Огнеупорная футеровка доменной печи

Огнеупорная футеровка доменной печи

Современная доменная печь (ДП) имеет огнеупорную футеровку для защиты корпуса печи от высоких температур и абразивных материалов внутри печи. Огнеупорная футеровка охлаждается для дальнейшего усиления защиты от избыточного тепла, которое может разрушить огнеупорную футеровку. ДП имеет сложную огнеупорную систему, обеспечивающую долгий и безопасный срок службы, необходимый для доступности доменной печи и для обеспечения почти непрерывной работы печи и разливки.

Условия в доменной печи сильно различаются в зависимости от региона, и огнеупоры подвержены различным механизмам износа. Подробности приведены в Таблице 1. Условия применения разных участков доменной печи неодинаковы из-за самой природы ее геометрии, а также из-за пирометаллургического процесса, протекающего на разных стадиях. Механизмы физического и химического износа в разных зонах доменной печи разнообразны и сложны по своей природе. Например, механический износ или истирание происходит, главным образом, в верхней части штабеля и вызывается примесью шихтовых материалов и запыленными газами. Высокие тепловые нагрузки являются основным фактором в нижней части штабеля и в нижней части. В области горна горизонтальное и вертикальное течение жидкого металла в сочетании с термическими напряжениями часто образуют нежелательную кавитацию в форме слоновой ноги. Огнеупорные материалы в этих регионах должны заботиться об этих механизмах износа, чтобы избежать повреждений из-за них. Таким образом, дымовая труба (верхняя, средняя и нижняя), днище, чаша, направляющая и фурменная зона, топка и летка требуют различного качества огнеупоров в зависимости от соответствующих условий применения.

<тд 275"> <тд 200"> <тд 275"> <тд 200"> <тд 275"> <тд 200"> <тд 275"> <тд 200"> <тд 275"> <тд 200"> <тд 275"> <тд 200"> <тд 275"> <тд 200"> <тд 275"> <тд 200"> <тд 275"> <тд 200">

Вкладка 1 Механизмы атаки в разных зонах доменной печи
Регион	Механизм атаки	Полученный ущерб
Верхний стек	Истирание	Абразивный износ
	Колебания средних температур	Растрескивание
	Влияние	Потеря кирпичей
Средний стек	Средние и сильные колебания температуры	Растрескивание
	Газовая эрозия	Одежда
	Окисление и щелочное воздействие	Износ
Нижний стек	Сильные колебания температуры	Сильное выкрашивание
	Эрозия газовыми струями и истирание	Одежда
	Окисление и щелочное воздействие	Износ
	Термическая усталость	Повреждения и трещины корпуса
Живот	Колебания средних температур	Растрескивание
	Окисление и щелочное воздействие	Износ
	Истирание, газовая эрозия и высокая температура	Одежда
Бош	Высокая температура	Стрессовая атака
	Шлако-щелочное воздействие	Износ и износ
	Колебания средних температур	Растрескивание
	Истирание	Одежда
Гоночная дорожка и	Очень высокая температура	Растрескивание под напряжением и износ
Фурменный район	Колебания температуры	Растрескивание
	Окисление (вода и кислород)	Износ
	Шлакообразование и эрозия	Одежда
	Повреждение паршой	Потеря охлаждающих элементов и фурм
Очаг	Окисление (вода)	Одежда
	Цинк, шлак и щелочь	Износ
	Высокая температура	Нарастание напряжения и растрескивание
	Эрозия от горячих жидкостей	Риск выхода из строя
Железная выемка	Сильные колебания температуры	Растрескивание
(летка)	Эрозия (шлак и железо)	Износ летки
	Цинк и щелочь	Износ
	Газовая атака и окисление (вода)	Износ и износ

Выбор соответствующей огнеупорной комбинации в зависимости от механизма изнашивания очень важен. Неправильный выбор огнеупоров часто приводит к отказу огнеупоров, что впоследствии становится сложной задачей для решения. Типы огнеупорной футеровки, необходимые для доменной печи, а также тенденции в структуре огнеупорной футеровки представлены на рис. 1.

Рис. 1. Огнеупорная футеровка в различных зонах доменной печи

В настоящее время ожидается, что срок службы кампании BF составит около 15 лет или более. Кроме того, наблюдается тенденция к использованию доменных печей большой мощности, которые подвергаются жестким условиям эксплуатации. Для достижения цели длительного срока службы футеровки в жестких условиях эксплуатации необходимо иметь хорошее сочетание высококачественных огнеупоров в сочетании с высокоэффективными системами охлаждения и жестким контролем за работой печи, чтобы обеспечить высокую производительность без чрезмерной обработки стенки и с минимизацией массивных «проскальзывания» в доменной печи, которые могут привести к чрезмерному преждевременному повреждению огнеупорной футеровки.

Известно, что днище и часть горна разъедает в основном чугун, шлак и щелочи. Огнеупорный кирпич в этих местах подвергается высоким нагрузкам и температурам. Поэтому требуется огнеупорная футеровка, которая должна иметь высокую прочность, более низкий коэффициент ползучести при сжатии и более высокие значения RUL (огнеупорность под нагрузкой) и PCE (эквивалент пирометрического конуса). В некоторых доменных печах используется глинозем с низким содержанием железа, плотный 42%-62% глинозем, муллитовые огнеупорные кирпичи, обычные углеродные блоки и т. д. в днище и нижнем поде, в то время как в настоящее время наблюдается тенденция к замене их блоками из супермикропористого графита. Срок службы очага доменной печи в основном зависит от следующих факторов.

• Эксплуатационные факторы, такие как (i) высокая производительность, приводящая к высоким тепловым нагрузкам, (ii) высокая скорость жидкости, вызывающая большую эрозию, и (iii) высокая закачка угля означает более низкую проницаемость. Ни один из этих факторов не находится под контролем оператора доменной печи, и, следовательно, единственным решением может быть прочная огнеупорная футеровка.
• Конструкция системы огнеупорной футеровки. Вся огнеупорная футеровка также подвергается тепловому напряжению, которое также играет доминирующую роль, особенно при неадекватной конструкции. Система или конструкция огнеупорной футеровки должны (i) оптимизировать тепловое сопротивление, (ii) обеспечивать компенсацию расширения, (iii) предотвращать растрескивание и (iv) устранять встроенные барьеры.
• Свойства огнеупоров – к ним относятся (i) высокая теплопроводность, (ii) щелочестойкость, (iii) низкая проницаемость, (iv) низкое тепловое расширение и (v) низкая эластичность.

Недавняя разработка микропористых углеродных кирпичей и улучшение качества полуграфитовых и графитовых блоков привели к более высокой инфильтрационной стойкости к железу и шлакам, а также к повышению теплопроводности. Проблема образования хрупкого слоя вокруг изотермы 800°С из-за конденсации щелочи и термических напряжений решена за счет использования блоков меньшего размера, оптимальных припусков на расширение и т. д. Углеродистые огнеупоры покрываются шамотным или муллитовым кирпичом для защиты от окисления. Дизайн этой «керамической чашки» важен, так как изотермы меняются в зависимости от качества и толщины материала чашки.

Кирпичи штабеля особенно подвержены сильному истиранию и эрозии шихтовым материалом сверху, а также высокоскоростным дымом и частицами пыли, вылетающими из-за высокого давления струи в среде CO (окись углерода). Следовательно, условия применения требуют огнеупорных материалов, которые должны иметь высокую прочность, низкую проницаемость, высокую стойкость к истиранию и устойчивость к распаду CO. Огнеупорный шамотный кирпич сверхпрочного исполнения или плотный глиноземистый кирпич с содержанием Al2O3 около 39–42 % могут придать эти характеристики, необходимые для применения в кладке.

На фурму и чашу воздействуют перепады температур, истирание и щелочи; и днище и нижний вал в результате теплового удара, истирания и воздействия CO и т. д. В критических зонах доменной печи, т. е. фурме, чаше, днище и нижней трубе, карбид кремния, SiC-Si3N4 и корундовые огнеупоры заменили углерод и 62 % Al ₂ О₃ или муллитовые кирпичи. Это использует преимущества высокой теплопроводности SiC в сочетании с пластинчатыми охладителями. Однако из-за проблемы утечки воды вокруг летки и фурменной зоны многие доменные печи футерованы высокоглиноземистыми или алюмохромокорундовыми огнеупорами. Современное состояние и тенденции развития огнеупоров Bf представлены в Таблице 2.

Вкладка 2 Огнеупоры для доменных печей
Площадь	Присутствует	Тенденция
Стек	39 % – 42 %% Al2O3	Сверхмощный шамот
Живот	39 % – 42 % Al2O3	Корунд, SiC-Si3N4
Бош	62 % Al2O3, муллит	SiC-Si3N4
Фурма	62 % Al2O3, муллит	SiC самоскрепленный, алюмохром (корунд)
Нижний очаг	42 %-62 % Al2O3, муллит, обычный угольный блок	Углеродный/графитовый блок с супермикропорами
Леточное отверстие	Связка шамотной смолы, связка из высокоглиноземной / карбидной смолы	Шамотная смола на связке, Высокоглиноземистая / SiC смола на связке
Основной желоб	Смола / глина на водной основе / набивные массы на связке грога / дегтя, бетонные смеси	Сверхнизкоцементные бетоны (ULCC), смеси карбида кремния и глинозема, техника торкрет-ремонта
Наклонный излив	Набивные массы с высоким содержанием глинозема / карбида кремния / бетонные смеси с низким содержанием цемента	Высокоглинозем / SiC / Углерод / ULCC

Различные типы огнеупоров доменной печи

  Ниже описаны различные типы огнеупоров, которые используются для футеровки доменных печей.

• Обожженные углеродные блоки — микропористый углеродный блок, полуграфитовый углеродный блок и микропористый углеродокремниевый блок изготавливаются из высокотемпературного электрически кальцинированного антрацита, синтетического графита и карбида кремния в качестве основного сырья. Они обладают более высокой теплопроводностью, меньшей проницаемостью, хорошей стойкостью к горячему металлу и щелочам. В качестве нижней облицовки днища используются полуграфитовые углеродные блоки. Микропористые углеродные блоки используются в качестве футеровки верхнего пода и нижнего горна доменных печей с интенсифицированной плавкой. Микропористые углеродокремниевые блоки используются при кладке горна, летки и шлакового люка доменной печи.
• Обожженные углеродистые кирпичи малого размера. Формованные микропористые углеродные кирпичи и углеродисто-карбидокремниевые кирпичи производятся путем горячего прессования, высокотемпературного обжига и окончательного измельчения с использованием высокотемпературного электрически кальцинированного антрацита, синтетического графита и карбида кремния в качестве основного сырья и масла, полученные из угля или фенолформальдегидной смолы в качестве связующего, а также ультрамикропорошковые добавки. Формованные микропористые кирпичи из карбида кремния углерода могут быть использованы для кладки фурмы, шлаковой шахты, летки, горна и шлакообразующих зон доменной печи.
• Керамический чашечный кирпич — это композитный корундовый кирпич, соединенный пластичной фазой. Кирпич состоит из высококачественного муллита и плавленого корунда высокой чистоты в качестве сырья с добавлением специального связующего путем формования под высоким давлением и спекания при высокой температуре. Обладая характеристиками высокой огнеупорности под нагрузкой (RUL), компактной структурой, низкой пористостью и высокой коррозионной стойкостью, кирпичи используются для футеровки днища доменной печи, футеровки днища керамического стакана и комбинированного кирпича фурменного, летки и шлакового отверстия крупного доменного дутья. печь.
• Корундовый кирпич. Корундовый кирпич изготавливается из коричневого плавленого корунда и карбида кремния в качестве исходных материалов в сочетании со специальными добавками в процессе формования и спекания перед тонкой механической обработкой. Кирпич характеризуется хорошей щелочестойкостью и коррозионной стойкостью к шлаку, что подходит для футеровки днища, керамического стакана пода, фурмы, летки и шлакового отверстия.
• Кирпич SiC-Si3N4. Существует множество различных типов кирпичей SiC с различными системами связки и различным содержанием SiC. Как правило, SiC прямого связывания обладают высокой устойчивостью к щелочам и цинку. Кроме того, они обладают высокой теплопроводностью, отличной эрозионной стойкостью, очень хорошими характеристиками теплового удара и устойчивы к коррозии и воздействию CO. Как правило, SiC на нитридной связке используется в приложениях, таких как днище доменной печи.
• Микропористый глиноземистый углеродистый кирпич. Эти кирпичи изготавливаются с использованием специального бокситового клинкера, корунда, графита и среднего глинозема в качестве основного сырья в сочетании с несколькими видами сверхтонких порошковых добавок. Он имеет микропоры, хорошую устойчивость к щелочам и высокую теплопроводность. Используется для футеровки стакана, дымовой трубы и стенки охлаждения доменной печи.
• Кирпичи класса 50 % глинозема — обычно огнеупоры этого класса представляют собой модернизированные огнеупорные кирпичи сверхпрочного режима. Как правило, они состоят из смеси бокситов, кремнистой глины/шамота и пластичной глины. Кирпичи из 50 % глинозема обычно имеют низкую пористость, расширяются при повторном нагреве до 1600°С и обладают хорошей стойкостью к термоциклированию. Кирпич этого класса, содержащий материалы более высокой чистоты, обладает хорошими несущими свойствами и отличной стойкостью к воздействию щелочи.
• Кирпичи класса 60 % глинозема. Кирпичи этого класса состоят из самых разных материалов. Наиболее распространенные и высоко ценимые среднеглиноземные кирпичи состоят из минералов из группы силлиманита (обычно в сочетании с небольшим количеством кальцинированного глинозема и пластичных глин). Другие 60% глинозема этого класса состоят из смеси синтетического шамота, бокситов, прокаленного глинозема и пластичных глин. Высокий уровень образования муллита позволяет кирпичам этого класса (особенно огнеупорам, содержащим силлиманит) демонстрировать превосходное сопротивление ползучести. Силлиманитовые кирпичи часто можно фосфатировать/химически связывать и отверждать для повышения термостойкости.
• Кирпичи класса 70 % глинозема – этот класс кирпичей основан на первичном сырье боксите или шамоте с высоким содержанием глинозема, в который добавляется шамот. Эти кирпичи обжигают примерно до 1400°C, чтобы предотвратить чрезмерное расширение во время обжига (вызванное реакцией кремнеземистых компонентов с бокситом с образованием муллита). Кирпичи из 70 % глинозема демонстрируют высокие коэффициенты расширения в процессе эксплуатации, что позволяет уменьшить размеры швов.
• Кирпичи класса глинозема 80 % – на основе бокситов с добавками обожженного глинозема и глинистых материалов. Их обжигают при температуре около 1420–1480 ° C, чтобы поддерживать одинаковый размер кирпича. Обожженные изделия этого класса имеют около 20 % пористости, хорошую прочность и стойкость к термоциклированию. Эти продукты связаны с фосфатным/химическим связыванием (как отвержденным, так и обожженным) в качестве средства придания большей устойчивости к истиранию и уменьшения пористости.
• Огнеупорная глина  кирпичи - шамотные кирпичи состоят из смеси обычно двух или более глин. Использование кремнистых и каолиновых глин придает огнеупорность, кальцинированные глины (шамоты) контролируют усадку при сушке и обжиге, а пластичные глины облегчают формование и прочность сцепления. Шамотные кирпичи обычно группируются в (i) сверхпрочные кирпичи (PCE> 33), которые имеют типичное содержание глинозема от 40 % до 45 % и обладают хорошей огнеупорностью, стойкостью к тепловому удару и стабильностью объема при более высоких температурах, (ii) высоким огнеупорные кирпичи для тяжелых условий эксплуатации (PCE от 31 ½ до 33), которые аналогичны эквивалентам для сверхмощных условий, но обычно изготавливаются из низкокачественной кремнистой глины/шамота и пластичных глин (типичное содержание Al2O3 от 40 % до 45 %) и обычно используются в качестве замены огнеупорных кирпичей для средних нагрузок где термоциклирование является потенциальной проблемой, (iii) огнеупорные кирпичи для средних условий эксплуатации (PCE 29–31) (типичное содержание Al2O3 от 38 % до 42 %) используются в менее тяжелых условиях, и их стойкость к тепловому удару ниже, чем у огнеупорных кирпичей для сверхвысоких и высоких нагрузок, (iv) огнеупорные кирпичи для низких нагрузок (PCE от 15 до 29) (типичное содержание Al2O3 от 35 % до 38 %) используются в качестве футеровки и других применений, где преобладают умеренные температуры, и (v) полукремнеземные огнеупорные кирпичи с типичным содержанием глинозема 18 % до 25% с содержанием кремнезема s в диапазоне от 72 % до 80 % и обладают превосходной несущей способностью и стабильностью объема при относительно более высоких температурах.
• Масса летки. Основные характеристики, необходимые для массы летки, включают хорошую вязкость и хорошие свойства спекания в сочетании с устойчивостью к коррозии и эрозии.