焦炉常用的耐火材料介绍

发布时间:2022-01-04 10:27 文章来自:http://www.zztynh.com/ 作者:天阳耐火材料/耐火

一、硅砖

焦炉所用的耐火砖以硅砖为主,约占耐材总量的70%,它是目前已知的炭化室炉墙合适的耐火砖。焦炉用硅砖是以鳞石英为主晶相的酸性耐火材料,具有良好的抗酸侵蚀能力,而且导热性能也较好。随着工作温度的升高,硅砖的导热性会增大,在烘炉过程中,随着温度的升高,硅砖体积会增大。所以,硅砖是焦炉上理想的耐火制品,如今很多大中型焦炉的燃烧室、斜道和蓄热室的重要部位都会采用硅砖砌筑。

焦炉用硅砖应具有下列特征:
      (1)荷重软化温度高,在高温下长期使用体积比较稳定。焦炉硅砖要在高温下承受炉顶上装煤车的动负荷,并要求长期使用不变形,因此要求焦炉硅砖荷重软化温度高。
      (2)热导率高。焦炭是用炼焦煤在炭化室中靠燃烧室的墙传导加热而炼成的,因此砌筑燃烧室墙的硅砖应有较高的热导率。
      (3)抗热震性好。由于焦炉要周期性地装煤、出焦,引起燃烧室墙两侧硅砖的温度剧烈变化,因此要求焦炉硅砖抗热震性好。真密度能决定硅砖热稳定性的好坏。硅砖的真密度越小,石灰转化也就越完全,在烘炉过程中会产生较小的残余膨胀。
      (4)高温体积稳定。加热到1450℃时约有1.5~2.2%的总体积膨胀,这种残余膨胀会使切缝密合,保证砌筑体有良好的气密性和结构强度。

       主要用于炼焦炉的炭化室和燃烧室的隔墙、炼钢平炉的蓄热室和沉渣室、均热炉、玻璃熔窑的耐火材料和陶瓷的烧成窑等窑炉的拱顶和其他承重部位。也用于热风炉的高温承重部位和酸性平炉炉顶。

二、粘土砖

粘土砖是指Al2O3含量为30%-40%硅酸铝材料的粘土质制品。粘土砖的主要矿物成分为高岭石,即耐火粘土和高岭土,其余为K2O、Na2O、CaO、MgO、TiO2及Fe2O3等杂质,约占6%~7%,按照粒度要求配料,经成型、干燥后高温烧结而成。粘土砖可以抵抗酸性熔渣和酸性气体的侵蚀,不过对碱性物质的抵抗能力会稍微差一些。粘土砖具有较好的热性能,可以耐急冷急热。粘土砖只能用在蓄热室封墙,小烟道衬砖及蓄热室格子砖等焦炉的次要部位。

焦炉用黏土砖的特点

①耐火度。随着氧化铝含量的提高,粘土砖耐火度也跟着提高。粘土质耐火材料制品的耐火度较低,而随制品中Al2O3含量的增加而提高,其耐火度一般为1580~1750℃。

②荷重软化点。粘土砖的荷重软化开始温度在1350℃左右,其原因是砖内含有玻璃相,造成荷重软化点温度低。粘土质耐火材料制品的荷重软化温度比较低,通常都低于1300℃。从开始软化至变形(压缩)40%,其温度间隔时在150~250℃之间。

③体积稳定性。粘土砖的使用温度不能超过烧成温度,否则会使体积收缩,使砌体砖缝加大。粘土质耐火材料的制造以软质粘土为结合剂,由于在烧成过程中结合剂和熟料矿化不彻底,所以粘土砖在高温下长期使用会因再结晶而产生不可逆的体积收缩(残余收缩),这种现象称为重烧线变化,对于粘土砖材料而言,要求残余收缩率不超1%。粘土砖的重烧线变化,粘土质耐火材料制品的制造以软质粘土为结合剂,由于在烧成过程中结合剂和熟料矿化不彻底,所以粘土砖在高温下长期使用会因再结晶而产生不可逆的体积收缩(残余收缩)或体积膨胀。此种现象称为重烧线变化,对于粘土砖制品而言,要求残余收缩率不超过1%。

④热稳定性。粘土砖的热稳定性好,因为砖内含有莫来石,膨胀系数小。另外砖内含有玻璃相,起到缓冲作用,使应力得不到发展。在850℃下可以经得住水冷10次。粘土质耐火材料制品的热稳定性较好,加热到1100℃时总的体积膨胀很小,而且变化均匀,所以抗温度剧变能力强。普通熟料粘土砖的水冷次数为10~20次,多熟料粘土砖的水冷次数一般在50次以上,有的高达100次以上。

⑤抗渣性。粘土砖含有一定的SiO2,属于弱酸性耐火材料。它能抵抗酸性渣的侵蚀,对碱性抵抗力差。粘土质耐火材料制品的主要化学成分为SiO2和Al2O3,而SiO2含量大于Al2O3,故粘土砖呈弱酸性,因此抗酸性炉渣侵蚀的能力比抗碱性炉渣侵蚀的能力强。

由于粘土砖具有以上特点,对于现代大容积焦炉来说,粘土砖不适用于高温部位,而主要用于温度较低又波动较大的部位,如炉门、上升管衬砖、小烟道衬砖、炉顶、蓄热室封墙及格子砖等。因耐火砖原料来源广泛、制造容易、成本较低,所以有些小型焦炉,可采用粘土砖砌筑,但在操作中,应严格控制温度,以防止造成炉顶过早损坏。

三、高铝砖

焦炉是用来生产焦炭的高温窑炉,主要耐火材料有硅砖、粘土砖和高铝耐火砖。焦炉的结构比较复杂,炉体主要由燃烧室、炭化室、蓄热室和斜烟道等组成。焦炉碳化室是将煤炭焦化的一个区域,煤炭由炉头进入并开始碳化,碳化好后通过炉门出焦,这时炉门区域会进入冷空气使温度降低,而这个部位需要抗热震性能好、荷重软化温度高的高铝砖来砌筑炉门,以保证炉头部位的长期正常工作。焦炉的作用是将炼焦煤在隔绝空气的条件下,经加热分解、干馏、炭化为焦炭。

高铝砖是Al2O3含量大于48%的硅酸铝或氧化铝质的耐火制品。根据制品中主要矿物的组成,将高铝质耐火材料制品分为莫来石一刚玉质、刚玉一莫来石质、莫来石质、刚玉质4类。若按Al2O3含量的高低,普通用途的高铝砖分为三级,即一级品Al2O3>65%;二级品Al2O355%~65%;三级品Al2O348%~55%。

从耐火度和荷重软化温度上看,不过高铝砖的热稳定性不如粘土砖好。高铝砖具有较高的致密度,较低的气孔率,较高的机械强度,耐磨性能也好。高铝砖可以用在焦炉燃烧室炉头及炭化室铺底砖的炉头部位,高铝砖在高温下易产生卷边翘角,所以不适合用在炭化室墙面。

焦炉用高铝砖的特点

(1)耐火度。高铝砖的耐火度在硅酸铝质耐火材料中是比较高的,随着制品中Al2O3含量的增加,耐火度也会有所提升,一般不低于1750~ 1790℃。如Al2O3含量大于95%的刚玉制品,其耐火度可高达1900~2000℃。

(2)荷重软化温度。高铝砖的荷重软化温度会随着制品中SiO2和金属氧化物含量的增加而降低,一般高铝砖的荷重软化温度为1420~1530℃。而Al2O3含量大于95%的刚玉制品,其荷重软化温度达1600℃以上。

(3)抗渣性。因在制品中Al2O3含量高且呈中性,故对酸性或碱性炉渣均有较强的抗侵蚀能力。随着Al2O3含量的增加,高铝砖的抗渣蚀性也会提高。

(4)抗热震性。在其制品中有刚玉和莫来石两种晶体共存,而刚玉的线膨胀系数较莫来石的线膨胀系数大,故在温度变化时由于制品内膨胀差异而导致应力集中,所以高铝砖的抗热震性较差。

(5)重烧线变化。高铝砖的重烧线变化要根据制品的烧成程度而定。若烧成温度足够,烧成时闫充足,则体积稳定,重烧线变化小。反之,由于制品内部发生再结晶,就会导致产生残余收缩。

鉴于高铝砖具有上述特点,它主要适用于砌筑焦炉燃烧室炉头和炭化室底部炉头等部位,同时,因高铝砖在高温下会产生卷边、翘角等情况,不宜用作炭化室墙面。

四、耐火泥

耐火泥是由粉状物料和粘结剂组成的供调制泥浆。焦炉用耐火泥分为硅火泥、黏土火泥和高铝火泥。砌筑硅砖时用硅火泥,砌筑粘土砖时用粘土火泥,砌筑高铝砖用高铝耐火泥。

硅火泥是由硅石、废硅砖和结合粘土配制而成的。硅石是主要成分,硅石中SiO2含量越高耐火度就越高。加入废硅砖粉是为了改善硅火泥与硅砖的高温粘结能力,因废硅砖粉与硅砖的膨胀基本相同,可使砖缝贴靠砖面,在硅火泥中废硅砖粉含量在20%~30%之间。硅火泥中加入结合粘土,可增加火泥的可塑性,降低透气性和失水率,一般加入量为15%~20%左右。

粘土火泥是由煅烧粘土(熟料)、废粘土砖粉和结合粘土(生料)配制而成的。熟料是粘土火泥的主要成分,约占75%~80%,生粘土是结合剂,它的加入是为了增加粘土火泥的可塑性,降低透气性和失水率。但配入量不宜过大,否则易产生裂纹,以配入20%~25%为宜。粘土火泥在温度低于1000℃的焦炉上使用。

砌筑焦炉时,根据各部位的砖种和温度的不同而采用不同的耐火泥。从燃烧室顶部到斜道区中、上部采用中温硅火泥,从斜道区下部到蓄热室中部采用低温硅火泥,蓄热室下部则采用加有水玻璃的低温硅火泥。粘土火泥主要用于砌筑粘土砖部位和修补焦炉。

高铝耐火泥是由高铝矾土熟料和软质粘土、结合剂、外加剂配制而成的干状散装料,属于半成品。高铝耐火泥属于水硬性结合耐火泥,使用时需要加水搅拌,加热后具有一定的强度和耐火温度。高铝耐火泥的粒度根据使用要求而异,其极限粒度一般小于1mm,有的小于0.5mm或更细。使用时要考虑砌筑的耐火材料性质。高铝耐火泥通常与高铝砖配合使用比较搭配,作为砖缝砌筑材料,可以采用涂抹法或喷射法施工。

砌筑焦炉用的耐火泥,常用做砌筑耐火砖砌体的粘结剂和涂层材料。要求在常温下具有良好的可塑性和粘结性,以利施工;干燥后具有较小的收缩性,防止开裂;在使用温度下能发生烧结或固结,有一定的强度,以保证炉体的坚固性和严密性;其耐火度和荷重软化温度应高于使用温度。

五、耐热混凝土

耐热混凝土是由耐火骨料、胶凝材料和水按一定比例调制而成的泥料,是一种特种混凝土,它可以承受长期的高温作用。使用的骨料常是矾土、高炉矿渣等,胶凝材料一般是矾土水泥、硅酸盐水泥、磷酸和水玻璃等。

六、隔热材料

我们通常将导热系数小于0.8kJ/mh℃的建筑材料称为隔热材料。隔热材料的气孔小、气孔率较大,有较低的机械强度,较小的体积密度。
焦炉的砌筑施工中,除了耐火砖和浇注料的应用外,隔热材料也是焦炉砌筑中必须要用到的炉衬之一,隔热材料(绝热材料)类型不同,导热系数不同。隔热材料的物质构成不同,其物理热性能也就不同;隔热机理存有区别,其导热性能或导热系数也就各有差异。

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