耐火磚在熔融還原爐的應(yīng)用

 

熔融還原爐還原法的分類

(1)按工藝階段劃分，可分為一步法和兩步法。一步法是在冶金反應(yīng)中完成礦石還原熔煉的全過(guò)程。工藝流程短，設(shè)備簡(jiǎn)單，但在應(yīng)用中存在能耗高、FEO渣嚴(yán)重侵蝕爐襯的問(wèn)題，尚未解決。

兩步法將熔融還原過(guò)程分為固相預(yù)還原和熔態(tài)終還原，分別在兩種反應(yīng)中完成，提高了熔融還原過(guò)程的可用性，降低了渣中的FEO濃度，使熔融還原法取得了突破。

（2）根據(jù)能源使用情況，可分為氧煤法和電煤法。氧煤法依靠氧煤在高溫熔池或風(fēng)口區(qū)燃燒，提供過(guò)程中的熱量，以煤為還原劑。目前開發(fā)的大部分工藝都是氧煤法。

電煤法提供熔融還原過(guò)程所需的熱量。煤是一種還原劑。電熱轉(zhuǎn)換方法包括電弧放熱和等離子體技術(shù)。該方法僅適用于電力充足、價(jià)格低廉的地區(qū)

(3)根據(jù)預(yù)還原裝置的類型，可分為流化床法、垂直爐法、回轉(zhuǎn)窯法和閃速爐法。

(4)根據(jù)終還原裝置的類型，可分為垂直爐法、電流法和旋轉(zhuǎn)爐法。

 

還原爐通常采用粘土耐火磚，輕質(zhì)耐火磚作為保溫磚，保溫磚外層為石棉板或鋁硅酸棉保溫材料。但罐磚和罐磚推薦使用高鋁磚。爐拱頂可采用高鋁磚或高鋁耐火泥，爐頂須鋪設(shè)50-100mm鋁硅酸棉作為保溫層。爐底煙道采用粘土耐火磚砌筑。

 

還原爐須按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行，從下到上，即從爐底到爐頂，保持水平，后封頂，筑爐時(shí)上下垂直無(wú)斜度。耐火磚接縫越小越好，內(nèi)表面無(wú)明顯凹凸。因此，要求爐內(nèi)使用的砂漿有一定的要求，并按一定的比例配合(原料和熟料各50%)，并且要調(diào)整均勻。砂漿中不允許夾帶生面或疙瘩，更不用說(shuō)異物了。

 

一般耐火磚接縫小于2mm，耐火磚表面的砂漿要刮掉，不允許滴漿。耐火磚不得淋雨、缺角、缺邊，損壞的耐火磚不得砌爐。

熔融還原爐使用的耐火材料須滿足各部位的工作環(huán)境，延長(zhǎng)爐的使用壽命。(1)預(yù)還原爐的選材。要求:須使其具有較高的抗剝落性、耐磨性和抗沖擊性，因此應(yīng)使用質(zhì)粘土耐火磚或高鋁耐火磚。(2)終還原爐的選材。要求:須具備以下特點(diǎn):A.耐沖擊性和耐磨性；B.耐堿金屬腐蝕性；C.鐵的腐蝕性；D.鐵的流動(dòng)性和沖刷性。對(duì)于使用轉(zhuǎn)爐和電爐的裝置，其耐火材料主要是Mgo-C磚和Mgo-Cr2o。對(duì)于垂直爐和熔融還原爐裝置，耐火材料多為鋁碳磚、低蠕變高鋁耐火磚、碳磚和Al2o3-C-SiC磚。

熔融還原爐通常采用粘土耐火磚，輕質(zhì)耐火磚作為保溫磚，保溫磚外層為石棉板或鋁硅酸棉保溫材料。然而，罐磚和罐磚的理想效果是高鋁磚。爐拱頂可采用高鋁磚或高鋁耐火泥搗固，爐頂須鋪設(shè)50-100mm鋁硅酸棉作為保溫層。爐底煙道采用粘土耐火磚砌筑。

 

需要根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙自下而上修復(fù)爐子，即從爐底到爐頂，保持水平，終封頂，筑爐時(shí)上下垂直無(wú)斜度。耐火磚接縫越小越好，內(nèi)外無(wú)明顯凹凸現(xiàn)象。因此，要求爐內(nèi)使用的砂漿有一定的要求，并按一定的份額合作(原料和熟料各50%)，并均勻調(diào)整。砂漿中不允許夾帶生面或疙瘩，更不用說(shuō)異物了。

一般耐火磚接縫小于2mm，耐火磚表面的砂漿應(yīng)刮掉，不得有滴漿現(xiàn)象。耐火磚不能淋雨、缺角、缺邊，損壞的耐火磚不能砌爐。

熔融還原爐各部位的工作環(huán)境。

 

常見(jiàn)的熔融還原爐分為預(yù)還原爐和終還原爐。以下是兩種還原爐各部位的工作環(huán)境。

一、預(yù)還原爐。

該爐多采用豎爐和流化床。

預(yù)還原爐材料從上部進(jìn)入爐內(nèi)。由于高溫氣流的加熱和還原，材料自上而下的溫度逐漸升高。爐上部溫度為300℃400℃，爐中部溫度為400℃700℃，爐下部溫度為700℃900℃。同時(shí)，爐內(nèi)耐火材料始終受到材料的機(jī)械沖刷、高溫氣流沖刷和高溫?zé)嵴駝?dòng)的破壞。

二、終還原爐。

該爐多采用垂直爐、熔融還原爐、電爐或轉(zhuǎn)爐。

預(yù)還原材料進(jìn)入還原爐上部，溫度800℃900℃，開始軟化，達(dá)到爐中部溫度900℃1100℃。隨著溫度的持續(xù)升高，到達(dá)爐下部的溫度約為1500℃。爐上耐火材料承受機(jī)械沖刷、高溫氣流沖刷、熱振動(dòng)損傷和堿金屬侵蝕，爐中耐火材料承受渣鐵沖刷、氣流沖刷和堿金屬侵蝕，爐下耐火材料承受渣鐵腐蝕和流動(dòng)沖刷、熱應(yīng)力損傷和堿金屬侵蝕。

 

如何選擇還原爐用耐火材料？

還原爐的選材，須使其滿足各部位的工作環(huán)境，延長(zhǎng)爐的使用壽命。

（1）預(yù)還原爐的選材。須使其具有較高的脫落性、耐磨性和抗沖擊性，因此應(yīng)選用質(zhì)粘土磚或高鋁磚。

（2）終還原爐的材料選擇。須具有以下特點(diǎn)：（1）耐沖擊性和耐磨性；（2）耐堿金屬腐蝕性；（3）耐渣鐵腐蝕性；（4）耐渣鐵活性沖刷性。對(duì)于選用轉(zhuǎn)爐和電爐的設(shè)備，其耐火材料多為Mgo-C磚、Mgo-Cr2o3磚和鎂白云石磚。對(duì)于垂直爐和熔融還原爐設(shè)備，其耐火材料多為Al2o3-C磚、高鋁磚、碳磚和Al2o3-C-SiC磚。

鐵浴熔融還原爐耐火材料。

鐵浴熔融還原爐使用條件嚴(yán)格，耐火材料要求高。在鐵浴熔融還原爐運(yùn)行過(guò)程中，爐內(nèi)高二次燃燒率導(dǎo)致溫度升高，二次燃燒帶爐渣層溫度可達(dá)1700-1900℃，耐火材料腐蝕嚴(yán)重。長(zhǎng)期高溫裝載和鐵連續(xù)交替運(yùn)行加劇了耐火材料的損壞。低堿度(CaO/SiO2=1.2?1.5)高FEO(4%~13%0)爐渣嚴(yán)重侵蝕耐火材料。

 

還原爐主要采用堿性耐火材料，如鎂鉻磚、鎂白石磚、含碳耐火材料Al2o3-C磚、Mgo-C磚等。以下是5t鐵浴還原爐的初步使用結(jié)果。

(I)Mgo-Cr2o3磚。鎂鉻磚用于渣線。在正常的連續(xù)操作下，剝落引起的蝕損較小，主要是高溫熔損引起的蝕損。這與鎂鉻磚的純度有關(guān)。磚中SiO2等雜質(zhì)產(chǎn)生液相進(jìn)入爐渣反應(yīng)，產(chǎn)生低熔體，促進(jìn)熔損。為了提高熔融還原爐等低堿性渣的耐腐蝕性和耐磨性，開發(fā)了高鉻鎂鉻磚。磚中Cr2o3含量越高，耐腐蝕性越好。添加70%鎂鉻礦(MgO·Cr2o3)的磚，其可用性是添加25%鎂鉻礦的1.7倍，腐蝕速度低于lmm/h。但隨著磚中熔劑成分(SiO2、Fe2O3、CaO、Al2O3)的增加，耐腐蝕性呈下降趨勢(shì)。因此，采用由電恪鎂鉻砂和氧化鉻組成的合成磚，提高了耐腐蝕性，以高鉻鐵礦為原料。然而，使用后的鉻磚受到環(huán)境沉積的污染，因此無(wú)鉻磚的開發(fā)和應(yīng)用十分迫切。

(2)Al2O3-C磚。Al2O3-C磚的腐蝕主要是由于Al2O3顆粒在高溫下的熔化和基質(zhì)石墨的氧化脫碳引起的。研究了石墨含量和金屬添加劑對(duì)Al2O3-C磚耐腐蝕性的影響。Al3O3-C磚具有10%的石墨含量和金屬Al，具有理想的耐腐蝕性。

高溫氧化氣氛，低堿度(Ca0/Si02=l.2?1.5)高FEO爐檢，Al2o3-SiO-C磚耐蝕性不如Al2o3-C磚，MgO-Cr2o3磚侵蝕率小，約為Al2o3-C磚的I/2，其次是含碳量10%的Mga-C磚，其腐蝕率比A12o3-C磚小1/5。

（3）Mgo-C磚。Mgo-C磚的腐蝕受爐渣溫度和氣氛的影響很大，尤其是渣線。當(dāng)鐵氧化物含量增加時(shí)，C液相氧化引起的腐蝕加劇，渣線上部尤為嚴(yán)重。對(duì)于高溫氧化氣氛和低堿度爐渣，Mgo-C磚采用電熔氧化鎂，C含量從20%降至10%。

U)Al2o3-SiC-C磚，在Al2o3-C耐火材料中加入SiC，可以提高耐融還原爐渣對(duì)耐火材料的耐腐蝕性。1)添加SiC超過(guò)5%后，隨著SiC量的增加，鐵浴中的腐蝕率變化不大。隨著SiC量的增加，率隨著SiC量的增加而直線下降。2)在鐵渣共存熔體中，渣線處Al2o3-SiC-C的侵蝕率高，鐵浴中的侵蝕率低。隨著時(shí)間的推移，熔體對(duì)耐火材料的侵蝕率降低。3)加入SiC后，由于SiC與CO之間的反應(yīng)沉淀，磚內(nèi)的脫C率降低。此外，SiO2膜對(duì)SiC的保護(hù)作用使SiC穩(wěn)定存在，降低了Al2o3-SiO-C磚的孔隙率，防止熔體滲入耐火材料。