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Al₂O₃-SiC-C-氮化硅铁质高炉炮泥的各项使用性能分析

[发布时间:2020-05-21 10:14:16 ][阅读次数:544次]

1.氮化硅铁在高炉炮泥中的应用:

高炉大型化后,无渣口设置,渣铁同出;随着高风温、富氧喷吹、高压等操作的使用,使得出铁口成为炉缸结构中最薄弱的部位,也是炼铁工艺中最重要的环节。

炮泥即堵塞铁口材料。为保证铁口的操作正常,炮泥需要具有以下几个主要功效:堵塞铁口,稳定出铁,保护铁口。

我国目前使用的炮泥基本上是以刚玉、矾土、碳化硅等为骨料,添加黏土、绢云母和焦炭等,以焦油等为结合剂混制而成。

尽管粘土、绢云母等对炮泥的中温强度有利,但是,却引入了过多的液相,导致高温强度降低。

随着高炉技术的全面提高,传统炮泥已不能适应于现代炼铁生产的需要,主要表现在抗铁水冲刷性弱,铁口扩孔速率快,导致喷溅、出铁不净等;

影响高炉的顺行操作,这就要求新型炮泥必须具备较高的高温抗折强度,能够承受高温高速铁水的冲刷。

2.氮化硅铁-Al2O3-SiC-C质高炉炮泥的实验过程:

主要原料选用电熔棕刚玉、碳化硅、沥青、焦炭、氮化硅铁。取上述原料,按配比混料,将原料料置于试样模中,分别将试样在800℃、1000℃、1250℃及1400℃保温5h后的对其高温抗折强度、气孔率等进行检测。

取不同氮化硅铁加入量的炮泥试样进行抗高炉熔渣浸蚀性试验,实验条件为1500℃×5h冷却后沿中心剖开,对比氮化硅铁加入量不同时试样的抗熔渣浸蚀性。

3.氮化硅铁-Al2O3-SiC-C质高炉炮泥的性能研究:

(1)氮化硅铁加入量对高炉炮泥高温抗折强度的影响:

各试样在不同温度下的高温抗折强度得出,就800℃、1000℃高温抗折强度而言,加入量在0~16%范围内,随氮化硅铁加入量的增加,其高温强度下降。

这是因为合成的氮化硅铁是疏松多孔体材料,同刚玉相比,氮化硅铁材料的强度相对较低,而且在此温度下氮化硅铁材料基本没有反应,所以氮化硅铁材料的加入导致其在此温度下强度下降。这对于高炉炮泥前期比较容易钻孔是很有益处的。

氮化硅铁材料中的铁同氮化硅之间的反应在1127℃开始,并释放出的氮气,生成的硅铁促进了烧结。这一点从1250℃、1400℃时的高温抗折强度试验走势图中即可看出。

随着氮化硅铁加入量的增加,1250℃、1400℃下的高温抗折强度在加入量达到20%时增大并趋于平缓。对于1400℃的高温抗折强度,当氮化硅铁加入量超过24%时,由于形成的液相过多而导致材料的高温抗折强度下降。

就炮泥的高温抗折强度而言,氮化硅铁加入量以不超过24%为宜。该体系在1400℃长时间保温过程中已经形成了碳化硅增强相,所以,加入氮化硅铁的试样,其高温抗折强度依次增加。

氮化硅铁加入量在16%以内时使高炉炮泥的中低温强度下降,而使1400℃的高温抗折强度增加,如此的影响对于高炉炮泥的现场操作是非常有利的,既可以保证前期钻孔容易,又能保证高温状态下抗铁水的冲刷性,所以,单就氮化硅铁对炮泥的强度影响来讲是非常有益的。

未加氮化硅铁的试样,其中低温强度较高,而高温强度偏低,这容易导致开孔难度较大,高温又不耐冲刷,使用寿命上不去,又不利于现场操作,是目前炮泥的使用特点。

(2)氮化硅铁加入量对高炉炮泥抗渣铁侵蚀性的影响:

目前的高炉都是渣铁同出,对于炮泥来讲,较高的抗渣铁侵蚀性非常重要。氮化硅铁加入量对高炉炮泥的影响较小,或者非常不明显。

这是由于炮泥是以碳素材料为主的复合材料,碳含量较高是熔渣对其浸润、侵蚀性较弱的原因,所以,熔渣侵蚀不明显,也就是说,氮化硅铁的加入对炮泥的抗熔渣侵蚀性的影响不大。

(3)氮化硅铁加入量对高炉炮泥显气孔率的影响:

对于炮泥来讲,其气孔率也是非常关键的,它不但关系到炮泥的高温抗折强度,而且直接影响到材料的抗铁水及熔渣的渗透性,也直接关系到材料的开孔难易程度;

尽管在第五章中未见不同氮化硅铁加入量对炮泥抗熔渣及铁水浸蚀及渗透性方面存在显著的影响,但是,对于现场几MPa的高温高压条件,材料的气孔率还是非常关键的指标。

试验结果可知,在氮化硅铁加入量为12%时,炮泥的显气孔率增加最少;过高或过低的加入量都不利于材料气孔率的减少。所以就从氮化硅铁加入量对高炉炮泥显气孔率的影响来看,氮化硅铁的适宜加入量为12%。

从上述抗渣、铁侵蚀性实验得知,炮泥的抗渣、铁侵蚀性主要取决于材料体系本身。也就是说,取决于该体系材料是以碳素为主的特点,与添加氮化硅铁多少关系不明显。

从中看出,在炮泥中加入高性能材料以提高其抗熔渣、铁的侵蚀性是不明显的,也是没有必要的。

决定炮泥使用性能的关键即在于增加材料的高温抗折强度,以提高材料的抗铁水及熔渣的冲刷性,降低冲刷损毁率,达到延长出铁时间、出净铁的要求。

结合氮化硅铁加入量对显气孔率的影响,其适宜的加入量为12%。并通过在某钢厂3200m3高炉上使用,证明添加12%氮化硅铁的高炉炮泥能够达到稳定出铁120min以上,满足了大型高炉的现场使用要求,效果非常明显。

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