生石灰的量,DIOS法熔渣的碱度一般1.2~1.5.渣线衬砖处高达1700~1900℃的高温、低碱度、高FeO熔渣的强烈侵蚀之下,因此,渣线炉衬蚀损非常快。试验研究证明,用镁铬材料为.好。而Al2O3-SiC-C为其次。向铝炭材料里,添加一些氧化锆能显著提高抗侵蚀性。

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