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耐火材料行業知識

5000KVA礦棉電爐耐火材料損毀分析及總結

  摘要:礦棉是優良的隔熱保溫、吸聲材料。由硅酸鹽熔融物制得的棉花狀短纖維,生產制作原料有多種,可以使用天然巖石比如玄武巖、石英巖也可以使用工業廢渣比如高爐錳渣、煉鋼爐渣、鐵合金渣等進行酸堿搭配的配料計算后按一定比例加入爐內熔煉制得原漿。生產設備目前國內比較常見有沖天爐、電爐礦熱爐。我公司鄭州駒達新材料科技有限公司就山西東方資源發展有限公司5000KVA礦棉生產電爐使用耐火材料壽命短等問題進行了總結。
  鋼鐵、有色金屬的冶煉一直是促進我國經濟發展一項重要指標,但是隨之而來的是環保及資源再利用的問題,在冶煉過程中排出的高爐渣處理問題一直困擾著企業。大量的高爐渣堆積不僅占用大片土地造成環境污染,而且對高爐渣這一潛在的資源也是嚴重的浪費,利用高爐渣生產礦棉是資源在利用的重要技術途徑之一,它不僅可以直接將高爐渣變廢為寶更是實現了節能減排、低碳環保的效果。
  山西東方資源發展有限公司是一家循環能源為一體的綜合型企業上下游產業鏈做到利用循環的目的,目前該公司實現2臺5000KVA電爐生產礦棉,綜合利用了高爐冶煉錳鐵排出的高爐錳渣,高爐錳渣是高爐錳鐵的主要副產物,排出溫度在1400℃以上。一般情況下,1t高爐熔渣含有顯熱1675MJ,約相當于57kg標準煤燃燒時放出的熱量,礦棉生產工藝是將高爐冶煉錳鐵后排放出來的含有高爐顯熱的高爐熔渣倒入鋼包中運送至可冶煉的電爐內與輔料硅石通過液-固混合調質均勻,且酸度系數復合成纖維要求后,經噴吹法制成纖維棉。
  該公司自投產的2臺電爐礦棉生產線一直因為內襯耐火材料使用壽命短造成生產不穩定,最短的使用壽命在砌筑完以后投產不到1個月出現爐墻侵蝕過快而停產修復,連續這種情況達數次,后經多個地區不同耐火材料廠家分析使用原因均沒有得到顯著的使用效果,該公司后經自己在不斷的實踐過程中總結了豐富的經驗,在不斷的改進爐殼尺寸,液線高度及增加水冷壁的情況下延長使用壽命,我公司鄭州駒達新材料科技有限公司就目前山西東方資源發展有限公司1#電爐內襯耐火材料損毀情況進行了分析并與該公司進行了溝通對接。
  該公司有2臺同樣功率的5000KVA礦熱電爐,且1#爐的使用壽命一直比較短,但是2#爐的使用壽命目前已經從砌筑到投產超過4個月暫時沒有出現太大問題,現在該公司將1#爐重新建造全部改成與2#爐同樣爐殼尺寸及同樣內襯耐火材料的砌筑方法。我公司就電爐內襯耐火材料損毀機理進行分析。
  一:損毀機理分析
 。1)化學因素侵蝕損毀
  礦棉生產在配料是通常需要控制其酸性系數值也就是我們所說的調酸,酸度要合適(SiO2+AL2O3與MgO+CaO的比值為1.2~1.6)使用高爐錳渣冶煉時則還需要另外加入酸性礦石硅石作為助熔劑,所以在熔煉過程中液體整體的成份要呈酸性值,酸度系數越高,礦棉的化學耐久性越好。但酸度系數過高時,制成的纖維可能較長,雖然化學穩定性得到改善,使用溫度提高,但較難熔化,纖維較粗,我們從礦棉的生產原料高爐錳渣和添加的助熔劑硅石(SiO2)來判斷其酸性,高爐錳渣的主要成分是SiO2、AL2O3、CaO和MgO,這4種成分高爐錳渣熔體的成棉質量及其化學穩定性主要由一個化學常數—酸度(MK)系數決定MK表示其中含有的SiO2+AL2O3對CaO+MgO之質量比的表示方法。其中這4中成分的含量總和達90~95%即(SiO2+AL2O3)約占45%(CaO+MgO)約占47%的高爐錳渣酸度比值MK為0.95。為了滿足礦渣棉成纖要求,需向高爐錳渣中添加一定量的調節劑來調節酸度系數,也即調節熔渣的粘度,添加的助熔劑為酸性礦石硅石助熔劑其中化學成分為SiO2主要成分為二氧化硅屬于酸性氧化物來調和酸度形成最佳配比。
  所以說在電爐中的整體液相成分為酸性,在耐火材料產品中抵抗酸性侵蝕的酸性耐火磚主要有:
  (1)強酸性的硅磚、不定形硅質耐火材料以及石英玻璃制品、熔融石英再結合制品;
  (2)中等酸性的半硅質耐火材料及葉蠟石質耐火材料;
  (3)弱酸性的黏土質耐火材料。酸性耐火材料的主要特點是在高溫下能抵抗酸性物質(酸性渣)的侵蝕,但易與堿性物質(堿性渣)起反應,鋯英石質耐火材料和碳化硅質耐火材料作為特殊酸性耐火材料也歸于此類。
  (2)物理因素損毀機理
  在與該公司生產和砌筑窯爐的工作人員對于1#爐耐火材料損毀情況及結合現2#爐的耐火材料砌筑情況溝通后得知電爐內襯耐火材料損毀嚴重部位為爐膛向上800~900mm液面向下100~200mm地方爐墻侵蝕最為過快,其他地方則沒有損毀過快情況,介于這種情況我公司分析問題原因在于此部位的耐火材料損毀與電極下插深度位置相接近,判斷該部位耐火材料的損壞是由于電極產生高溫后形成熔煉帶動周圍熔體的沸騰產生波紋狀的波動從而對爐墻耐火材料造成一層一層的掏蝕,掏蝕后此部位爐墻耐火磚沒有重力點然后造成上面耐火磚形成剝落。后該公司總結了1#爐襯里耐火材料的使用情況,在2#爐上進行爐襯耐火材料的改造2#爐比原1#爐爐殼直徑要大,在爐墻該部位使用了碳化硅搗打料,目前已經正常使用4個月暫無問題,說明碳質SiC耐火材料作為特殊酸性耐火材料,也作為中性耐火材料對酸性侵蝕及物理掏蝕是有一定效果的。
  總結:對于5000KVA礦棉電爐內襯耐火材料的損毀情況,我公司做了以上兩點客觀性的分析,建議應根據不同的侵蝕機理和損毀原因作出適當調整與耐火材料廠家共同一致打造高效能健康爐襯。


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