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炭质制品

作者:admin 发布日期: 2019-10-30 二维码分享

含碳耐火材料-炭质制品

炭质制品是用热处理无烟煤或焦炭、石墨为主要原料,以煤焦油沥青为结合剂制成的耐火制品。其主要特点是含固定炭80%以上,无烧结性和明显烧结收缩有机结合剂热解反应形成的碳网络,使炭素颗粒和炭素基质结合。这类制品包括以无烟煤或焦炭为主要成分的炭砖和经石墨化的人造石墨质和半石墨质炭砖。
炭质制品的耐火度高,导热性和导电性高,热稳定性好,线膨胀系数小,高温强度高,耐磨性好,耐各种酸、碱、盐和有机溶剂的侵蚀,不易被熔渣、铁水侵蚀,但在氧化气氛中易于氧化。
炭质制品的生产过程与其他耐火制品大致相似,但生产炭质制品时必须防止碳在高温下氧化。原料的煅烧和制品的焙烧,都要在还原气氛下进行。无烟煤在使用前要先进行煅烧,以排除挥发分、硫分、水分,并提高无烟煤的体积稳定性、机械强度和抗氧化性。焦炭要先经过干燥,以免因含的水分过高而引起成型困难和使制品在焙烧过程中开裂,沥青也应加热脱水处理。生产时将各种原料按规定成分混合,在加热状态下混练,通过压制成型,然后在隔绝空气的还原气氛中焙烧,除尽其中的挥发物,使其再受热时的体积稳定。焙烧后的炭质制品坯体应经刨床、铣床等机械加工,达到设计规定的几何尺寸。
生产石墨质制品时,焙烧后的炭质制品还需在2400℃以上高温下进行石墨化处理。生产半石墨质制品时,配料中需引进石墨。
炭质制品广泛应用于冶金工业,按用途可分为高炉炭砖、电炉炭砖、铝电解槽用炭块,其中以高炉炭砖用量.大。许多高炉的炉底、炉缸和炉腹是用炭砖砌筑的,高炉使用炭砖,其.大优点是高温强度大和高温体积稳定,可延长高炉寿命炭砖还可应用于铁合金电炉、生产磷和可溶性磷肥用电炉内衬以及铝电解槽内衬等。此外,还广泛用在电镀工业的酸洗槽、电镀槽、造纸工业的溶解槽,化学工业的反应槽、贮槽,石油化学工业的高压釜等。

高炉用炭砖
由于炭质材料具有高导热性、对铁水的低润湿性和低渗透性,自从20世纪50年代以来,炼铁高炉的炉底和炉缸大量使用炭质耐火材料,有的高炉炉腰、炉腹及下炉身也使用炭质耐火材料。采用炭质耐火材料以后,高炉炉役明显延长,很少发生炉底或炉缸烧穿事故。但是随着高炉大型化和强化冶炼技术的采用,炉衬材料的工作条件越来越恶化,从而对炉衬材料提出了更高的要求。20世纪70年代后期及80年代,出现了一些高炉炭砖新品种,如经过浸渍的高密度炭砖,使用电煅无烟煤为原料的半石墨质炭砖,添加少量碳化硅的半石墨质-碳化硅炭砖,添加纯硅、碳化硅、氧化铝后生产的微孔炭砖和高温热压炭砖,以及采用振动成型工艺生产的出厂前不焙烧、砌入高炉后依靠烘炉及运行初期的热量焙烧成整体的自焙炭砖。
生产高炉炭砖多使用无烟煤作为原料,其中灰分、挥发分因产地而异,灰分一般为5%,挥发分8%,预先需在竖式电炉内加热处理。其他原料还有人造石墨及特殊外加物(金属和氧化物粉)等,结合剂为经过热处理的脱水煤焦油沥青。
1.1普通炭砖
普通高炉炭砖用于砌筑冶炼强度较低的容积为1000~2500m3的中型高炉,以优质无烟煤(煅烧温度1250℃左右)为主要原料,并加入一定量的冶金焦和石墨碎,挤压成型后,生坯装入焙烧炉中焙烧,温度应达到1100℃以上,焙烧后按用户提供的图纸使用铣床及刨床进行机械加工,加工后的炭砖在制造厂进行预安装及检查相邻块间的缝隙,合格后发往用户。
冶金工业标准YB2804-1991规定了高炉普通炭砖的理化指标,见表13-1,并对其尺寸允许偏差和外形质量也作了相应的规定。

如将普通炭砖用煤沥青浸渍一次,则普通炭砖的体积密度和机械强度可以明显提高,则称为高密度炭砖。高密度炭砖的孔隙率降低,能减少铁水或熔渣的渗透。它用于砌筑满铺炉底或砌筑非强化冶炼的高炉内衬。德国生产的普通炭砖(RUD-N)和经过浸渍及二次焙烧的高密度炭砖(RUD-S)的理化性能指标见表13-2。

1.2高炉自焙炭砖
自焙炭砖是我国炼铁和炭素生产工作者经过多年的艰苦探索开发出的一种独创的炭质耐火材料。自焙炭砖系采用高温煅烧无烟煤为骨料,以煅烧无烟煤和焦炭混合粉料为细粉,使用中温煤沥青做黏结剂,在一定温度下混捏均匀,并采用高频模压振动成型制成的,具有精确外形尺寸和特定理化性能的制品。它具有耐高温、导热性好,高温强度大、抗渣铁侵蚀性强、价格低等特点。
自焙炭砖在生产使用中具有以下特点:
(1)生产工艺简单,投资成本低,施工简便易行;
(2)具有规则的外形,不需要精密加工即可砌筑成所需的炉衬;
(3)经过烘炉和高炉生产时的热量进行焙烧,可形成近于无缝的整体炉衬;
(4)在焙烧过程中(单面受热条件),煤焦油沥青挥发物产生逆向移动,在工作热端基质孔隙中生成热解碳并填充气孔,使砖体“自行”致密;
(5)能够吸收炉衬升温时产生的温度应力,缓解了热应力对炉衬的破坏;
(6)在炉内高温渣铁等介质催化作用下产生非均质石墨化转变,提高了炉衬导热能力和抗化学侵蚀性能,使1150℃铁水凝固等温线向炉内迁移。
由于自焙炭砖的特性和在炉内的质变,.终提高了炉衬的稳定性和耐用性,从而使自焙炭砖能在中小高炉普遍应用,并取得良好的技术经济效果。在大型高炉采用半石墨质自焙炭砖,能降低铁水熔融指数,提高热导率,提高抗碱侵蚀性能,增强抗氧化性能,改善耐冲刷磨损性能,减小残余收缩。
现行YB2804-1991标准规定了自焙炭砖的外形尺寸、尺寸允许偏差和理化标准、表面质量。高炉用自焙炭砖按理化标准分为TKZ-1和TKZ-2两种牌号,其理化指标见表13-3。


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