介绍了2017年度混料式机械化石灰竖窑的技术发展现状和特点,针对关键性的技术问题提出了改进措施,并对其技术发展和投资前景进行了思考与展望。
随着市场需求的多样化和个性化,企业需要生产多种不同种类的产品以满足市场需求,这也是今后企业竞争的一个焦点。本文介绍了在多品种生产过程中,充分利用回转窑的技术优势,精心管理,精心操作,确保稳定高产的实践。
结合梁式石灰竖窑现状,通过梁式窑结构配置及焙烧工艺介绍,分析并总结出梁式窑的优缺点,对投资少、占地小、石灰质量要求不高的用户有实际的选择指导意义。
由于国家优化钢铁产能,本公司作为石灰生产基地,为谋求新的发展,需要拓展外销市场生产更优质的石灰产品。本文论述了采用工业型焦利用新建的机械竖窑进行电石灰的煅烧试验,指出用工业型焦能够生产出高品质石灰产品。
研究了外加不同质量分数的耐热钢纤维 (分别为1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%)对高纯度刚玉质浇注料性能的影响。综合结果表明:当耐热钢纤维加入量为2.5%时,经过低、中、高温热处理后的高纯度刚玉质浇注料具有较高的体积密度、适宜的线变化、较高的抗折强度和耐压强度;经1 100℃水冷循环5次后试样的残余抗折强度和残余耐压强度较高,其抗热震性能较佳。
对镁碳砖MT-14A在65t GOR转炉炉底的使用情况进行了论述,并对寿命较低的炉底砖进行取样分析。研究表明,1 000mm长镁碳砖最高使用炉龄为62次,平均炉龄50次左右;800mm长镁碳砖最高使用炉龄为41次,平均炉龄不足30次。镁碳砖MT-14A在使用过程中出现了断砖现象,不是最理想的GOR炉底材料。其损毁机理是热冲击损伤及工作面电熔镁熔损和脱碳反应。
采用低铝莫来石及高压废电瓷为主要原料,添加石英砂粉等外加剂,以纸浆废液为结合剂,通过合理的颗粒级配制成混合物料,经高压成型干燥后于1 400℃烧成制备了低铝莫来石砖。将研制的新型低铝莫来石砖与目前普通的硅莫砖进行性能对比,分析了高压电瓷加入量对烧成试样性能的影响。结果表明:低铝莫来石砖具有低导热性和耐碱性能,更适用于水泥回转窑预热分解带;同时该产品以废高压电瓷为主要原料,对资源的合理利用也有现实意义。
对钢包滑动水口滑板实行循环利用。再生滑板经过更换设置在孔周围部位的芯块,可多次再利用。再生滑板再使用1次,耐火材料使用量可以比常规滑板减少36%,成本降低18%。第2次再生使用时,耐火材料使用量可以减少48%,成本降低24%。
对钢包用后滑动水口滑板表面进行分析,研究其工作面结构疏松化的原因。滑板为高温烧成的Al2O3-ZrO2-C质材料,在负压状态下加热,可形成明显的疏松化层,这与热力学计算结果一致;在Ar气氛或N2气氛下加热,可观察到轻微的疏松化现象,与负压条件下加热相比疏松化程度较轻;在埋碳气氛下加热,几乎没有疏松化现象。通过负压条件下的加热试验,可再现滑板工作面组织的疏松化反应,这也是评价滑板表面损伤的有效方法。
钢包底用耐火浇注料的发展集中在材料具有较好性能及低廉的价格,可以降低吨钢成本。吨钢成本的降低主要通过采用新型具有高性能的耐火材料,如具有良好的热机械性能和抗渣性。加入造渣剂以形成最佳液体和反应渣。出钢期间加入脱氧剂、合金和脱硫剂。在出钢到钢包期间使用人工合成渣,它可作为脱硫剂及精炼物质具有热绝缘性能。这些参数影响了钢包底用浇注料的性能。
选用氧化镁质浇注料替代普通高铝质用于水泥窑烧嘴,获得了良好的耐用效果。通过对普通材料和替代材料的特性和损伤情况的分析比较,发现气氛气体的低熔点化和温度是浇注料损伤的主要原因。采用高MgO组成,减少易低熔点化的Al2O3、SiO2,提高了耐用性。
研究对比了石墨表面覆盖或不覆盖镁铝溶胶-凝胶涂层的碱性浇注料的耐火性能。利用价格低廉的前驱体制备了镁铝尖晶石溶胶-凝胶薄层。含有亲水涂层石墨的浇注料在混合时需水量(9.5%)比无涂层的石墨(12.5%)要少。在含表面涂层的石墨的碱性浇注料中发现更多石墨保留在耐火材料基质中。因此,含表面涂层的石墨的试样其抗渣侵蚀性和渗透性有明显的提高。对浇注料在不同温度下的X射线衍射、扫描电子显微镜和物理性能进行了调查,证实了尖晶石-涂层石墨的优势。
利用线性破坏力学对耐火材料强度和破坏韧性值进行了分析和评估。在晶间断裂模型中,材质的平均粒度和试样的大小之比对所测定的表观破坏韧性值具有很大的影响,耐火材料和精细陶瓷的破坏韧性值是不同的。破坏韧性值受基于威布尔理论的试样大小的影响,并将其影响进行了量化,通过实验进行了确认。
利用事后分析方法对SiC改性的红柱石耐火材料的腐蚀化学过程进行了研究,认为K+和Ca2+两种离子作为主要的腐蚀剂存在于水泥窑生产线的旋风预热器中。研究发现,腐蚀反应的过渡过程与暴露于腐蚀介质的面(热面)到Al2SiO5-SiC砖中变化相对较小的中间区域之间的距离呈函数关系。研究了Al2SiO5和SiC颗粒的化学变化,并在二元(CaO-SiO2和K2O-SiO2)和三元(K2O-Al2O3-SiO2和CaO-Al2O3-SiO2)相平衡系统的基础上进行了讨论。SiO2和Al2SiO5与CaO和K2O发生反应生成了Ca和K-Si氧化物相,以及钙-铝硅酸盐-钙铝黄长石Ca2Al2SiO7和钾-铝硅酸盐-六方钾霞石KAlSiO4和白榴石KAlSi2O6。SiC-或ZrSiO4-红柱石耐火砖与局部脱碳材料接触后,利用加热显微镜的热分析对其进行评估。
研究了Cr2O3纳米颗粒(最高3%)对MgO-CaO耐火复合材料的物理和力学性能的影响,重点是对抗水化性能的改善。试样在90MPa下压制成型,然后在电炉中于1 650℃下煅烧5h。对试样的体积密度、显气孔率、常温耐压强度和抗水化性进行了检测,分别用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM/EDS)对晶相和显微结构特征进行了分析。结果表明:添加1.5%Cr2O3纳米颗粒的试样性能最好,分别提高了体积密度(3.41g·cm-3)、常温耐压强度(848kg·cm-2)、抗水化性(1.5%),降低了显气孔率(5.58%)。试样抗水化性得到改善的机理是: 1) 减少了游离CaO和MgO的量,转变成高抗水化性的相,如CaCr2O4和MgCr2O4相;2) 促进了致密化;3) 改变了显微结构。
介绍了江西长峰实业有限公司4×400m3机械化竖窑活性石灰生产线的工艺技术特点以及燃烧小粒度石灰石的试验与应用成果。
研究了白云石矿的理化性能,并介绍了不同温度下煅烧的4种白云石产品的生产工艺方法和过程,拓展了白云石的应用领域。
双膛窑石灰煅烧用燃料为煤粉时,煤粉的合理分配对窑内石灰品质和温度分布至关重要。麦尔兹窑和西姆窑的煤粉分配原理大相径庭。本文通过对两种双膛窑煤粉分配的理论计算,提出煤粉分配设计时两种原理各自应注意的事项。
结合工程实例,介绍了焦炉煤气作为石灰回转窑燃料供应紧张时,用煤粉或煤粉与煤气混合燃料替代焦炉煤气的工艺。
Si3N4结合SiC制品在生产过程中选用木质素磺酸钙作为结合剂,木质素磺酸钙在氮化烧成过程中烧失残留的气孔为氮化烧成提供了有利的条件。目前,木质素磺酸钙加入形式有液体和干粉两种。本文对这两种加入形式对Si3N4结合SiC制品的性能影响进行了研究,结果表明木质素磺酸钙以溶液的形式加入优于以粉状的形式加入。
以粒度为0.044mm和0.002 6mm的单斜氧化锆、粒度为0.149mm和0.074mm的Y2O3部分稳定的电熔氧化锆和超细二次稳定氧化锆为原料,加入Y2O3和CeO2复合稀土添加剂,通过200t油压机以13MPa的压力压制成型,于1 700℃下烧结得到氧化锆定径水口。结果表明:加入0.3%的Y2O3和0.3%的CeO2复合稀土添加剂,同时加入15%的超细二次稳定氧化锆,制得的产品显气孔率较低,体积密度明显提高,抗热震性良好。
以某钢厂180t转炉为例,介绍了转炉各部位耐材使用条件和转炉炉体的常用砌筑方法,对其他转炉的砌筑具有指导意义。
随着洁净钢市场需求的日益增大,需要配套使用特殊的耐火材料以避免钢水污染。通常情况下为了不使钢水增碳而影响钢水质量一般采用烧成砖作为钢包工作衬材料。然而,超低碳镁碳砖可以替代烧成砖使用。本文介绍了将研制的超低碳镁碳砖用于生产低碳特钢和不锈钢的工业试验结果。采用该产品的优点是低成本和低损毁速率,在与烧成砖相同的冶炼频率下产品没有出现结构剥落现象。此外,超低碳镁碳制品具有较低的热导率,能够降低冶炼过程中的热损失和钢包包壳温度。
中间包是与钢水接触且会影响钢水质量的最终设备,其工作层起着保持浇钢温度、保护永久层发生早期蚀损和避免产生非金属夹杂的作用。尽管喷涂料会向钢水增氢以及烘烤时较高的燃气消耗,但喷涂料一直是中间包工作层的主导材料,约80%的钢厂选择喷涂料作为工作层。由于喷涂料具有可快速施工且使用较为方便、低成本、低消耗和优异的隔热性能等优点,一直以来在市场上独占鳌头。如今,随着科学技术的不断进步,干式料和喷涂料已经可以满足绝大部分的市场需求。
在Al2O3-Cr2O3质浇注料中添加各种ZrO2,进行了残余线膨胀收缩率、高温线膨胀率、侵蚀试验和热震试验,研究了其对浇注料特性的影响。从试验结果可知,Al2O3-Cr2O3质浇注料中含有的ZrO2的去稳定化对浇注料的性能具有很大影响。
使用电熔氧化镁和烧结氧化铝为原料通过氧化物固相反应形成烧结尖晶石。研究了分别添加2%MgCl2、LiF、AlCl3、MnO2 4种不同添加剂对烧结程度的影响。混合后的物料在150MPa的单轴压力机下压实,然后在1 200~1 600℃之间进行烧结。通过膨胀研究和相分析的方式观察尖晶石形成反应。通过对烧结后产品致密化程度研究,对比不同添加剂对尖晶石形成的影响。研究了1 600℃烧结颗粒的常温耐压强度和热震稳定性。使用场发射电子显微镜(FESEM)进行了微观结构研究,以了解混合物中烧结的晶粒发育和不同添加剂对烧结的影响。研究表明,LiF和MgCl2对尖晶石形成有较大的促进作用。加入添加剂烧结后体积密度较低。强度值随着尖晶石形成而迅速增大,且在1 600℃时烧结后强度更高。加入LiF和MnO2后试样强度由于微观结构的致密发展而增强。而且,含有添加剂的混合物即使经过6次热冲击也能保留较高的强度。
利用农业废物稻壳灰和耐火熟料制备了黏土结合硅质耐火材料。用稻壳灰部分取代石英制备了多组不同配比的试样。采用半干法工艺在单轴液压机上压制成型,然后在1 200℃下的空气气氛中进行煅烧。检测了各种物理、力学和化学性能,如X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、显气孔率、体积密度、耐压强度、耐火度和热导率。含有30%稻壳灰的试样,配比是最优的,常温耐压强度为38MPa,800℃的热导率为2.08W·(m·K)-1,并且具有相当高的耐火度。力学性能和热性能得到提高,是因为无定形二氧化硅会更容易和更有效的与周围其它物质发生反应,使得耐火材料的致密度提高,而且生成了稳定的晶相。这些有前景的特征,暗示了稻壳灰RHA可以作为一种制备黏土结合高强硅质耐火材料的潜在物质。
以高岭土和富云母高岭土尾矿为原料,采用反应烧结法制备了莫来石基陶瓷。用X射线衍射对1 300~1 500℃范围内的样品进行了表征。通过对XRD数据的精密分析,确定了莫来石的相组成和晶胞参数。在1 500℃下烧成的莫来石基陶瓷,石英含量为1.2%,非晶相玻璃含量为56.3%,表观密度为2.64g·cm-3,抗折强度为35±1.2MPa。利用总云母含量为13.3%的液相烧结机制,可使莫来石含量提高到47.6%(2.3%石英和50.1%玻璃相),1 400℃烧成后的抗折强度提高到70±3.9MPa。
天然菱镁矿和合成苛性氧化镁与烧结氧化铝反应烧结后制备出富含氧化镁的镁铝尖晶石(MgO∶Al2O3=2∶1)。对生坯压块进行膨胀研究来评估两种试样的尖晶石化程度和烧结性能。在1 400~1 600℃之间对试样进行热处理,对试样的致密性、高温抗折强度、微观结构和相变进行表征。尖晶石和方镁石是存在于两种试样中的主要相,而镁橄榄石仅在菱镁矿制备的试样中发现,这是由于菱镁矿中有二氧化硅以杂质形式存在。
根据实验室测试结果对耐火材料实用性进行了评估。用于金属浇铸的材料其抗钢水的腐蚀性是关键属性,特别是一些合金钢极具侵蚀性。有几种高质量的材料可以在钢水中高温下长时间抵抗侵蚀,并且适用于钢厂中用于钢水浇注的浇铸系统。通过确定润湿角对耐火材料实用性评估的可能性进行了讨论。
高岭土中的热诱导晶格缺陷对高岭土基陶瓷热处理过程中的力学一致性起着关键作用,这归因于其相变。以其配比为基础,研究了3种造孔剂[木屑、泡沫聚苯乙烯和粉状高密度聚乙烯(HDPE)]对高岭土基陶瓷的气孔率和力学一致性的影响。实验确定了陶瓷体的气孔率,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、DSC/TG/DTA和ξ电位阐明了材料的结构和化学过程。因再结晶效应,高岭土基多孔试样在1 150℃烧后出现了莫来石相变。形态上面,因造孔剂的消失留出了较大的路径和可用的通道,使得开口气孔分布在试样的表面。耐压强度随着显气孔率的增加呈线性降低,预示着两者存在着相关性。耐压强度对脱羟基产生的缺陷更加敏感,因为在加入HDPE的试样上发现了微裂纹,这可能是伴随相变产生的大的体积变化且对脱羟基过程敏感所致。值得注意的是,本研究中使用的新造孔剂(HDPE)使得陶瓷体的气孔率高达67%,因而耐压强度最低。
对某大型烧结厂点火炉的大修情况进行了跟踪和破损调查,并取样分析,探讨了炉衬损毁原因。得出结论:烧结混合物在高温下与点火炉炉衬接触,粘附到点火炉炉墙上,形成挂渣;渣通过耐火炉衬上的孔隙、裂缝进入其内部,其主要成分氧化铁逐渐扩散,与耐火材料发生反应,使其变质、侵蚀直至开裂、脱落。
通过对不同厂家生产的铁铝尖晶石原料和同一厂家不同批次的铁铝尖晶石原料,以及分别用其制备的镁铁尖晶石砖的XRD和SEM分析得出,在铁铝尖晶石原料电熔不够充分时,存在较多的β-Al2O3和杂质相,受外界因素影响,与镁砂发生扩散反应比较剧烈,进而导致镁铁尖晶石砖出现裂纹,而电熔相对较好的铁铝尖晶石原料对烧成的适应性相对较强。
介绍了白云石晶体结构、性质、化学成分和矿物组成,以及煅烧过程中的物理化学变化和合成优质镁钙砂的生产工艺。
介绍了以转炉煤气为燃料,在使用国产气烧窑的煅烧工艺条件基础上,为满足用户对产品的需求,维持窑炉稳定生产,对现有窑炉生产工艺操作、产品生产布局进行改造,将煅烧出来的合格的轻烧白云石粉输送给烧结使用,即降低了烧结的生产成本,又避免了现有气烧窑的停产困境。
使用填充自定义图案的方法绘制包底一字型砌砖图,与传统绘制方法相比,可以缩短方案设计时间,提高工作效率,提高正确率。
分析了电石生产中石灰生过烧对能耗的影响,并以实例进行了对比。回转窑活性石灰技术应用到电石行业,不仅可以降低电石生产消耗,还能充分利用电石生产中产生的电石炉尾气和兰炭除尘灰,从而减少能源的浪费,提高资源综合利用效率。
在采取竖式预热器—回转窑—竖式冷却器石灰生产工艺时,预热器是回转窑生产线的重要设备,其预热效果尤其重要,它关系到生产线的产量和质量。目前市场上预热器主要有两种:阶梯式预热室预热器和分室式预热室预热器。本文对预热器的结构、预热原理以及上述两种预热器的预热效果进行了分析。
对石灰竖窑生产过程进行自动化改造,优化了生产工艺,实现了减员增效,达到了节能降耗、绿色生产的目的。
研究了3种不同类型的抗絮凝剂和其使用量对高铝低水泥浇注料的影响。浇注料配方中连续的颗粒尺寸分布系数为0.21。制备后的浇注料,在干燥后、900℃和1 500℃烧成后,评估其流动性、致密性和强度。在1 500℃对基质相进行相分析,以评估在高温状态在水泥存在的情况下相组成的变化。发现氧化铝基分散剂有益于提高浇注料的性能。
在再生铜熔炼工艺中,存在于铁橄榄石渣中的ZnO会改变渣的物理和化学性能。相应地,含ZnO的再生铜熔炼渣也会影响耐火材料炉衬的侵蚀行为。因此,本工作研究了Al2O3-Cr2O3耐火材料和含ZnO的铁橄榄石渣之间的相互作用,进行了静态耐火材料浸渣试验以及Ar气氛中1 200℃下的Al2O3坩埚试验。使用装备有波长色散光谱仪(EPMA-WDS)的电子探针微观分析仪对侵蚀的耐火材料试样的微观结构和渣组成进行分析。研究了ZnO含量对Al2O3溶解和Al2O3/渣界面反应的影响。使用热力学计算对Al2O3坩埚试验的结果进行了解释。
SiC耐火材料可能在使用时会与铜液和铜渣接触。针对阴极竖窑的流道渣收集器中SiC虹吸砖,研究了铜液和铜渣的腐蚀。该虹吸砖暴露于长时间流动的含少量渣的铜液中。虹吸砖阻截了熔化物表面的渣,承受着最剧烈的腐蚀,但是同时也成为最好的研究目标,这是因为该虹吸砖的不同部件承受着不同腐蚀剂的腐蚀。观察显示,渣对Si3N4-SiC腐蚀的十分严重,大约每月磨损3mm,而铜液对其磨损每月约1mm。暴露的Si3N4-SiC耐火材料其横截面从宏观上显示出4~5个不同颜色的区域。观察微观结构发现直接与铜液接触且没有暴露于氧气中的材料几乎没有发生变化,暗示了SiC和Si3N4向铜液(如果永久性去除反应物会发生物理熔解)中慢速熔解。Si3N4-SiC耐火材料被渣磨损得最为剧烈,因为发生了化学腐蚀。
在MgO-C耐火材料的基质中添加碳纳米管(CNT),研究了CNT对耐火材料性能的影响。在乙醇中用最佳添加量,采用声波降解法进行了分散试验。用X射线衍射(XRD)进行相分析。通过傅里叶变换红外线光谱学(FTIR)分析,发现添加或未添加CNT的试样没有明显变化。用场发射扫描电镜(FESEM)分析了试样的形态。发现CNT只有与王水(HNO3∶H2SO4=3∶1)中的COOH官能团结合后才会分散。在乙醇介质中操作15h和20h后,利用声波降解法,CNT分散结果并不理想,在基质的某些区域CNT仍然缠绕在一起。在MgO-C基质中添加或未添加CNT,采用热重分析(TGA)研究了试样的抗氧化性。
研究了硅灰添加对黏土砖物理和机械性能的影响。制备了5种黏土砖试样,硅灰添加量分别为0、2%、4%、6%和8%,在圆柱形模子中成型并在800℃、900℃和1 000℃下烧结。用XRF、XRD、SEM和EDAX分析了砖材的化学和矿物组成。随着硅灰添加量变化、温度变化,研究了烧结黏土砖的相组成、物理和机械性能。得出结论:硅灰添加量的增加导致体积密度降低、抗压强度降低,而吸水率和显气孔率增加。烧结温度升高导致体积密度增加、抗压强度增加、线性收缩增加,而显气孔率降低、吸水率降低。所有砖材都有足够的强度值,高于20MPa。其结果证实,由黏土材料和硅灰混合制备的砖可用作建筑材料。
通过放电等离子烧结(SPS)对Al2O3晶须增强氧化铝陶瓷致密化方法的研究,以获得细晶微观结构为目的,研究了晶须的加入对其常温力学性能的影响。从中发现添加晶须阻碍颗粒重排,显著地阻止了Al2O3的烧结行为。此外由于晶须网状结构较强的刚性边界,使得氧化铝基质颗粒的内应力降低。然而,在适宜的SPS环境下,当Al2O3晶须含量在3%~10%时能够获得几乎完全致密的细晶氧化铝陶瓷。加入3%Al2O3晶须的氧化铝陶瓷硬度与纯氧化铝陶瓷(约26GPa)相当,它的断裂韧性(5.6MPa·m1/2)高于纯氧化铝陶瓷(4.2MPa·m1/2)。研究结果表明,均匀分散的晶须和拔出晶须后的裂纹桥联被确认是主要的增韧机理。
研究了合金钢对氧化铝耐火材料的侵蚀。以氧化铝坩埚作为研究对象,对其进行物理表征。将4种不同铸造温度和合金含量的钢在氩气条件下熔化,并测量接触角。然后,用X射线衍射、光学显微镜、扫描电子显微镜和能量散射X射线光谱测定法来分析铸锭对氧化铝耐火材料的侵蚀和腐蚀。结果表明其耐火性能不影响侵蚀和腐蚀,即钢水未发生渗透,但氧和脱氧钢合金的含量会影响基质的侵蚀。首先,锰与氧化铝反应,接着与硅反应形成锰铝硅酸盐。在最高铸造温度(1 580℃)下也会形成莫来石。钢-耐火材料界面上,铝取代硅酸盐,侵蚀增强。在莫来石形成区域,由于热膨胀不匹配,1.6587等级的17CrNiMo76钢发生剥落。在粗粒级中只形成铬掺杂氧化铝。
利用高压烧结法研究纳米晶莫来石粉体。以100℃的升温步幅从1 100℃加热到1 500℃,使用高压凹陷砧型装置在4GPa压力下合成晶粒大小为51nm的莫来石粉体。根据致密化温度函数分析致密试样的物相组成和晶体结构参数。经XRD分析表明,新相(蓝晶石和刚玉)的生成改变了烧后试样的密度。采用高压法可以获得相对致密的烧结体。由于莫来石晶粒生长的各向异性,其微观结构呈针状。在1 400℃煅烧的细长莫来石晶粒的长度达到5μm左右,升高到1 500℃后晶粒变粗并保持原来的针状结构。莫来石粉体的维氏硬度随着烧成温度的升高而增大(直到1 400℃),然而在1 500℃由于晶粒粗化试样的维氏硬度呈下降趋势。
以2×600t·d-1石灰回转窑烟气余热发电项目为例,设计开发了石灰窑烟气余热有机朗肯循环发电技术,并对窑尾烟气有机工质发电系统设计及经济效益等进行了介绍和分析。该技术不仅有助于节省能源,降低污染,还会带来显著的经济效益和社会效益。
以莫来石均质料、红柱石、α-氧化铝粉等为主要原料,通过引入不同比例的莫来石均质料制备低气孔莫来石砖。研究发现该砖具有气孔率低、常温耐压强度高以及良好的热震稳定性。以普通高铝砖和刚玉莫来石砖为对比,采用静态坩埚法研究了高温下低气孔莫来石砖的抗侵蚀性能,发现该砖具有优异的抗渣侵蚀能力,适用于红土镍矿回转窑过渡带。
对柳钢3#麦尔兹窑质量波动较大的原因进行分析,针对窑炉运行中出现的煤气截止阀堵塞、煤气环管堵塞、煤气热值偏低、煤气加压机冷却器串水等问题进行攻关,并制定整改措施,最终稳定提高了麦尔兹窑产品质量。
介绍了日本焦炉的发展现状、焦炉诊断及修补技术、焦炉用耐火材料和干熄焦系统用耐火材料,对日本焦炉和干熄焦系统常用的各种耐火材料性能以及使用情况进行了详细论述。
硅粉的粒度对氮化硅结合碳化硅(Si3N4-SiC)的性能有重要影响。本文在硅粉加入量一定的情况下,研究了400目和200目硅粉的配合比对Si3N4-SiC的物理性能、Si3N4含量以及断口的Si3N4形貌的影响。结果表明,在硅粉加入量总量一定的情况下,400目与200目硅粉配合比为1:1时试样的综合性能最佳。
用节能竖窑烧制冶金石灰,生产作业环境较差。采用当今先进成熟的PLC自动化控制技术,对原有比较落后的控制系统进行改造。改造后的新系统运行稳定,满足了生产工艺要求,达到了降本增效的目的,给企业带来了可观的经济效益。
在铂冶炼中铂族金属(PGM)锍由铝铬砖砌筑的溜槽排出。PGM 锍渗透到这些放出口砖中,会侵蚀耐火材料,进而造成熔炉的损毁。通过对溜槽的残砖分析,研究了锍渗透和化学反应发生的程度,锍渗透的区域主要集中在耐火材料溜槽组砖的放出口周围。研究还包括确定在溜槽中是否存在残留的堵口炮泥,以及氧气喷吹对耐火材料侵蚀的影响。对样品进行SEM-EDS和XRD分析,发现在固化过程中,渗透的锍与不同含量的铁、铜、镍,或这些元素的化合物结晶形成了硫化物。观察到了铁和铜的共同氧化。这导致在使用后的放出口周围区域形成了CuFe2O4-Fe3O4固溶体尖晶石相,以及在原来的放出口位置上形成了更复杂的Cu-Fe-Al-Cr基尖晶石相。没有发现残余的堵口炮泥。
不定形耐火材料在世界耐火材料产品总量中所占的份额持续上升。这种趋势主要与新产品的性能改进和引入新的施工技术有关。本文简要叙述了先进耐火浇注料的研发,并且将不定形耐火材料的性能与类似的定型制品的性能进行了比较。讨论了在不同的高温工业应用中不定形耐火材料替代定型制品的使用。
垃圾熔融炉起着至关重要的作用,因为它使工业和家庭废物焚烧和熔化成为可能,解决了固体填埋的缺点,并建立起资源循环型社会。根据废物处理工艺的种类发展了各种类型的垃圾熔融炉。由于耐火材料炉衬暴露于高温下的强腐蚀性环境中,Al2O3-Cr2O3砖通常用于垃圾熔融炉中。本文研究了Al2O3-Cr2O3砖基质中的Cr2O3含量与侵蚀行为的关系。
使用实验规划方法研究了低水泥耐火浇注料的制备条件对其使用性能的影响结果。使用正交Blackett-Burman设计,论证了加水量、振动时间、养护条件和煅烧条件对制得的耐火浇注料使用性能(室温下的表观密度、开口气孔率、永久线变化率、杨氏模量、抗折强度和耐压强度)的影响。结果表明,在实验条件下所研究的性能之中,只有搅拌时间是一个可以忽略的因子,它对制备过程中低水泥矾土浇注料的使用性能没有重大影响。
与可溶酚醛树脂或酚醛清漆树脂结合的耐火材料的耐化学性和热机械性能取决于结晶碳相的存在(优选具有接近石墨的特征)。尽管热固性树脂通常为非石墨化碳来源,近年来已经做出许多努力以寻找有效途径诱导这些成分在耐火产品中的原位石墨化。这项工作评估了工艺参数(混合、固化和烧结温度)、添加剂(二茂铁、硼酸和剥离石墨)以及两种商业树脂(可溶酚醛树脂和酚醛清漆树脂)和一种合成树脂(改性酚醛清漆树脂)的石墨化作用。采用X射线衍射、拉曼光谱和热重分析来确定复合物的微观结构演变。其结果,样品在1 000℃的还原气氛中烧结并保持5h,实现了碳的石墨化。二茂铁的加入有利于所选择的树脂更有效的石墨化,但硼酸也诱导了商业酚醛清漆树脂产品的碳的重排。在很大程度上,制备复合物的混合和固化过程是影响烧结样品石墨化程度的重要步骤。
烧结助剂(SA)在增强耐火材料中温(600~1 200 ℃)下的热力学性能方面具有巨大的潜能。就此目的而言,选择硼基化合物比较合适,因为它们在相对低的温度下经历的相变(即分解、氧化等)可能导致富硼液相的产生和瞬态液相烧结。本研究旨在评估5种烧结助剂 \[三氧化二硼(B2O3)、硼酸(H3BO3)、硼硅酸钠(BS)、硼酸镁(BM)和碳化硼(B4C)\]在水合Al2O3结合的高铝质浇注料组成中的加入量为0.5%、1.0%和2.0%时的作用。为了确认瞬态液相烧结在耐火材料中是否有优势,以及这些组成在哪个温度范围内使用可能呈现屈服状态,且相比无添加浇注料具有更加优异的性能,为此进行了流动性、显气孔率、XRD、热弹性模量、抗热震性和力学性能的测试。基于以上结果,不建议将B2O3引入到高铝质浇注料中,因为它是一种吸湿材料,会降低组成的流动性,使试样难以制备。其它含硼化合物可以直接加入到高铝混合料中,不会在其处理步骤中产生大的变化。本研究强调了在浇注料组成中选择一种合适的烧结助剂源并优化其含量的重要性,因为这些参数可能影响浇注料的总流变和热力学性能。配比中含有0.5%H3BO3(或B4C)、1%BS和2%BM,可以增强耐磨性、抗热震性和1 000℃及1 200℃的热力学强度,这使得它们有潜力应用在耐火浇注料中。
采用激光闪光法测定了温度达1 000℃、孔隙度为35%~60%(体积)的多孔莫来石材料的热扩散系数。这些材料的制备是基于淀粉在水悬浮液中的膨胀性直接合成的,主要为直径30μm的球形气孔。从热导率角度出发,它们表现为在连续莫来石基质中分散的空隙的双相材料。不同孔隙度的热导率与温度的关系符合一个简单的方程式,考虑到了莫来石基质的热传导、气孔内气体以及热辐射。基质的热导率来自于对致密莫来石的测定。
采用放电等离子烧结(SPS)工艺烧结细粒度致密碳化硼陶瓷。研究了原始粉末经热处理后杂质含量降低后对室温下力学性能(即维氏硬度和断裂韧性)的影响。在高温下(达1 600℃)进行了弯曲试验(即弹性模量、抗弯强度)。这些性能与材料的微观结构相关。研究表明,热处理的粉末降低了游离碳含量(呈洋葱状结构)和晶界处的二次氧化物相(富硅和硼)。硬度、断裂韧性和弹性模量略有下降,而抗弯强度增加。此外,在1 600℃下没有发现脆塑性转变。
不烧砖具有成本低、无铬污染等优点,已广泛应用于石灰回转窑炉衬。武钢活性石灰回转窑烧成带炉衬使用磷酸盐结合不烧砖代替镁铬砖及镁尖晶石砖,炉衬寿命提高到3年以上。根据不烧砖的多年应用经验,并对行业内数据进行收集、整理与分析,武钢负责制定了活性石灰回转窑不烧衬砖行业标准,规范了炉衬用不烧砖的技术条件,以保证石灰回转窑的稳定运行。
介绍了以高纯铝酸钙水泥为结合剂,添加活性α-Al2O3微粉,骨料以电熔刚玉为主的RH浸渍管浇注料。研究了不同种类刚玉的搭配及尖晶石的引入对浇注料热震稳定性和抗侵蚀性能的影响。
针对煤粉石灰回转窑内结圈的问题进行了实验,分析了结圈原因并采取了相应的改进措施,取得了显著成效。
以棕刚玉为骨料和细粉(67%),SiC和球沥青(共20%)、活性α-Al2O3和硅微粉(共10%)为主要原料,制备了微粉结合Al2O3-SiC-C浇注料。分别测试了硅微粉加入量、分散剂(六偏磷酸钠、三聚磷酸钠)、防爆纤维种类和加入量对浇注料抗爆裂性能的影响。结果显示:不同的施工体厚度(重量),其抗爆裂温度有所不同,厚度越大排气性越差,抗爆裂性能也就越差;试验范围内,硅微粉加入量的提高,对材料的抗爆裂性能不利,而水分的增加对抗爆裂性能的影响并不明显;提高纤维加入量或选用低熔点纤维可以大大改善浇注料的抗爆裂性能。
透气砖在钢水精炼过程中发挥着重要作用。透气砖作为耐火材料制品,在使用过程中会出现消耗损毁现象,严重时会影响正常生产,甚至会造成漏钢等事故的发生。根据精炼钢包透气砖使用的工作环境,对精炼钢包透气砖在使用过程中发生漏钢的原因进行了分析,并提出了有效的改进措施。
国内广泛采用回转窑烧制冶金石灰及水泥,生产过程中会产生大量高温烟气,造成热量的流失。通过详细的热工计算后,采用引进的超导换热技术,将超导换热装置运用到回转窑中。投运以来产生了较高的经济效益,响应了国家节能减排的号召,具有较好的社会效果。
氮化硅薄膜刻蚀是制造微电子器件的关键技术之一,刻蚀的效果直接影响电子元器件的性能。采用反应离子法对氮化硅薄膜进行了刻蚀,并借助原子力显微镜(AFM)、光学显微镜(OM)、表面轮廓仪表征方法对刻蚀的氮化硅薄膜进行分析。结果表明:反应气体为NH3∶SiH4=40∶10时,制备出的氮化硅薄膜的厚度均匀,薄膜颜色一致;氮化硅薄膜的最佳刻蚀时间为3min,此时氮化硅薄膜的表面较平整,粗糙度较小,氮化硅薄膜与Si基底表面的分界线明显。
在CO和H2混合气体存在下,通过逆向布杜阿尔反应催化分解CO产生固体碳的沉积。由铁氧化物催化的这个反应会对耐火材料产生破坏作用。研究了纳米和微观尺度上CO和H2气氛下,逆向的布杜阿尔反应过程中铁氧化物的催化效果和碳的结构演变。提出了CO 和H2混合气体下的抑制机理并在实验室规模下进行确认。在与铁和铁的氧化物接触时,固体硫化合物可以抑制CO的分解。这个结果用于开发新型的抗CO和H2的耐火材料。
受反复加热和冷却的影响,对高炉出铁沟材料性能发生的变化以及添加种类不同的碳原料对变化的情况和程度造成的差异等问题进行了研究。研究结果表明,受反复加热和冷却的影响,烧结伴有莫来石的生成,但烧结程度根据添加碳原料的种类而异,添加沥青的材料不容易烧结。另外,添加炭黑的材料在反复加热和冷却后,耐蚀性大幅度降低。推定的原因是,反复加热致使气孔径扩大,炉渣容易浸润。
关于装入废钢对转炉装料炉墙的损伤,通过实验室的废钢下落冲击试验和工业炉试验进行了研究。根据这些试验结果得出的结论是:工业炉中的砖损伤是由于废钢冲击导致的破损和裂纹的扩展以及相互连接而产生的,有效的方法是使用抗机械性冲击好的高断裂韧性镁碳砖。
使用原料种类不同的尖晶石砖,进行了抗碱性、抗硫性、抗热震性和抗侵蚀性试验。试验结果表明,只使用海水氧化镁的尖晶石砖B,在抗碱性、抗硫性、抗热震性和抗侵蚀性方面性能优越,但抗浸透性和抗结构剥落性差。使用天然氧化镁和海水氧化镁的尖晶石砖C,呈现介于尖晶石砖A和尖晶石砖B的中间性能,在抗浸透性和抗结构剥落性方面有良好的效果。
将废弃耐火砖回收粉碎作为骨料应用于混凝土制备中,设计了10种耐火砖细骨料与天然砂的混合方案,制备了210个试样,耐火砖细骨料的替代率分别为0、25%、50%、75%和100%。试样分为两类:含普通硅酸盐水泥的试样和含铝酸钙水泥的试样。测定了混凝土试样的物理-机械性能,包括耐压强度、弹性模量和混凝土在110℃、200℃、400℃、600℃、800℃和1 000℃下的重量损失以及孔隙率、吸水率、密度。结果表明,在800℃以上,含耐火砖骨料和铝酸盐水泥可使混凝土的残余强度提高两倍。此外,耐火砖细骨料与铝酸盐水泥混合使用对提高混凝土的高温弹性模量的效果并不明显。
提出了一种新的获得白云石-氧化镁共熟料的方法,该方法涉及到白云石脱碳并和苛性氧化镁混合电熔。以高纯原料制备了电熔白云石熟料和电熔白云石-氧化镁共熟料。将添加电熔白云石-氧化镁共熟料的白云石产品与不添加氧化镁的电熔白云石熟料和传统的富氧化镁产品进行了性能比较。实验证明,以电熔白云石-氧化镁共熟料为原料制备的烧结白云石材料,具有化学纯度高、耐腐蚀、抗水化和抗热震性能好的特点。
验证了两步烧结法的适用性对于抑制亚微米氧化铝在最后阶段的晶粒长大中的作用。为了降低孔隙率,且不出现显著的晶粒长大,第一步加热的时间应该较短,在1 400~1 450℃相对较高的温度下进行;第二步在大约1 150℃左右的温度下促进样品的致密化,并且限制晶粒生长。使用两步法烧结制备的细晶氧化铝的相对密度为98.8%,晶粒尺寸为0.9μm。采用标准烧结工艺,陶瓷的相对密度相同,但晶粒尺寸为1.6μm。
纳米炭黑包覆的石墨具有容易被树脂和水润湿的特性,可以扩展耐火材料和碳-碳复合材料在不同领域的应用。通过使用合适的表面活性剂和分散剂在鳞片石墨的表面包覆纳米炭黑而使其具有水润性。通过XRD、FESEM和HRTEM表征了包覆石墨的特性,结果表明包覆于石墨上的纳米炭黑具有与天然石墨同样的性质。这种开发的包覆石墨已经在钢厂所用的耐火砖和浇注料中得到了广泛应用。碳含量低于3%的镁碳砖,其中含有炭黑包覆颗粒和包覆石墨,具有比含有天然石墨10%的镁碳砖更好的性能。通过使用这种包覆石墨可以实现石墨在基质中的均匀分布。
随着连铸和炉外精炼技术的发展,炉外钢水精炼处理主要在钢包中进行。这要求钢包内衬用耐火材料具有易于施工的特点,可达到优良的冶金效果。镁钙系耐火材料能满足这些要求,对洁净钢的冶炼非常有利,但由于镁钙系耐火材料易水化的特点限制了其应用。本课题通过实验,研究开发出性能优质的镁钙系耐火材料,尤其是填补了1 900℃以上超高温阶段国内外对镁钙质耐火材料研究的空白。
介绍了双D窑用耐火材料情况及其在使用中发现的主要问题,并提出了改进措施。对连接通道耐火材料的品种进行更换,将特种镁砖更换成品质更好的高铝砖。改进后近4年半时间未发现耐火材料剥落现象,提高了双D窑的整体寿命。
玻璃纤维生产用生石灰质量及性能要求与冶金石灰等有较大差异,介绍了玻璃纤维用生石灰的原料成分、粒径及运输、存储等方面的要求及管控措施。
分析了目前国内石灰生产现状,阐述了粉石灰悬浮煅烧工艺的技术思路与技术优势。指出在悬浮状态下预热、分解、冷却,热交换效率高;碳酸钙粉状下分解反应速度快,分解程度高;悬浮煅烧炉温度均匀且可控,进一步提高了产品质量的稳定性。采用此工艺,各种粒径的石灰石均可磨制成粉作为原料,提高了优质资源的利用率。
采用了钢厂石灰筛下粉、破碎粉、除尘粉和悬浮粉等石灰生产线产生的副产物,通过理化性质分析,采用复配方式,制备出了合适LJS烧结烟气干法脱硫的吸收剂,并进行了TGA、BET和XRF等表征。结果表明:当采用钢厂403-104三期筛下粉复配10%悬浮粉,制备出的吸收剂Ca(OH)2≥60%、比表面积≥19m2·g-1、中位粒径D50≤45μm,而且通过XRF分析吸收剂中Fe2O3≤0.2%、Cl≤0.007%,不存在对设备腐蚀或结垢的风险,可取代普通消石灰应用于LJS烧结烟气干法脱硫,对石灰窑的清洁生产和降低脱硫运行成本具有重要意义。
从煤种技术性能、煤磨工艺、四通道燃烧器的原理、富氧燃烧的应用等几个方面,结合国内当前先进的技术,详细地论述了煤粉燃烧的工艺及影响因素,指出了煤粉燃烧在回转窑生产中的重要作用。
通过实验,提出一种收尘灰及碎石的化学处理方法,即酸解收尘灰或碎石,过滤掉不溶物,用沉淀法去除铁、铝、重金属等杂质元素,用碳化法得到高纯度、高白度的轻质碳酸钙。通过焙烧、消化还可以得到高纯度氧化钙、氢氧化钙,可应用于精细化工、环保、医药、电子行业等多行业所需的高纯系列产品。
由于施工方便和快速干燥的特性,无水泥浇注料在工程应用中得到越来越多的重视。硅溶胶作为一种非水泥结合剂广泛应用于铝质和铝硅质浇注料中。然而,由于镁砂的存在造成硅溶胶胶凝,限制了硅溶胶结合剂在含有镁砂原料的浇注料中的应用。镁砂一般作为硅溶胶结合浇注料的促凝剂加入,加入量为0.05%~0.3%。本文通过引入Z&S公司的添加剂,可以使浇注料中镁砂含量提高到1%、5%甚至更高,并不会造成硅溶胶的快速胶凝。本文还提出了一种干粉状磷酸盐添加剂作为无水泥尖晶石质浇注料的结合剂。重点研究了无水泥浇注料的力学性能和快速干燥能力。
用铝生产渣、铝回收渣和铝刻蚀沉渣制备铝-磷酸盐结合剂,再用铝-磷酸盐结合剂制备耐热多孔混凝土。将耐火黏土、刚玉产品废料和使用过的铝铬催化剂IM-2201作为骨料。这些是分散氧化铝和高铝工业废料,并不需要研磨的额外成本。检测了原料的基本性能。研制了以耐火黏土和刚玉产品废料为基础的耐热磷酸盐多孔混凝土,其工作温度为1 400~1 600℃。由于铝细粉与磷酸盐结合剂之间的放热反应而使多孔混凝土硬化。金属-磷酸盐结合剂的反应产生气孔。研究了硬化和热处理后磷酸盐结合剂的相组成。研究了多孔混凝土的主要耐热性能。发现制得的材料与纯铝-磷酸盐结合剂制备的多孔混凝土材料类似。
研究了一种含0~8%纳米二氧化钛(η-TiO2)的烧结氧化镁基质的力学性能。采用X射线衍射(XRD)和配备能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)分别对在1 500℃电炉中烧结4h的耐火材料试样的结晶相和微观结构特征进行表征。物理性能由密度和孔隙率来描述。通过常温耐压强度(CCS)试验评估其力学性能。结果发现,氧化镁基质中存在纳米二氧化钛可以诱导钛酸盐(Mg2TiO4 和CaTiO3)的形成,从而改善烧结过程。纳米二氧化钛也产生了晶间二次相结构的细晶粒子,这种粒子保留在边界处并发挥定位作用。添加5%纳米二氧化钛有助于达到物理和力学性能的最大增量。
对工业规模的并流蓄热式竖窑(PFR窑)内发生的瞬态过程进行固相(DEM)-流体相(CFD)模拟。通过DEM实现对窑炉中石灰岩床的移动、反应过程的数值模拟,并与描述间隙气相的三维CFD模拟相耦合。PFR窑由两个竖式窑膛和一个连接通道组成,两个窑膛大约每隔15min周期转换其功能。当其中一个窑膛在900°C以上煅烧石灰石时,另一个窑膛则以逆流的方式预热石灰石。该模型已用于模拟一个18m高的工业PFR窑,石灰石的实际颗粒尺寸范围为50~90mm,煅烧所需热量由甲烷燃烧提供,并采用两步机制进行模拟。模拟结果表明,在煅烧区域内温度分布基本均匀,但颗粒内温度梯度明显。煅烧程度取决于窑内的颗粒位置,并且朝向外部窑壁减小。比较测量和模拟的温度,发现可以通过模拟再现最大温度值以及由窑炉周期性操作中产生的温度波动,尤其是在工业实际生产的苛刻条件下难以用热电偶测量窑内温度时。
对多孔碳化硅的凝胶注模成型进行了初步研究。研究表明,采用碳化硅粉体悬浮液,以硅溶胶为分散剂,NH4Cl水溶液为引发剂,较为容易的制备出具有较高强度的微细多孔材料。
氧化铝和氧化硼在600~800℃之间形成硼酸铝(Al18B4O33和Al4B2O9)。这些材料具有耐火性能和耐腐蚀性能。本工作的目的是以氧化铝和硼酸为初始粉末,从Al2O3-B2O3体系中开发材料,研究关键的工艺变量,分析其微观结构和性能。研究了3种配方(B2O3分别为13%、19.5%和26%)。为了确定硼酸盐的形成,进行了差热分析和热重分析。然后,在高于形成温度的4种温度下,对单轴压制的圆盘状试样进行烧成。用浸入法对陶瓷的结构性能进行评价,并对烧结工艺进行分析。用X射线衍射法确定了硼酸盐的形成程度。最后,用扫描电镜对所开发的显微组织进行了表征,并对其径向压缩行为进行了评价。从Al2O3-B2O3体系中制备了一系列多孔(气孔率约50%)耐火材料。该工艺以Al18B4O33为主要结晶相。针状颗粒直径在0.2~1μm之间,纵横比高于20:1。因此,根据研究资料可知,硼酸铝陶瓷材料可用于结构、绝缘或过滤应用领域,只使用氧化铝和硼酸作为硼氧化物来源。
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