焦炉用耐火材料.docx

(1)硅砖焦炉用耐火材料硅砖是以石英岩为原料，经粉碎，并加入粘结剂、矿化剂经混合、成型、干燥和按计划加 热升温而烧成的。硅砖含Si02大于93%,系酸性耐火材料，具有良好的 抗酸性渣的侵蚀作用。硅砖的导热性能好，耐火度为 16901710,荷重软化点可高达1640C,无残余收 缩。其缺点是耐急冷热急性能差，热膨胀性强。SiO2 (二氧化硅)在不同的温度下能以不同的晶型存在，在晶型转化时会产生体积的变化，并产生内应力，故硅砖的制造、性能和使用与Si02的晶型转变有密切关系。Si02能以三种结晶形态存在，'即石英、方石英和鳞石英，而每一种结晶形态又有几种同素异形体。即：a石英、B石英；a方石英、B方石英；a鳞石英、B鳞石英、Y鳞石英。三种形态及其同素异形体，是以晶型的密度不同来彼此区分的，它们在一定的温度范围内是稳定的，超过此温度范围，即发生晶型转变。例如：密度为2. 53的a石英，在加热到870时，转变为新的密度为2.2.的a鳞石英，当温度达到1710c时转变成石英玻璃。Si02的晶型转变如图1所Zj Oa石英87014701710a鳞石英a方石英 石英玻璃<0. 077<0. 1<0.2<0. 44组成，%687084 8890 94>99粘土火泥：它是由煨烧过的块状熟料或粉碎粘土砖加入结合粘土(生粘土)制成。 熟料是粘土火泥的主要成分，约占7580虬生粘土是结合剂，加入生粘土可增加 可塑性，降低透气性和失水率，但加大收缩性，配入生粘土过多容易产生裂纹，故 配料比不宜过大，约占2025%。粘土火泥的技术性能入表6表6粘土火泥的技术指标指标牌号及数值NF-40NF-38NF-34NF-28耐火度，不低于水分含量，%不大于17306169061650615806粘土火泥的使用温度一般均低于1000o焦炉用粘土火泥一般维细粒级及中粒级，粒度分别为通过0. 5和1mm的筛孔应大于97%o粘土火泥除用于砌筑粘土砖部位外，还大量用于修补焦炉。(5)其它砌筑材料1)隔热材料通常导热系数小于0. 837Kj/m h - K的建筑材料。一般它具有气孔率大而气孔小，机械强度低，体积密度小等特点，常见的隔热材料及其主要性能 如表7o表中所列的各种隔热材料中，轻质粘土砖以粘土为原料，其中加入一定比例 (3050%)的木屑烧制而成的粘土砖，有多种牌号，它们的体积密度为0. 4lg/cm3,耐火度为 1690o继续阅读(y=2.53)(y=2.23)(y=2.23)570163180270±0. 82%±0. 2%+ 2. 8%B石英B鳞石英B方石英(y=2.65)(y=2.23)(y=2. 232. 32)170±0. 2%Y鳞石英(y=2. 262. 28)图1Si02晶型转变图从图1可以看出，这种转变可分为两类，一种是横向的迟钝型转变，这是一种结晶构造过渡到另一种新的结晶构造。这种转变是从结晶的边缘开始的向结晶中心缓慢地进行，需较长的时间，且在一定温度范围内才能完成，一般只向一个方向进行。但在实际烧成过 程中，SiO2并非是单一地从a石英一 a鳞石英一石 英玻璃的转变：1) a石英a鳞石英。此时体积膨胀为16%。2) a石英a方石英。此时体积膨胀可达14. 5%o3) a鳞石英a方石英。4) a方石英a鳞石英。5) a鳞石英石英玻璃。a方石英另外一种转换为图1所示的上下转化，称为高低型转 化，此种转变没有晶格的重排，只有晶格的扭曲或伸 直，因此转化速度快且是可逆的。各种型态的Si02转化温度和体积变化不同，如图2所示：方石英在180270转化，体积变化最剧烈，而570时石英转化体积变化较小，鳞石英有两个晶型转化点：117和163,体积变化最小。因此用于焦炉的硅砖，希望在制造过程中，尽量转化为鳞石英。但实际生产的硅砖制品总是三种晶型同时存在。由于三种石英中鳞石英的密度最小，因此鳞石英含量愈高的硅砖，其真密度愈小，如表2。硅砖制品的体积变化曲线是复相组织体积变化的总和。图3是两种密度（比重）不同的硅砖膨胀、收缩曲线。由图3和表2可以看出真密度小的硅砖，石英转化较完全，膨胀过程平稳，残余膨胀小，有利于保持炉体严密。此外，鳞石英的荷重软化温度高，导热性能好，故焦炉要尽量采用真密度小的硅砖，一般要求在2. 38以下，优质硅砖的真密度应在2. 342. 35之间。表2不同真密度硅砖的矿相组成硅砖真密度鳞石英，%方石英，%石英，%石英玻璃，%2. 338013372. 347217982.3763179112. 39601512162. 40581217162.42531218从图3和图1中还可看出，硅砖的热膨胀是不均匀的，600C以前晶型转变较多， 故体积变化较大，而且在H7、163、180270C和570等几个转化点，体积 变化尤为显著,这时最容易引起砌体变形和开裂。因此这对焦炉各部分材质的选 用，对焦炉的砌筑、烘炉、生产维修及冷炉等都有重要意义。由于硅砖具有多种优 点，因此用于焦炉可以提高燃烧室的温度，缩短结焦时间，增加焦炉生产能力，延 长炉体的使用寿命，故现代焦炉主要用硅砖砌筑。600700C以下时，硅砖对温度的剧变抵抗性能差。这是由于高低型晶型转变，体 积突然膨胀或收缩所至，因此硅砖不宜用于温度剧烈变化的部位。但在700以上 时，由于硅砖的体积变化比较平稳，因此能较好地适应温度的变化。目前有一种用高密度硅砖砌筑焦炉的趋势，高密度硅砖是指气孔率在10%13%范围 内的硅砖，它的特点是密度高，气孔率低，因此导热性能及强度均比普通硅砖好。 表3为焦炉用硅砖的理化指标。(2)粘土砖粘土砖的主要原料是耐火粘土和高岭土，其主要成分十高岭石(A12O3 - 2S1O2 2H20),其余部分为：K2O、Na2O、caO、MgO 及 Fe203 等杂质。它们约占6%7%左右。粘土砖是以经煨烧的硬质耐火粘土(熟料)与部分可塑 性粘土经粉碎、混合成型、干燥后烧成的。加入熟料是为了减少烧成及使用过程中 的收缩，提高成品率和使用寿命。烧成过程是高岭石不断失水，分解生成莫来石 (3A12O3 - 2SiO2)结晶的过程。其主要反应如下：温度在450650高岭石分解出结晶水：A1203 2SiO2 2H20A1203 2SiO2+2H2O温度在600830脱水高岭石分解为A10及Si02y -A1203+2Si02o温度在930950时，丫一A1203再结晶为a A1203,并开始生成莫来石结晶,3A1203 + 2S1023A12032Si02o粘土中的杂质在烧成过程中与氧化铝、氧化硅形成共晶低熔点硅酸盐，在烧成的粘 土砖中形成包围在莫来石周围的非晶质玻璃相。一般烧成的的粘土制品中含有3045%的莫来石结晶，在其周围除上述非晶质玻璃 相外，还有部分方石英。表3焦炉用硅砖的理化指标指标，牌号 及数量JG-93Si02含量 不小于耐火度不低于19.6X104Pa,荷重软化开始温度不低于 重烧线膨胀，%, 1450不大于显气孔率，%：炉底砖不大于炉墙砖不大 于其它部位用砖不大于常温耐压强度，104Pa：炉底，墙砖不小于其他部位 转不小于真密度，t/m3不大于9316901620 0.8222325215717162. 37粘土砖属于酸性耐火材料，能很好地抵抗酸性渣的浸蚀，对碱性渣的抗蚀能力较差，其耐火度虽高，但荷重软化开始温度较低，而且软化变形温度间隔很大，可达 200,实际上在远低于荷重软化开始温度之前即开始发生高温蠕变。这是因为在 粘土砖中除了高耐火度的莫来石结晶外，还含有几乎达50%的玻璃相，后者的软化 开始温度很低，但熔融物的粘度却很大，故出现上述情况。粘土砖的热稳定性好，但导热性和机械强度较硅砖差。图4为粘土砖的热膨胀曲 线.与硅石专相比，粘土砖的热膨胀总量比硅成要小，且膨胀量基本上与温度成比例地直 线土砖焦炉在炭化室温度变化范围内的体积变化量要比硅砖焦炉大。由于粘土砖焦炉加热到1100C的总膨胀量较小且均匀，抗温度急变性强，故粘土 砖焦炉的烘炉期短，但加热到1200C以上时，会出现残余收缩，这是由于粘土制 品中的矿物继续产生再结晶，以及在高温下制品中的低熔点化合物逐渐融化，在表 面张力的作用下使固体颗粒互相靠近所致。收缩的大小与配料组成及烧成温度有 关。因此粘土砖焦炉在高温下长期使用过程中，成缝可能产生空隙，破坏砌体的严 密性。由于上述特点，对大型焦炉粘土石专不用于高温部位，主要用于温度较低且波动较大 的部位，如炉门、上升管衬砖、小烟道衬砖、蓄热室封墙和炉顶等。粘土砖原料来源广，制作容易，成本低，因而有些小焦炉可采用粘土砖砌筑，但一 定要严格控制操作温度，以免造成焦炉损坏。焦炉用粘土砖其理化指标如表4：表4焦炉用粘土砖的理化指标指标牌号及数值JN-35'A1203含量，%耐火度，荷重软化开始温度，C残余收缩，%1350, 2h35气孔率，常温耐火强度，104Pa169013000.5241961（3）耐热混凝土它是一种能长期承受高温作用的特种混凝土，是由耐火骨料，适当的胶结材料（有时还掺入矿物质和有机掺合料）和水按一定比例调制 成泥料，经捣制或振动成型、继而凝结、硬化、脱模、养护烘干而产生的具有一定 强度的耐高温制品。通常以矶土、非耐火砖、高炉矿渣等作骨料，以矶土水泥、硅酸盐水泥、磷酸和水 玻璃等作为胶凝材料，根据骨料和胶凝材料的不同，耐热混凝土分为很多类型，其 组成不同，性质各异，因而其使用范围也不同。这种耐火制品与耐火砖相比，有以 下优点：1）使用前不必经过烧结，减少了制造耐火砖复杂的工艺，制备工艺简单，可就地 制成各种需要的形状。2）常温下迅速产生强度，而且维持到操作温度下而不下降。耐火混凝土在焦炉上已试用多年，主要用于炉门和上升管衬砖等部位。（4）耐火泥耐火泥是一种使砌体成为一个整体的粘结剂，它应有与砌体用砖相一致的性能，对焦炉用耐火泥有下述要求：1）常温下有较好的粘结性。2）有较小的收缩性，以防破缝干时开裂。3）有一定的耐火度和荷重软化开始温度。4）有一定的保水性，便于施工，保证质量。5）符合耐火泥操作条件的烧结温度，使其在该温度下发生烧结作用，以增加砌体 的机械强度，因此应根据砖种及操作温度采用相应的耐火泥。凡与金属埋入件相接触的砌体部位，需在火泥中加入精矿粉。用于砌筑焦炉顶面砖 时，应在火泥中加入能增加强度的水硬性胶结剂一硅酸盐水泥和石英砂。硅火泥是用硅石，废硅砖粉和耐火粘土（生粘土）配制而成的粉料。硅石是硅火泥 的主要原料，硅石中SiO2含量愈高，则火泥的耐火度愈高。废硅砖粉的加入能改 善火泥与硅砖的高温粘结性能，这是因为硅砖粉具有与硅石专相一致的热膨胀曲线， 因此在石英、晶型转化时而引起的体积变化时，火泥脱离硅砖的可能性较小，粘附 于硅砖的能力良好。一般硅砖粉含量在2030%较合适。硅火泥中加入生粘土可以 增加可塑性，降低透气性和失水率，但加入量不宜过大，否则会使硅火泥的耐火度 降低、收缩率增加，一般以不超过1520%为宜。根据Si02的含量不同，可分为高、中、低温火泥，硅火泥的技术指标如表5：表5硅火泥的技术指标指标牌号及数值GF-93GF-90GF-85SiO2含量，%耐火度，使用温度范围，>93>1690>1500909316501690135015008590 15801650 10001350硅火泥对粒度的要求：1mm以上的不大于3%,小于0. 2mm得不小于80%。在 实际使用中，还有使用性能问题，即打上灰浆后的砖在砌筑中能随意揉动、敲打， 砌上后砖与灰浆应能牢固地结合，一般好用的灰浆应能活动1520s,可用“时 间”表示使用性能，而使用性能与颗粒组成有关，实践表明，粒度太细或太粗其失 水速度快，不宜使用，比较合适的粒度组成如下： 粒度，mm