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1、1 耐火材料知识培训 制造部2008 9 25 2 随着新型干法窑的出现和窑的大型化发展 窑的转速成倍的提高 窑内热力强度不断增大 窑内耐火材料所受的热应力 机械应力和化学应力等都相应增加 对耐火材料本身的材质 物理性能 化学性能都提出了更高的要求 据国内外的资料介绍 耐火材料本身的性能 砌筑质量和窑的热工制度对耐火材料寿命的影响各占1 3 前言 3 耐火材料 耐火材料一般是指耐火度在1580oC以上的无机非金属材料 它包括天然矿石及按照一定的目的要求经过一定的工艺制成的各种产品 具有一定的高温力学性能 良好的体积稳定性 是各种高温设备必需的材料 定义 第一章 耐火材料基本知识 一 4 二 耐
2、火材料的分类 酸性 高级耐火材料 1770 2000 C 特级耐火材料 2000 C以上 2 按耐火度划分 超级耐火材料 大于3000 C 普遍耐火材料 1580 1770 C 1 按化学成分划分 碱性 中性 5 3 按加工制造工艺划分 烧成制品 熔铸制品 不烧制品 4 按用途划分 高炉用 平炉用 转炉用 连铸用 玻璃窑用 水泥窑用耐火材料等 5 按外观划分 耐火制品 耐火泥 不定形耐火材料 6 按化学 矿物组成划分 硅酸铝质 粘土砖 高铝砖 半硅砖 硅质 硅砖 熔融石英烧制品 镁质 镁砖 镁铝砖 镁铬砖 碳质 碳砖 石墨砖 白云石质 锆英石质 特殊耐火材料制品 高纯氧化物制品 难熔化合物制品
3、和高温复合材料 6 三 经常使用的耐火材料有那些 1 经常使用的普通耐火材料有硅砖 半硅砖 粘土砖 高铝砖 镁砖等 2 经常使用的隔热耐火材料有硅藻土制品 石棉制品 绝热板等 3 经常使用的不定形耐火材料有补炉料 耐火捣打料 耐火浇注料 耐火可塑料 耐火泥 耐火喷补料 耐火投射料 耐火涂料 轻质耐火浇注料 炮泥等 4 经常使用的特殊材料有刚玉砖 直接结合镁铬砖 碳化硅砖 氮化硅结合碳化硅砖 氮化物 硅化物 硫化物 硼化物 碳化物等非氧化物耐火材料 氧化钙 氧化铬 氧化铝 氧化镁 氧化铍等耐火材料 7 四 耐火材料的物理性能包括那些 物理性能 结构性能 热学性能 力学性能 使用性能 作业性能 气
4、孔率 体积密度 吸水率 透气度 气孔孔径分布等 热导率 热膨胀系数 比热 热容 导温系数 热发射率耐火材料 耐火度 荷重软化温度 重烧线变化 抗热震性 抗渣性 抗酸性 抗碱性 抗水化性 抗CO侵蚀性 导电性 抗氧化性等 耐压强度 抗拉强度 抗折强度 抗扭强度 剪切强度 冲击强度 耐磨性 蠕变性 粘结强度 弹性模量等 稠度 塌落度 流动度 可塑性 粘结性 回弹性 凝结性 硬化性等 8 结构性能 体积密度 体积密度是指制品的干燥重量与总体积之比 气孔率 是指材料所有开口气孔的体积与总体积之比 气孔率的大小直接表征材料的致密程度 它于材料的某些物理性能和使用性能相关 一般地讲 材料的气孔率减小 材料
5、的强度就越高 抗冲蚀性 耐侵蚀性 抗渣性能越强 导热系数越大 透气度 是指在一定时间内 由一定压力的气体 通过一定厚度和断面的数量 透气度既能表征耐火材料抗渣性 又能表征热量通过炉墙的热损失 9 热膨胀性 是指制品在加热过程中所发生的长度变化 其表示方法是线膨胀率和线膨胀系数 导热性 导热性对于窑炉设计和熔窑保温计算具有重要意义 对耐火材料本身来讲还直接关系到耐火材料的热震稳定性 通常用导热系数来表示 导热系数是一定厚度耐火材料单位面积上一定时间间隔和单位温度差条件下通过的热量 单位 热学性能 10 常温耐压强度 耐火材料在一定温度下 单位面积上所能承受而不破坏的极限荷载 其它几个强度指标 常
6、温抗折强度 高温耐压强度 高温抗折强度 抗拉 弯曲和扭转应力 强度弹性模量 是用于分析耐火材料制品在使用过程中受热所产生的应力和应变特性 力学性能 11 使用性能 耐火度 指材料在使用过程中抵抗高温作用而不熔融的性能指标 耐火度的定义 耐火材料在无荷重时抵抗高温而不熔化的性质称为耐火度 荷重软化温度 指耐火制品在2kg cm2的压力下开始软化变形0 6 的温度 表示耐火材料在对高温和荷重同时作用的抵抗能力 高温蠕变性能 指制品在高温和一定荷重下承受小于极限强度的某一恒定荷重时 产生塑性变形 变形量随时间的增长逐渐增加 甚至造成材料的破坏 称这种现象耐火材料的蠕变 重烧线收缩 指制品在高温下长期
7、使用时 相成分继续变化 产生再结晶和进一步烧结等现象所出现的不可逆收缩 重烧线收缩指标表征制品高温体积稳定性 热稳定性 即耐火制品耐崩裂性 抵抗发生碎裂或破裂 和抗热震性 抵抗急冷急热而不破裂的能力 影响热震稳定性的因素 1 热应力 2 缓冲应力 3 制品的机械强度抗渣性 是指制品抵抗化学侵蚀的能力 12 不定型耐火材料 不定型耐火材料是由合理级配的粒状和粉状与结合剂共同组成的不经成型和烧成而直接使用的耐火材料 定义 定义 分类 按工艺特性分类 浇注料 可塑料 捣打料 喷射料 投射料 火泥 涂抹料 按原料材质分类 硅质 粘土质 高铝质 镁质 白云石质 铬质 含铬质等 按结合剂品种分类 水玻璃结
8、合 铝酸盐水泥结合 硅酸盐结合 焦油沥青结合 酚醛树脂结合等 13 第二章 耐火材料砌筑基本常识 一 耐火砖砌筑施工要求 检修前做好充分的准备工作 耐火砖砌筑前必须对壳体进行全面检查 并打扫干净 耐火砖与耐火泥浆必须匹配使用严禁相互混用 耐火砖砌筑之前应认真做好放线工作 除窑内砖外其余部位耐火砖采用湿砌 允许砖缝宽度 2mm 灰缝中的火泥浆必须饱满 砌筑方式采用环向错缝砌法 硅酸钙板要紧贴钢筒体 耐火砖要紧贴硅酸钙板 力求砖缝平直 为此要求砌筑施工前环向2m要划环线 水平放线每隔1m要取点划贯穿整个施工段的底 垂 线 收口砖不可以二块连着放在一起 锁砖一定要紧 收口砖不得小于原砖大小的2 3
9、环环间膨胀缝要求预留 根据图纸和实际情况合理使用各种砖搭配砌筑 严禁 起坡 现象 遇有筒体不平 可用稠胶泥找平 不得用纸板或其它东西衬垫 窑内砌砖的基本要求 砖衬紧贴壳体 砖与砖要靠严 砖缝直 交圈准 锁砖牢 不错位 不下垂托空 砌砖时要使用橡皮锤 严禁使用铁锤 窑内砌砖插缝钢板要求 厚度一般在1 2mm 要求平整 不卷边 不扭曲 板宽小于砖宽约10mm 每条缝中只允许使用一块钢板 收口砖两侧不能同时打钢板 每环砖钢板用量小于4块 且尽量少用 窑内施工注意事项 杜绝耐火砖出现以下现象 大小头倒置 抽签 混浆 错位 倾斜 灰缝不均 爬坡 重缝 张口 脱空 毛缝 缺棱少角等 14 15 16 耐火
10、材料的砌筑方法对水泥回转窑来说是一个十分重要的问题 对每一个筑炉工来讲 必须树立严格的质量要求 要保证这一点 筑炉工就应具备熟练的操作技术 同时还应有精工细作的工作作风和高度负责的精神 1 耐火砖砌筑的砖缝 工业炉窑的砌筑要求有很多 但最重要 最基本的要求是耐火材料砌体的密实度 砖缝的透气性 抗金属熔液以及溶渣的渗透都应符合质量要求 耐火材料砌筑应该使砌体成为一个整体 灰缝无疑是砌体的薄弱环节 灰缝比起耐火砖强度要差的多 因此无论是水平缝或竖缝都必须灰浆饱满 不应存在不饱满的灰缝 17 2 灰缝的厚度 用塞尺进行检查 塞尺的宽度为15mm 厚度等于被检查的灰缝厚度 如果相应的塞尺伸入灰缝的深度
11、不超过20mm 该灰缝认为合格 3 灰缝的饱满度 用网格进行检查 网格的长宽应和砖的尺寸一致 工业炉窑的灰浆饱满度应大于90 工业炉窑在加热过程中 炉墙受温度的影响而膨胀 为了补偿这部分的膨胀 在砌筑工业炉窑时 应该留有一定的余地 这就是要讲的膨胀缝 膨胀缝的留置 一般是根据耐火材料砌体的材质和使用温度的影响 来确定膨胀缝的宽度 由设计时确定 4 膨胀缝的设置 18 水泥回转窑窑衬中的膨胀缝 窑内各带中的膨胀接缝 冷却带 用高铝砖时不设膨胀缝 用尖晶石砖时 每圈砖都设2mm的膨胀 相当于砖衬长度的1 下侧过渡带 基本上是使用镁铬砖或尖晶石砖 每圈砖都设2mm的膨胀缝 约相当于砖衬长度的1 烧成
12、带 用镁铬砖 尖晶石砖或无铬镁砖时 每圈砖都设2mm的膨胀缝 相当于砖衬长度的1 上侧过渡带 用镁铬砖 尖晶石或无铬镁砖时 每圈砖都设2mm的膨胀缝 相当于砖衬长度的1 安全带 总是采用高铝砖或富铝砖 不需另设膨胀缝 预热带 采用黏土砖 不设膨胀缝 19 一般情况下 水泥回转窑烧成带耐火砖的平均使用周期是8 10个月 20 1 热应力 热应力给耐火砖造成的损坏 主要表现为热震和过热 热震 窑运转时 窑内的烟气温度在2000 而窑料的温度约在1450 二者温差约在600 窑每转一圈 耐火砖就受到温差造成的热震应力的作用 而随窑的回转逐步积累 最终导致耐火砖的损坏 如果频繁停窑则温差更大 对耐火砖
13、造成的热震损坏更严重 过热 就是窑内的温度太高 耐火砖承受不住而损坏 21 怎样来判定温度高不高 引入一个参数 单位热负荷 正常的烧成带热负荷为3 5 5 106kcal m2h 烧成带最大热负荷为5 8 106kcal m2h 窑内热负荷过高 会造成耐火砖熔融凹坑 熔融状窑皮等 22 2 机械应力 机械应力对耐火砖造成的损坏 主要是窑筒体椭圆度应力 径向弯曲应力 热膨胀等 椭圆度 窑筒体变形是由窑内耐火砖的重量 窑料荷重和筒体自身重量的综合因素造成的 在重量作用下 筒体的圆形截面变成椭圆形 当窑运转时 椭圆对耐火砖造成机械应力 椭圆度愈大所产生的机械应力也愈大 椭圆度计算公式 椭圆度值应小于
14、窑直径的十分之一 当大于上述数值时会引起耐火砖的破损 23 2 化学应力 化学应力给耐火砖造成的损坏 主要是生料成分和燃料成分中的碱 氯 硫的化合物对砖的渗透 盐渗透 盐渗透产生在窑内物料挥发的部位 挥发物冷凝后所生成的盐渗透进入耐火砖内 侵蚀砖内的成分 致使砖体致密 随着挥发冷凝过程的反复出现 致密部位随液相渗入 从砖面逐步深入到砖内 最终导致耐火砖剥落损坏 碱硫比 ASR 碱硫比 ASR 的计算公式 24 当硫过剩时ASR 1窑气内的SO2 SO3与CaO反映生成无水石膏CaSO4 体积增大 游离的SO3与镁铬砖内的成分反应 生成低熔融点的化合物 上述反应生成的低熔相化合物渗透至耐火砖内
15、造成砖体致密毁坏 当碱过剩时ASR 1碱盐气体存在氧化气氛的窑气中 与镁铬砖内的铬矿石作用生成碱铬化合物 毁坏耐火砖的砖体结构 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 二 浇注料的总施工要求 浇注料施工
16、前检查设备的外形和清洁 锚固件的型式 布置 焊接及膨胀补偿处理 浇注料的防水措施 及施工用水准备及质量检查 施工用水需用清洁的饮用水 浇注料必须采用机械搅拌和振实 加水量严格按照产品技术要求加 搅拌好的浇注料30分中内浇注完成 已经结块的浇注料严禁重新搅拌或加水使用大面积墙体衬里必须设置膨胀缝 浇注料按1 5 左右区域设置 膨胀缝应留在锚固件间隔的中间位置 锚固件开口要相互交错 焊接一定要满焊 并在锚固件上缠上胶布或涂上沥青 防治锚固件受热膨胀而将浇注料涨裂 必须分层振捣浇注料 每层高度不大于300mm 振动间距为250mm左右 大面积浇注施工要分层分块 每块浇注料控制在1 0 2 0 左右浇注料强度达到70 以上才可以脱模 脱模要小心 防止损坏浇注料 脱模后要及时检查浇注料的表面是否平整 有无空洞 麻面 并及时修复硅钙板的施工要求 施工时采用粘结剂粘牢 不规则处采用手锯锯成小块粘合 浇注料内的硅钙板应用细铁丝在锚固件上缠绕固定 表面刷防水材料 98 99 锚固件的布置 横竖间隔由浇注料口度定 横竖间隔由浇注料口度定 100 各种不同型号浇注料的施工要求 1 产品名称 莫来石高强浇注料
