无标题文档
河南宏泰窑炉耐火材料专注浇注料、耐火砖等耐火材料生产加工,种类齐全,价格实惠,实施工业炉维修。
返回首页 网站地图
二维码 手机扫一扫
来电咨询

全国咨询热线
13608687008

耐火材料行业知识

氢气冶金条件下,耐火材料的选择

  1、前言概述

  冶金生产离不开耐火材料的支撑,长流程的转炉炼钢和短流程的电弧炉炼钢技术相关的耐火材料已投入使用。传统高炉炼铁是通过焦炭燃烧提供还原反应所需要的热量并产生还原剂CO,使铁矿石被还原成铁,并产生大量CO2容易污染环境。而氢能冶金是利用氢气替代CO做还原剂,其还原产物为水,没有CO2排放。因此,氢气炼铁过程是无污染。

  然而氢能冶金技术相关的耐火材料还处于研发阶段,用氢能还原铁矿石的温度虽然不高(600℃~700℃),但氢的还原作用,特别是氢等离子体的火焰辐射高热负荷作用,对炉衬破坏不可忽视,需要引起注意。

  微信图片_20220811143939.png

  2、氢冶金与耐火材料相关进展

  氢冶金的温度不高,氢气与氧化铁反应,一般是600℃左右,实验室购得的氧化铁在700℃以上才被还原。还原反应过程:水分解出氢,然后氧化铁被还原成铁。

  与氢接触的耐火材料需要被重视。有报道介绍:当Al2O3/SiO2比例不同的耐火材料,在纯氢气气氛中于1500℃下加热192h,耐火材料质量损失的特点是随着温度升高和在气氛中暴露时间的延长而损失增加,高温下腐蚀过高,Al2O3含量高的材料比SiO3含量高的材料质量损失量少。

  在硅酸铝耐火材料中,氢能还原Na2O、TiO2、MgO、SiO2等氧化物,氢能使莫来石分解,形成刚玉和SiO。在氢介质中,含Al2O3≥85%的高铝制品和刚玉制品具有稳定性质。硅质制品在氢介质中和在1200℃下时,由于SiO2很快被反应,在耐火材料中存在SiO2时,SiO2与氢气反应产生气态SiO和水蒸气,从耐火材料中溢出,SiO2同样可与水蒸气反应生成气态氧化物,脱离原耐火材料。这两个反应在高温下很容易发生,从而影响耐火材料使用寿命。

  因此,在富含氢气和水蒸气的条件下,严格控制和减少内衬耐火材料的SiO2含量是至关重要的。而FeO、TiO2含量高的耐火材料也不宜在还原气氛条件下使用。如在氢气保护炉内用氧化铝空心球砖较好;在氢气含量为100%的气氛中,耐火纤维热导率比在空气中大2倍等。

  3、高炉富氢冶炼用耐火材料

  因高炉喷入的氢有限,不能失去焦炭的骨架作用。因此,原来关键部位使用的炭砖及碳化硅砖,使用效果仍然很好。近年来,非高炉炼铁工艺获得大力发展,非高炉炼的海绵铁是废钢的良好替代品,而且非高炉炼铁省去炼焦设备,投资少、污染小。

  微信图片_20220811143941.jpg

  4、直接还原炼铁用耐火材料

  还原介质有煤、天然气和煤气等,反应温度一般为800℃~1300℃。目前世界以天然气为还原介质的竖炉海绵铁产量约占80%,因为反应温度不高,一般硅酸铝耐火材料就能满足要求,但含有的Fe2O3在CO气氛下生成金属铁和Fe3C。Fe3C存在会促进炭沉积,导致耐火材料脆化裂解。为了延长使用寿命,应该降低Fe2O3含量,使组织结构致密,气孔微细化。

  5、熔融还原炼铁用耐火材料

  熔融还原炼铁工艺是在高温熔融状态下进行铁氧化物的还原,并进行渣铁分离,得到类似高炉生产出的含碳铁水。现在已经有30多种熔融还原工艺问世,但COREX法是目前唯一实现工业化生产的工艺,其优点是吨铁能耗下降20%以上、炼铁厂污染减少70%等。对于COREX法熔融炼铁用耐火材料问题,有人采用COREX熔融还原炉炉渣(33.5%CaO、32.0%SiO2、20.0%MgO、14.0%Al2O3、0.5%FeO)和Sialon(22.08%)结合SiC(72.34%)质耐火材料做抗渣试验,认为Sialon结合SiC耐火材料在COREX炉渣中的熔解蚀损反应属于化学反应控制机理,因而预示Sialon结合SiC质耐火材料对COREX炉渣的侵蚀具有良好的抵抗能力。

  研究人员还发现用MgO和Al2O3为主要原料,通过添加适量MgAlON系粉和石墨以及抗氧化剂,制取的Al2O3—MgO—MgAlON—C质耐火材料w(C)<10%具有较好的抗渣性和抗热震性,用在熔融还原炉内衬耐火材料,能够获得长的寿命。

  6、HISmelt熔融还原炼铁用耐火材料

  该炼铁工艺可直接使用粉矿和非炼焦煤生产铁水,与高炉相比省去烧结、球团和焦化厂,投资规模和运行成本都相对较低,并减少CO2和二噁英的排放,对环境污染小,但炉渣中FeO含量达3%~5%,是高炉渣的10倍,造成炉衬侵蚀加剧和铁水含S较高。炉衬用铬刚玉砖CR-10和CR-50效果较好,通过安装渣线水冷箱,使用寿命显著延长。但由于含铬耐火材料容易产生有毒的六价铬,因此,无铬耐火材料才是发展方向。建议采用添加MgAlON的Al2O3-MgO质耐火浇注料,可显著提高抵抗高氧化铁含量熔渣的侵蚀能力。炉衬也可使用Sialon结合刚玉砖、Sialon结合碳化硅砖、微孔炭砖等。

  7、氢等离子体熔融还原炼铁用耐火材料

  由于氢等离子体比分子氢有高得多的还原电位,可以将所有的金属氧化物还原为金属,并具有低排放、工艺流程简单、渣量少等优点。但该技术存在着对炉壁辐射较大(无泡沫渣过程),渣对耐火材料侵蚀性大的问题。因此,容器内的耐火材料是研发的核心领域之一。一方面,由于等离子体火焰辐射产生的高热负荷和高FeO含量炉渣的化学侵蚀,耐火材料中的氧化物被多余的氢还原;另一方面,由于部分氢气会伴随水蒸气溢出,氢气没能全部用于还原铁矿石。根据奥地利某矿业大学的研究结果,通过底部吹扫系统注入气体而产生的泡沫渣,可保护耐火材料内衬,免受高热冲击;而容器的内衬可考虑采用炭质或碳化硅质耐火材料。

  8、总结

  在氢冶金用耐火材料的研究比较少的情况下,仅从一些基础理论和相关资料推测出,氢作为铁矿石还原剂,在还原炼铁过程中,氢能还原硅酸铝耐火材料中的Na2O、TiO2、MgO、SiO2等氧化物,使莫来石分解,形成刚玉和气态SiO。在氢介质中,含Al2O3≥85%的高铝制品和刚玉制品具有稳定性质。含FeO、TiO2高的耐火材料,不宜在还原条件下使用。因此,高炉富氢冶炼,其内衬关键部位使用炭砖或碳化硅砖,使用效果与完全使用焦炭的高炉没有什么差别,仍然很好;直接还原固态铁,因为使用温度比较低,可用含Fe2O3低、结构致密的硅酸铝耐火材料;熔融还原炼铁的COREX法,可用Sialon(赛隆)结合的碳化硅耐火材料,或用Al2O3-MgO-MgAlON-C质耐火材料;HISmelt炼铁可用CR-10铬刚玉和CR-50铬刚玉耐火材料。为避免产生有毒的六价铬,建议采用添加MgAlON的Al2O3-MgO耐火浇注料,渣线用水冷箱,Sialon结合刚玉砖及碳化硅砖等;氢等离子体熔融还原炼铁,可通过底部吹扫系统注入气体而产生泡沫渣,保护耐火材料,其内衬可考虑用炭质和碳化硅质耐火材料。


TAG标签: 耐火材料 莫来石

相关资讯


28

2022-09

球磨机研磨效率低的五大原因
球磨机研磨效率受诸多因素的影响,其中主要有:钢球在筒内的运动形态、转速率、钢球的补加及尺寸大小、料位高低、助磨剂的使用。这些因素都在一定程度上对球磨机效率产生影响。1.钢球在筒内的运动形态准确地说,在一定程度上,研磨介质···

23

2022-09

微硅粉在混凝体和水泥行业的应用
1、前言概述随着国家经济持续快速发展,金属硅及硅铁合金的需求量也不断加大。在冶炼金属硅及硅铁合金的过程中,因高温产生的硅蒸汽与矿热电炉烟道内的氧气结合形成一氧化硅,随着烟道排出后,与空气中的氧气反应生成二氧化硅蒸气,并···

22

2022-09

耐火材料窑体一般维护概况解析
需要经常检查,避免因窑体问题使耐火材料处于过负荷状态而损坏。其中,每天检查的内容有:① 窑体和轮带的温度分布;② 监听有无不正常声响;③ 窑头、窑尾密封装置是否完好,是否漏风、漏料;④ 窑口铁和窑口耐火材料有无损坏、缺失;⑤ 轮···

21

2022-09

炉排式垃圾焚烧炉用耐火材料损毁的原因及改进措施
1. 耐火材料要求垃圾焚烧炉分:城市生活垃圾焚烧炉、间歇式焚烧炉、炉篦式焚烧炉、垃圾热解气化焚烧炉、流化床式焚烧炉、回转窑式工业垃圾焚烧炉、炉排型焚烧炉。焚烧炉用耐火材料分耐火砖和浇注料两类:耐火砖主要以粘土砖、高铝砖和碳···

20

2022-09

低碳镁碳砖用于不锈钢钢包生产实践
低碳镁碳砖用于不锈钢钢包生产实践胡兴波,孙兆利,范晓坤(山东烟台华新不锈钢有限公司烟台246006)摘要:讨论了在不锈钢冶炼过程中钢包工作层使用低碳镁碳砖取代富镁白云石不烧砖的可行性,并对钢水的增碳量以及钢包保温性的改善方面进···

20

2022-09

新型钢包砖的概念
新型钢包用不烧Al2O3-MgO砖与Al2O3-MgO浇注料的特性类似,具有正的永久线变化、加热后优异的抗侵蚀性和抗渗透性能。开发的新型钢包砖需要考虑以下几点:1、抗侵蚀性和抗渗透性新型钢包砖的主要原料是Al2O3和MgO。图1示出了MgO含量对Al···

16

2022-09

热风炉热风管道内衬耐火材料结构优化设计
在热风炉中,除了蓄热室之外,热风管道内衬用耐火材料的配置也非常重要。1、热风管道热风总管、热风支管、热风围管采用低蠕变莫来石砖和隔热砖组合砌筑结构。管壳内表面喷涂2层不定型耐火材料,上部砖衬与喷涂料之间设置一层陶瓷纤维棉···

15

2022-09

回转式垃圾焚烧炉的优缺点分析
在回转式垃圾焚烧炉焚烧技术运用的过程中,其燃烧的技术主要采用了二段式的燃烧技术。在一段项目处理中采用了类似水泥窑的水平圆筒式燃烧式,并按照定速旋转的方式达到搅拌垃圾的最终目的。当垃圾在一燃烧室燃烧完成之后会直接进入到二燃···

14

2022-09

耐火浇注料怎么使用比较好
1.前言概述耐火浇注料以其性能佳、较好的流动性、可塑性等特点被广泛应用于各行业,耐火浇注料品种繁多,在施工的时候可以直接浇注,是当下较为流行的一种耐磨耐火材料。2.搅拌搅合有机械搅合和人工搅合,目前采用较多的是砂浆搅拌机拌···

08

2022-09

铝电解槽内衬破损的机理及预防措施
至今没有任何材料能长期经受电解质和铝的联合腐蚀,都必须借助于侧部内衬的保护。侧部内衬可以很好地保护电解槽体,从而延长电解槽的使用寿命。随着电解槽运行时间的延长,侧部内衬都会出现不同程度的破损,采取有效的预防措施和局部修···

热门产品

全国咨询热线

13608687008

郑州新密市超化镇工业园区

Copyright © 2022 河南宏泰窑炉耐火材料有限公司 版权所有
备案号:豫ICP备16041729号
公司营业执照资质  
微信
电话

13608687008

邮箱

396958067@qq.com