自从20世纪中叶以来,炭素制品——炭质耐火材料开始应用在许多炼铁高炉的炉底和炉缸,高炉炉役寿命明显延长。但随着高炉大型化、强化冶炼技术的应用,高炉炉缸、炉底工况越来越恶劣,对炭质耐火材料技术提出了更高的要求。于是,不断有新型炭质耐火材料应用于高炉,如:高炉大炭块、半石墨炭砖、微孔炭砖、石墨砖、超微孔炭砖、热压小块炭砖、自焙碳砖等等。
炭质耐火材料是高炉炭素制品的统称,包括炭质(砖)、半石墨质(砖)、石墨质(砖)三大类别。优点:具有良好的导热性、高温体积稳定性及耐化学腐蚀性。缺点:在一定温度下和空气、二氧化碳、水蒸气发生氧化反应,在较高温度下也会受铁水及碱金属的侵蚀(相对其他耐火材料,侵蚀速度极低)。
以下介绍这三类炭素制品目前高炉应用技术特点。
一是炭质(砖)——微孔炭砖和小块炭砖
微孔炭砖:相对于其他炭素制品,微孔炭砖微气孔指标上升了一个大台阶,<1μm孔容积达到70%以上,相应地其他性能指标也有较大改善,如:透气度、氧化度、抗铁水侵蚀指数和抗碱性等。微孔炭砖是通过加入添加剂,降低孔径和气孔率,因此灰分含量相应增加。目前,大型高炉设计寿命要达到15-20年,对炭砖导热系数和微气孔指标要求更高,理论分析认为可以有效强化高炉冷却、防止铁水渗透侵蚀,从而达到设计高炉寿命。这类炭砖则称之为超微孔炭砖。代表公司有:日本NDK、德国SGL、国产兰碳等。
模压(热压)小块碳砖:模压小块炭砖是由炭素结合剂与炭素颗粒结合而成的制品,制造时采用一种独特的压制、炭化方法。采用一种特殊模具,当液压头向模内的混合料施压时,同时有电流通过模具,使结合剂炭化。以美国UCAR公司热压制砖法BP工艺为代表。热压小块碳砖则采用了900℃下热模压成型小块炭砖,不另外焙烧即可以得到产品。与传统的焙烧炭砖不同,传统的焙烧炭砖需要花费几星期的时间使结合剂炭化,而热压制造法仅需几分钟。热压法更大的优越性是当结合剂液体(挥发份)挥发时,液压头同时向混合料加压,阻塞了逸散气体形成气孔,从而获得了比传统焙烧炭砖透气性小得多的炭砖。这种不透气性使高炉中的侵蚀性物质难以渗透侵入炭砖内部,从而减少了化学侵蚀的可能。
高炉用微孔炭砖理化性能技术标准——YB/T141-2009
项目 | 单位 | 指标值 | |
体积密度 | g/cm3 | ≥1.63 | |
显气孔率 | % | ≤16.0 | |
耐压强度 | MPa | ≥38.0 | |
透气度 | mDa | ≤9.0 | |
平均孔径 | μm | ≤0.5 | |
小于1μm孔容积比 | % | ≥70.0 | |
氧化率 | % | ≤16.0 | |
铁水熔蚀指数 | % | ≤30.0 | |
导热系数 | 室温 | W/(m·K) | ≥9.0 |
600℃ | ≥14.0 | ||
抗碱性 | 级 | U或LC | |
注:氧化率、铁水熔蚀指数测试结果供用户参考,不作考核依据。 |
二是半石墨质炭砖:以高温电煅烧无烟煤为主要原料,加入少量石墨细粉,以中温沥青为粘结剂,成型后经高温焙烧,精加工而成。半石墨炭砖和普通炭砖相比,质量水平有了很大的提高,特别是导热系数和抗碱性提高较大。为进一步提升高炉寿命,需要进一步提高半石墨质炭砖的抗铁水的溶蚀性和导热系数、改进抗碱性能、改进微气孔指标等。
高炉用半石墨质炭砖理化性能技术标准——YB/T4037-2005
项目 | 单位 | 指标值 | |
真密度 | g/cm3 | ≥1.90 | |
体积密度 | g/cm3 | ≥1.52 | |
显气孔率 | % | ≤20.0 | |
耐压强度 | MPa | ≥32 | |
抗折强度 | MPa | ≥8.0 | |
氧化性 | % | ≤20.0 | |
透气度 | mDa | ≤500 | |
小于1μm孔容积比 | % | ≥30 | |
铁水熔蚀指数 | % | ≤30.0 | |
导热系数 | 室温 | W/(m·K) | ≥6 |
300℃ | ≥9 | ||
600℃ | ≥13 | ||
800℃ | ≥12 | ||
抗碱性 | 级 | U或LC | |
注:灰分为参考指标,可由厂家和用户协商解决。 |
三是石墨质炭砖:是以石油焦、沥青焦和煤沥青等为主要原料。高炉用石墨砖除具有高炉炭砖的一般特性外,还具有超高的热导率。主要砌筑在高炉综合炉底底层。
高炉用石墨质炭砖理化性能技术标准——YB/T122-1997
项目 | 单位 | 指标值 | |
真密度 | g/cm3 | ≥2.18 | |
体积密度 | g/cm3 | ≥1.6 | |
显气孔率 | % | ≤21 | |
耐压强度 | MPa | ≥23.0 | |
灰分 | % | ≤0.5 | |
导热系数 | 室温 | W/(m·K) | ≥45.0 |
200℃ | ≥43.0 | ||
600℃ | ≥40.0 | ||
800℃ | ≥35.0 | ||
抗碱性 | 级 | LC |
由于自焙炭砖未做大面积推广应用,本篇文章不做叙述。
来源:高炉长寿太阳说
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