关于改善高炉炭砖导热性能的试验探讨_李孜.pdf

年第 期第 卷 炭 素 技 术作者简介：李孜（），男，高级工程师，主要从事炭素及耐火材料生产技术管理工作。通讯作者：陈杰（），男，高级工程师，主要从事炭素工艺研究工作。收稿日期：修回日期：关于改善高炉炭砖导热性能的试验探讨李孜，陈杰（中冶南方邯郸武彭炉衬新材料有限公司，河北 邯郸）摘 要：随着我国炼铁高炉向着大型化发展，高炉长寿问题成为炼铁技术的重要课题，而高炉炭砖的导热性能决定着高炉使用寿命，本文通过试验探讨了改善高炉炭砖导热性能的方法和途径，为延长高炉炭砖使用寿命奠定了基础。关键词：炼铁高炉；炭砖；石墨；导热性能中图分类号：文献标识码：文章编号：（）：，（，）：，：；随着我国炼铁技术的不断发展，以上的炼铁高炉在不断出现，截至目前，我国 的高炉已有 多座。钢铁企业对炼铁高炉的高效、节能、长寿、环保提出了更高的要求。高炉炭砖是用于炼铁高炉炉缸炉底的主要耐火材料，炭砖炉衬的寿命决定着高炉一代寿命。当前，我国高炉炭砖品种朝着多样化发展，炉缸炉底的设计也更加科学、合理，高炉一代寿命也不断向 年炉龄迈进。生产高炉炭砖的主要原料有电煅煤、人造石墨、天然石墨、添加剂和煤焦油沥青，基础原料是电煅煤和煤焦油沥青。我国在上世纪八九十年代生产的高炉炭砖多数以普煅煤、电煅煤、冶金焦、煤焦油沥青为主，炭砖抗铁水冲刷的性能优异，但导热性和抗热震性差，因此一代炉龄很短，造成炼铁高炉大修成本很高。进入 世纪以来，开始出现专门的研究机构对高炉炭砖进行系统研究，通过不断改善高炉炭砖质量，努力推进炼铁高炉更耐用、更长寿。本文根据当前国内炼铁厂的发展需求，通过对影响高炉炭砖导热性能的原料和工艺进行了系统的试验，深入探讨了影响高炉炭砖导热性能的主要因素，进而改善了高炉炭砖导热性能，为我国高炉炼铁技术的发展奠定了基础。实验 原料特性原料的性能及粒度分析见表。添加剂性能 添加剂：粒度 大于，用量（占干料），主成分含量；添加剂：粒度 含量，用量；添加剂：主成分含量，真密度，粒度 ，煅烧温度 ，用量；添加剂：粒度 含量，主成分含量。工艺流程电煅煤石墨破碎筛分磨粉配料混捏压型焙烧检测。表 原料性能 名称灰分挥发分水分真密度电阻率 石墨石墨石墨电煅煤表 颗粒料粒度分析 名称粒度 电煅煤 石墨 石墨 石墨 表 粉料的粒度分析 名称 电煅煤粉石墨粉石墨粉石墨粉 试验方案将、石墨和 石墨分成粒状和粉状加入，同时增加 添加剂进行试验，设计 个水平进行试表 因素水平表 因素（粒状 石墨）（粉状 石墨）（粒状 石墨）（粉状 石墨）（石墨）（粉状 石墨）（添加剂）验，本次试验采用均匀试验设计的方法。均匀试验的因素水平见表。表 中 为 个水平因素，因而可选取（）安排试验。为提高实验精度，现将试验次数增加 倍以便于（数据处理）分析，故取（）做试验，并将这 个因素分别放在、列上，将其中的偶数水平重复奇数水平，试验方案见表。试验结果分析试验结果见表、表。试验结果分析：（）共设计 个配方中 和 的耐压强度低于 外，其余试样的耐压强度均大于，显气孔率和体积密度指标都很好，表明成型工艺很好。（）这次试验不仅导热系数有大幅度提高，而且微气孔指标有很大提高。孔容积率超过的有 个样，所有试样均超过了，透气度均低于 ，最低的达到了 。表 是 个典型试样的主要性能，说明加入、石墨不影响其他性能，可以作为炭砖原料。（）每个试样中都同时加入了、石墨。表 （）试验方案 （）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）第 期李孜，等：关于改善高炉炭砖导热性能的试验探讨 表 试验样品性能检测结果 性能 耐压强度 体积密度（）显气孔率 透气度平均孔径 孔容积 导热系数（）室温 耐碱强度变化率 体积膨胀率 外观有纹有纹有纹无纹无纹无纹无纹无纹无纹有纹无纹无纹无纹无纹评价优优优优优优优优优优优优优优表 几个典型试样的主要性能 性能耐压强度透气度平均孔径 孔容积导热系数（）抗碱性优优优优优优优难以准确区分各自的影响程度。但是，、石墨和石墨的增加都能显著提高导热系数，三者总用量超过了，而且 石墨和 石墨总量大于，导热系数 可以达到 （），三者总用量大于 时，导热系数可以达到 （）以上。例如，试样导热系数在 时达到了（），、石墨加入量为，石墨加入量为。用 石墨替换部分、石墨导热系数也能达到 （）以上的目的。通过试验发现，石墨优于 石墨，因此，为了优化工艺，简化流程，可考虑不用 石墨。（）增加、石墨提高导热系数很显著，例如，的导热系数 时达到了 （）。对试验进行相关性分析，发现：）石墨粉与结焦率是正相关，添加剂与结焦率是负相关；）焙烧体积收缩：粒状 石墨与收缩率是负相关，而石墨粉是正相关；）粒状 石墨与耐压强度呈负相关，而粒状 石墨与耐压强度呈正相关；）粒状石墨与 孔容积率呈负相关，而 添加剂与 孔容积呈正相关；）石墨（粒状、粉状）与导热系数均呈正相关。焙烧温度对炭砖导热性能的影响 试验方法试验取大生产炭砖样，在不同温度下进行 次焙烧。大生产样配比见表，焙烧温度见表。表 大生产试验样配比 品种空白 配方 配方 配方 配方 配方 石墨石墨碎添加剂 添加剂 焙烧结果 全合格 全合格 全合格 全合格 裂纹 全裂纹表 焙烧温度 焙烧温度空白 配方 配方 配方 配方 配方 炭 素 技 术第 卷 试验结果及分析炭砖试样性能检验结果，见表。将石墨含量和焙烧温度这两个试验条件与其对应导热系数检测结果汇集成表。从本次试验的检测结果可以看出：（）焙烧的炭砖不论 石墨用量多少，导热系数均很低，（）。焙烧温度提高到 导热系数显著提高，这时 石墨含量较高的导热系数也相应较高。当焙烧温度进一步提高到 时导热系数仍然有明显提高；可见炭砖焙烧温度提高到 仍然很有必要。最低温度不能低于 。说明提高导热系数需要提高石墨用量，同时必须提高焙烧温度。（）石墨的用量：为保证导热系数不低于（），增加石墨和 石墨用量，可有效地提高导热系数，但增加石墨用量会降低炭砖的耐压强度。最佳石墨和 石墨用量，从试验结果分析应在。（）从试验结果还可看出，平均孔径、孔容积率与焙烧温度也密切相关，焙烧的炭砖微气孔指标均很差，随着焙烧温度的提高则有显著提高。提高导热系数的试验试验采用不同 石墨含量制成试样，然后采用不同温度焙烧，研究焙烧温度和导热系数的关系，试样的检测结果见表。表 炭砖试样性能检验结果 性能焙烧温度 耐压强度体积密度（）显气孔率氧化率透气度 铁水溶蚀率平均孔径 孔容积导热系数 室温 抗碱性强度变化率 体积变化率外观无纹大纹无纹无纹无纹无纹无纹无纹无纹无纹无纹无纹无纹评价优良优优优优优优优优优优优表 石墨含量和焙烧温度对导热系数的影响 编号石墨含量焙烧温度导热系数 室温 表 炭砖不同焙烧温度条件下的导热系数 石墨用量焙烧温度导热系数 室温 第 期李孜，等：关于改善高炉炭砖导热性能的试验探讨 从表 可以看到 焙烧的炭砖，不论 石墨用量多少，导热系数都很低（）。同一配方试样再经过 焙烧后，导热系数均大幅度上升，提高到 （）。和前面的试验结果完全相同。可见生产高导热系数炭砖焙烧温度和石墨用量同等重要，都是必要条件。结论通过试验探讨，发现改善高炉炭砖导热性能的因素：一是增加石墨用量；二是提高炭砖焙烧温度。两个因素相辅相成，如果单纯的增加石墨用量而不提高焙烧温度，对炭砖导热性能改善的幅度不显著，若既增加石墨用量又提高焙烧温度，炭砖导热性能则能大幅度提高。参考文献：李维国从炼铁生产的大数据引发的一些思考 年全国炼铁会议报告 邹祖桥，宋木森，唐德明，等高炉炭砖的现状及发展趋势全国炼铁高炉及热风炉用耐火材料生产和使用技术经验交流会，：方开泰均匀设计与均匀设计表北京：科学出版社，炭素专利专利号：公开日：申请人：中材节能股份有限公司，中材（北京）地热能科技有限公司发明人：张福滨，刘忠成，何大海，等发明名称：一种炭素煅烧炉烟气余热锅炉给水综合调控系统本实用新型提供了一种炭素煅烧炉烟气余热锅炉给水综合调控系统，所述给水综合调控系统包括依次排列的一级省煤器、二级省煤器和三级省煤器，还包括水温集控模块、温度采集单元和水控单元；温度采集单元由一级省煤器温度传感器、二级省煤器温度传感器、三级省煤器温度传感器和锅炉排烟温度传感器构成；余热锅炉给水单元由一级省煤器旁路电动阀组、二级省煤器电动阀组、三级省煤器电动阀组和总给水管路电动阀组构成；本实用新型实现对若干给水管道进行综合调控，确保锅炉尾部各受热面烟温处于安全状态而减少甚至规避对锅炉管道的腐蚀。专利号：公开日：申请人：山西贝特瑞新能源科技有限公司发明人：耿林华，耿廷，武建军，等发明名称：一种炭素糊料均匀排烟降温装置及其降温方法本发明公开了一种炭素糊料均匀排烟降温装置及其降温方法，涉及炭素糊料降温技术领域，包括底板，底板的顶面两侧设有一对侧板，一对侧板之间设有物料筒，物料筒内偏心位置设有横轴，横轴的两端部与一对侧板转动连接，横轴上设有若干螺旋叶片，横轴的左端部通过驱动机构与位于左侧的侧板连接；一对侧板的顶部设有横板，物料筒上套设有若干套环，每个套环的内部均镶嵌有冷却管，横板的顶面一侧设有循环泵，循环泵的进出水端分别设有进水管、出水管，底板的顶面中部设有敞口水箱。本发明可使得炭素糊料在物料筒内进行均匀排烟分散，进一步提高了后续冷却降温的效果。专利号：公开日：申请人：开封平煤新型炭材料科技有限公司发明人：杜爱芳，王志强，路培中，等发明名称：一种炭素制品石墨化炉本发明公开了一种炭素制品石墨化炉，涉及石墨化炉技术领域，包括炉体和伸缩组件，炉体底面均匀设有支腿，炉体的顶部开口处对应配合有炉盖，炉盖的顶端设有顶座，顶座上开设有吊孔，炉体的侧面设有动力组件，炉体的侧面底部设有移动组件，移动组件上设有传动组件和驱动组件；伸缩组件包括侧轴、滑轨、滑杆、滑座、侧座和电推杆，侧轴对称设于炉体的顶部两侧，滑轨的一端固定套接在侧轴的端部，滑杆贯穿滑轨的端部，本炭素制品石墨化炉具有起吊功能，便于物料的放置，并且方便炉盖的开启，此外，便于移动炉体的位置，实用性较强。专利号：公开日：申请人：沈阳理工大学，沈阳工业大学发明人：李喜坤，齐艳雨，宋晓东，等发明名称：石墨烯钛铝碳复合耐磨材料本发明提供一种石墨烯钛铝碳复合耐磨材料，由如下步骤制成：将钛粉、铝粉、碳化钛粉和石墨烯混合，得到混合粉料，对混合粉料进行球磨；将完成球磨后的混合粉料放入模具中进行热压烧结，得到石墨烯钛铝碳复合耐磨材料。该复合耐磨材料应用于受电弓滑板，与现有的受电弓滑板材料相比，的电阻率低，加入石墨烯后有利于提高陶瓷基复合材料的电导率，降低截留值；本身具有较高的电导率，比石墨烯复合后提高了电导率；有良好的抗热震性，加入石墨烯后抗热震性有了极大的提高；具有良好的耐磨性，加入石墨烯后，耐磨性有显著的增强。炭 素 技 术第 卷