含碳耐火汇报材料

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1、耐火材料与原料燃烧 第六章 含碳耐火材料,颜正国 电子邮件：yanzg,含碳耐火材料是钢铁工业中应用最为重要的耐火材料。 下面以一组图展示含碳耐火材料在黑色冶金过程中的应用，涉及高炉、转炉、电炉、连铸系统所用含碳耐火材料，借以说明含碳耐火材料在钢铁冶金领域中的作用和地位。,主要内容,6.1碳素耐火材料 6.2石墨耐火制品 6.3碳化硅耐火制品 6.4碳复合耐火材料,含碳质耐火材料是指由碳或碳化物为主要组成的耐火材料。 由无定形碳为主要组成的称为炭素耐火材料； 由结晶型石墨为主要组成的称石墨耐火材料； 由SiC为主要组成的称碳化硅耐火材料。,6.1炭素耐火材料,炭砖(炭块) 炭素糊,主要品种,一

2、、炭砖生产的简要过程,1.原料 低灰分(小于8%)的无烟煤和灰分少、强度高、挥发分少而无水的煤焦、煤沥青焦和石油沥青焦。,2.配料 遵循粒度合理级配的原则 极限粒度根据制品大小及形状而定 结合剂多采用碳化率高、软化点6575的中温焦油沥青 结合剂加入量1520%,3.混练 坯料在加热条件下进行混练，混练温度和时间是主要控制参数。混练温度比沥青的软化点高5070，混练时间比一般耐火材料长。,4.成型 在热态下进行，然后冷却定型,5.焙烧 分为：预热及挥发分排除阶段、焦化阶段、高温阶段和冷却阶段 气氛：还原气氛(氮气或埋碳) 要先预热 200500 沥青 450开始焦化800焦化基本完成 烧结温度

3、 10001300,焙烧过程温度控制,6.机械加工 炭砖尺寸要求严格，因此必须进行机械加工(车、刨、铣)以制得规定尺寸的制品。,二、炭砖的性质与应用,1.性质 游离碳9499%，其余为灰分 常温耐压强度3060MPa，耐磨性好 碳不熔化，3500升华 膨胀率低 (34)10-6-1 导热性好 3001000导热系数27.547.7W/m 抗热震性好 抗侵蚀性好 抗酸、碱、盐、有机物 易溶于铁水中，增碳 易氧化(空气中350就开始氧化),2.应用 高炉炉底、炉缸、炉腹、炉身等处内衬 铝电解槽 电解镁工业竖式炉 电石炉、铁合金炉、石墨化炉,三、炭糊,将石油焦、沥青焦或无烟煤、冶金焦为原料，经破碎、

4、分级、配料，加中温沥青，经混练制成炭糊。 炭糊用于砌筑炭块和构筑整体内衬,6.2石墨耐火制品,石墨耐火制品是由石墨为主要原料和主要组成的耐火制品。 主要品种为石墨粘土制品 此外还有石墨碳化硅制品,一、石墨粘土制品,1.石墨 具有比无定形碳更高的高温性质 不熔化，3704挥发 不溶于酸碱盐溶液，具有抗金属液和熔渣侵蚀的性能 低膨胀率3.3410-6-1(2511600） 导热性好 63.8W/m(1000 ) 抗热震性好 易氧化(氧化开始温度600),2.石墨粘土制品,石墨粘土制品是以天然石墨为原料，以粘土作结合剂制得的耐火材料。 制品有石墨粘土坩埚、蒸馏罐、铸钢用塞头砖、水口砖及盛钢桶衬砖，其

5、中使用最广泛的是石墨粘土坩埚。,原料： 石墨3560% 粘土熟料04% 结合粘土3060% 生产工艺： 配料混料(先干混，再湿混)困料挤压机挤成泥段成型(大型坩埚手工成型，小型坩埚机压成型或等静压成型)干燥烧成(10001150),制品性能： 强度较高 相当高抗金属液和熔渣侵蚀的能力 低膨胀性较低 导热性较高 抗热震性好,二、其他的石墨制品,粘土抵抗高温性能较差，石墨粘土制品应用受到限制。故以耐高温材料，如碳化硅、ZrO2、刚玉等代替粘土熟料，以焦油、沥青代替结合粘土，制成SiC-C、ZrO2-C、Al2O3-C等其他石墨制品。,6.3碳化硅耐火制品,碳化硅耐火制品是以碳化硅为主原料和主晶相的

6、耐火制品。 种类： 粘土和氧化物结合碳化硅制品 碳结合碳化硅制品 氮化物结合碳化硅制品 自结合和再结合碳化硅制品 半碳化硅制品,一、碳化硅,1.碳化硅的性质 两种晶型-SiC(六方晶系)-SiC(立方晶系) 低膨胀性 2.3410-6-1 非金属材料中膨胀率较低的材料 导热性好 25时35W/m 化学稳定性好 抗酸，不抗碱 易氧化,-SiC-SiC的转化,2.碳化硅的合成,固相法 液相法 气相法 在工业化生产过程中一般以纯净的硅石(SiO298.5%)和焦碳、无烟煤等碳素材料为原料，在电炉中20002500下合成碳化硅(固相法)。,SiO2+CSiC+CO 1500时开始生成-SiC，2100

7、时 -SiC 向-SiC转变，2400转化结束。 纯净SiC无色 杂质多黑色(含铁、铝、硼、碳等较多) 杂质少绿色(掺杂氮、磷等元素),二、碳化硅制品性质,1.粘土和氧化物结合的碳化硅制品 制品的生产 耐火粘土(1015%)+SiC(5090%)+亚硫酸纸浆废液或糊精混练成型干燥烧成(13501400),制品性质 常温强度很高 导热率很高 抗热震性强 抗渣性高 耐磨性高,制品的应用 炼铁高炉炉腰、炉腹和炉身炉衬 有色金属锌、铝等冶炼设备的内衬砖 铸造容器和各种加热炉内衬 焦炉碳化室 陶瓷窑具耐火制品,2.氮化硅结合的碳化硅制品,(1)氮化硅的性质 晶型：低温型-Si3N4，高温型-Si3N4

8、在温度低于1400时，能生成-Si3N4 ；而在较高温度下则生成-Si3N4 ；加热时，约在1500左右发生型的转化。强度和荷重软化温度高,热膨胀性很低和导热性较高 抗热震性强 耐酸液(氢氟酸除外)、金属液(除铁水、钢水)和熔渣的侵蚀,(2)氮化硅结合碳化硅制品的生产、性质和应用,生产,多孔体的坯体,SiC(44m)+Si(细粉),成型,13001350,N2气氛,3Si+2N2=Si3N4,SiC+Si3N4,性质和应用 性质：SiC7080% Si3N4 1525% 气孔率1018% 热膨胀系数3.810-6-1 导热系数9.65W/m(800) 抗热震性能好 制品的耐侵蚀性与纯SiC和纯

9、Si3N4好 应用：主要用于高炉，也应用于有色冶金,3.自结合和再结合碳化硅制品,自结合碳化硅耐火制品是指原生的SiC晶体之间由次生的SiC晶体结合为整体的制品；再结合碳化硅耐火制品是原生的SiC晶体经过再结晶作用而结合为整体的制品。,4.半碳化硅质制品,半碳化硅质制品是SiC含量在50%以下的耐火制品。 按材质不同，分为粘土熟料碳化硅制品、高铝碳化硅制品、莫来石碳化硅制品、锆英石碳化硅制品等,6.4碳复合耐火材料,碳复合耐火材料是指以耐火原料和碳素材料为主要成分原料，并添加适量结合剂及其他添加剂而制成的材料。,一、碳复合耐火材料的分类及其特性,1分类 (1)按原料组成 主要有镁碳质、镁钙碳质

10、和铝碳质 (2)按结合方式 主要有陶瓷结合制品和碳结合制品,典型陶瓷结合制品有烧成油浸砖、粘土或高铝石墨制品等。 结构特点是通过高温烧成在耐火材料之间形成某种陶瓷结合，碳素材料充填在耐火材料颗粒之间或气孔内。,碳结合耐火制品一般为不烧耐火材料 其生产工艺一般是先将结合剂和粗颗粒混合均匀，使结合剂在粗颗粒表面形成一层薄膜，然后加入耐火材料细粉和石墨，混合均匀后成型、热处理后，作为结合剂的树脂固化形成一个固化树脂框架把耐火材料和石墨结合起来。,(3)按热处理方式 不烧制品 (MgO-C、MgO-CaO-C、Al2O3-SiC-C、MgO-Al2O3-C砖) 烧成制品(铝碳质中间包滑板、长水口、浸入

11、式水口、铝锆碳滑板、锆碳质浸入式水口渣线套等),(4)不定形碳复合耐火材料 不定形碳复合耐火材料主要是指含碳可浇注耐火材料。,2碳复合耐火材料的特性,(1)耐火度高； (2)高温强度高； (3)抗渣蚀性能好； (4)抗热震性好； (5)抗蠕变性能好。,二、碳复合耐火制品的生产,1.镁碳砖 镁碳砖是以镁砂和石墨为主要原料制成的不烧碳复合耐火材料。 按照所用结合剂的不同，MgO-C砖的生产工艺流程有以下两种： 树脂结合镁碳砖生产工艺流程 沥青结合镁碳砖生产工艺流程,(1)原料,镁砂 生产镁碳砖的镁砂通常要求MgO的质量分数为9599%，CaO/SiO22，结晶大的电熔或烧结镁砂。,镁砂临界粒度的选

12、择：在温度梯度大、热冲击激烈的部位使用镁碳砖需选择较小的临界粒度；要求耐蚀性高的部位，则选择较大的临界粒度。如风眼砖、转炉耳轴、渣线用镁碳砖，镁砂的临界粒度选用1mm，而一般转炉、电炉用镁碳砖的临界粒度选用3mm。,镁砂细粉：为使MgO-C砖中颗粒与基质部分的热膨胀能保持整体均匀性，基质部分需配入一定数量的镁砂细粉，另外也有利于基质部分氧化后结构保持一定的完整性。但若配入的镁砂细粉太细，则会加快MgO的还原速度，从而加快MgO-C砖的损毁。小于0.01mm的镁砂很易石墨反应，所以在生产MgO-C砖时最好不配入这种太细的镁砂。为了获得性能优良的MgO-C砖，MgO-C砖中 0.074mm的镁砂与

13、石墨的比值应小于0.5，而超过1时，则会使基质部分的气孔率急剧增大。,石墨 石墨的加入量应与不同砖种及不同的使用部位结合在一起考虑。一般情况下，若石墨加入量20，生产时成型困难，易产生裂纹，制品易氧化，所以石墨的加入量一般在820%之间，根据不同的部位，选择不同的石墨加入量。,(2)混练,生产MgO-C砖时，若不注意混练时的加料次序，则泥料的可塑性和成型性将受到影响，从而影响到制品的成品率与使用性能。 正确的加料次序为： 镁砂(粗、中)结合剂石墨镁砂细粉和添加剂的混合粉。,视不同的混练设备混练时间略有差异。若在行星式混练机中混练，首先将粗、中颗粒混合35min,然后加入树脂混碾35min,再加

14、入石墨，混碾45min,再加入镁砂粉及添加剂的混合粉，混合35min,使总的混合时间在2030min左右。若混合时间太长，则易使镁砂周围的石墨与细粉脱落，且泥料因结合剂中的溶剂大量挥发而发干;若太短，混合料不均匀，且可塑性差，不利于成型。,(3)成型,成型是提高填充密度，使制品组织结构致密化的重要途径，因此需要高压成型，同时严格按照先轻后重、多次加压的操作规程进行压制，由于MgO-C砖的膨胀，模具需要缩尺(一般为1)。,(4)热处理制度,酚醛树脂结合的MgO-C砖，可在150250 的温度下进行热处理，树脂可直接(热固性树脂)或简接(热塑性树脂)地硬化，使制品具有较高的强度。一般处理时间为24

15、32h。,2.镁钙碳砖,镁钙碳砖是以氧化镁、氧化钙和碳为主要成分而生产的耐火制品。 属于不烧制品,(1)原料,主要原料包括烧结镁砂(或电熔镁砂)、白云石和鳞片状石墨。 由于氧化钙抗水化性差，白云石砂要采用粗颗粒，镁砂采用细颗粒。 由于CaO易水化，因此所用结合剂应尽量少含结合水或游离水，可用的结合剂有：煤沥青、石油重质沥青、高碳结合剂、无水树脂。,(2)混练与成型,当用无水树脂时与MgO-C砖相同； 当用沥青作为结合剂时，通常采用热态混练与热态成型，另外为了提高制品的体积密度，增强碳结合，对已压好的砖进一步经焦化处理后再用焦油沥青浸渍，可明显提高制品的性能。,3.铝碳质耐火材料,碳质耐火材料是指以刚玉(或高铝矾土、莫来石)和碳素为主要原料，大多数情况下还加入其它原料，如SiC、金属Si等，用沥青或树脂等有机结合剂粘结而成的碳复合耐火材料。,碳素原料对滑板的抗侵蚀性能和热震稳定性有重大的影响。碳含量在10时，抗侵蚀性能最好；随着碳量的增加，抗热震性明显提高。从抗侵蚀和抗热震两方面考虑，多数滑板碳的质量分数应控制在10%左右。,4.铝镁碳砖,铝镁碳砖是以特级高铝矾土或刚玉砂、镁砂和鳞片状石墨为主要原料制成的耐火材料。 镁铝碳砖除具有耐蚀性和耐剥落性的优点外，还由于受热生成尖晶石而显示出较高的残余线收缩率。是一种最新发展的碳复合耐火材料。 主要用作使用条件苛刻的钢包内衬等。,