作为国内最早从事回转窑技术研发和项目建设的单位,中冶焦耐一直引领石灰回转窑技术发展的潮流。本文重点介绍我公司研发的1 200 t/d大型活性石灰回转窑的技术特点和设计难点。该窑型是目前设计生产能力最大的石灰回转窑,同时在主体结构和控制系统上也有全面提高,达到世界先进水平。
对于石灰行业,2018年度各种挑战与机遇并存,是蓬勃展开转型升级的一年。各类气烧石灰窑得到了较大的发展,其中高热值煤气气烧窑的各种优点已为大家所熟知。本文主要针对各种气烧窑技术和近期所呈现的向应用低热值煤气扩展的新趋势以及由于煤气热值降低所涉及的问题进行探讨。
当回转窑使用煤粉作燃料煅烧活性石灰时会形成一种圈状厚窑皮,其危害性非常大。特别在结圈严重时,结圈使窑内的物料填充系数增大,直接破坏正常的热工制度,对回转窑的产量、质量和长期安全运行带来负面影响。本文通过对回转窑生产过程的分析及实验室相关工作的研究,掌握了回转窑在喷煤作燃料状况下的结圈机理,并总结出处理窑皮的有效方法。
钢包用滑动水口机构是为了适应连续铸坯和炉外精炼等炼钢技术的发展和改善浇钢生产操作条件迅速发展起来的。本文主要介绍了FLOCON滑动水口机构的特点和改进。
在麦尔兹窑使用混合煤气时,通过了解风气配比原理,判断并寻找合理的风气配比平衡点,来提高窑炉的综合利用水平。
根据帘线钢冶炼的特点以及实际工况,阐述了其钢包用耐火材料的使用要求,综合分析了帘线钢冶炼钢包用耐火材料的发展历程以及目前的现状,其中重点对比了目前正在使用的几种耐火材料的优缺点,提出了今后耐火材料使用的新思路和看法。
立式复合破碎机存在破粉效率低、锤头易磨损和故障检修强度大的缺点。通过技术论证和矿山实地考察,将更为先进的矿山用的新型制砂机创新应用于石灰破粉生产,并在生产使用时对破粉效率、锤头磨损及运行维护进行跟踪、分析和调整,生产运行情况良好,在破粉效率和机体运行寿命周期上达到了预期效果。
Al2O3-C(铝碳)耐火材料广泛应用于连铸炼钢中,主要用于控流装置,原因是其热机械性能好。连铸耐火材料碳化后大约含有30%的残碳,可改善某些耐火性能,但是会导致高品质钢生产时的钢水增碳。在本工作中,为了降低碳总含量,纳米碳与石墨联合使用。研究了物理和机械性能的变化,如体积密度、强度以及物相和显微结构变化。体积密度和强度随着试样中石墨含量的增加而降低;含纳米碳的试样中形成的碳化铝促进强度增加。纳米碳具有高比表面积,活性比石墨大,有助于形成碳化物,它很容易在氧化铝的粗颗粒、中颗粒以及细粉之间的缝隙中扩散,因此降低了气孔率,增大了密度和强度。
依据ASTM C704测试了循环流化床燃烧室用致密耐火砖和浇注料的耐磨性,这种方法仅仅能够测试材料在常温下的耐磨性。因而,在选择适合循环流化床燃烧室使用的耐火材料时,就需要弄清高温下固体粒子是如何磨损材料的。循环流化床燃烧室用致密耐火浇注料通常是在燃烧室的运行温度(约900 ℃)下被高速循环的高温固体粒子所磨损。在本工作中,选取了循环流化床燃烧室用3种致密耐火浇注料(低水泥浇注料LCC-45、LCC-80和铝含量为80%的高铝质可塑料)进行耐磨性试验。采用高温耐磨测试仪,分别在室温和燃烧室的运行温度(900 ℃)下,以及不同的冲击角(30°、45°和90°)下对材料进行耐磨性测试。对磨损量的测试结果进行对比,这种对比可用于选择燃烧室不同磨损区域所使用的耐火材料。
耐火材料领域是一个复杂的网络,其长期趋势取决于原材料生产商、耐火材料制造商、最终用户、研究中心和大学等不同参与者之间的相互作用。由于这是一个复杂的系统,很难知道谁是科学发展的主要参与者,也很难知道这一领域的未来技术和趋势。为了检索这一信息,利用数据挖掘和图论分析了近21年来耐火材料领域主要技术期刊的出版物。在此基础上,获得了不同主导国家在耐火材料领域国际合作的完整图示。这些国家的一个共同特点是具有积极的工作互动,这有助于它们处理高度复杂的具有挑战性的问题。在过去10年中对选定的关键词进行深入分析,得出了技术发展趋势。此外,使用不同类型的计算机模拟来支持耐火材料的技术发展也有很强的增长趋势。
多孔陶瓷是一种应用于高温领域的重要技术性材料。近年来,对提高其使用温度、耐火度,保持气孔特性等方面进行了广泛研究。本文介绍的多孔浇注料的结构是基于烧结氧化铝、水合氧化铝、氢氧化铝和非晶质二氧化硅而形成的原位莫来石(3Al2O3·2SiO2)。通过测试其机械性能(耐压强度和弹性模量)、膨胀率、气孔率、XRD衍射和扫描电镜分析等手段表征热处理过程中材料的物理性能和微观结构变化,结果表明莫来石本身很难实现致密化(不利于生产致密材料),因此在高温条件下阻碍了气孔的消失。
研究了通过高能球磨制备含Al-C的纳米Si-C粉末。该粉末是由超细β-SiC微晶(约5 nm)和非晶Si-C基质组成。在合成粉末中,TEM-EDS分析显示Al的分布相对均匀(d50:170 nm)。在压力为20 MPa、温度为1 650 ℃的条件下,经30 min烧结后,含有6.5%添加剂的SiC的相对密度为98.1%。当添加剂含量降低至3.3%时,SiC可以在1 800 ℃下致密化。Si-C粉末中的Al含量会随着烧结温度而改变,例如在1 650 ℃下烧结,Al含量从4.11%变为2.6%,该值远高于溶解度极限(在1 800 ℃时为0.26%),这是由于Al在粉末中均匀分布及其低烧结温度。铝在晶界处偏析,而通过TEM分析未发现液相形成,表明晶界扩散是主要的致密化机制。烧结试样的机械性能类似于具有相同化学组分的、含有大量烧结添加剂的SiC-Al4SiC4体系(5.6%/13%),也类似于使用更高的压力(20 MPa/ 60 MPa)和烧结温度(1 650 ℃/1 800 ℃)获得的烧结试样。
运用数学模型来模拟石灰石在竖窑中的煅烧过程,由质量守恒和能量守恒原理推导出常微分方程组,结合收缩核模型从而形成了石灰石分解模型。通过计算气体和固体的轴向温度,确定通过窑壁的热损失和压力降。本文实验模型采用的是高13 m、平均直径为70 mm固体床的单膛竖窑。通过改变石灰石的颗粒尺寸分布来描述其对石灰石分解过程的影响。研究结论可以直接用于对普通竖窑的设计、操作、调整与优化。
对2018年石灰行业的发展状况以及回转窑的技术特点和发展趋势进行了介绍,对面临的问题提出了解决措施,并对2019年的发展前景进行了展望。
介绍了2018年混料式机械化石灰竖窑的技术发展现状和特点,针对操作管理和技术问题提出了改进的措施,并对产业结构优化、窑炉装备水平升级、绿色环保发展等各方面进行了思考与展望。
通过对内部两条破碎线工艺操作优化、设备改进、加强设备维护保养等,提高了破碎线破碎效能,保证了烧结熔剂成品的稳定供应,降低了各项生产成本。
针对奥陶系马家沟组石灰石耐压强度低,在回转窑煅烧过程中易粉化,低温发生严重爆裂的特点,探求新工艺对矿石进行预处理,降低矿石在煅烧过程中的爆裂程度,改善煅烧环境,实现稳质、提产。
传统浇注料使用煅烧矾土基料,由于颗粒级配比较简单,浇注料采用较多的水泥和水来填充,所形成的堆积孔隙比较大,在使用过程中不能很好的防止铝液和电解质的渗透。采用高铝水泥结合浇注料在500 ℃以下,由于脱除大量结合水造成结合强度下降,当温度升至900~1 100 ℃之间时高铝水泥结合强度大部分损失。本试验采用硅砖替代部分高铝矾土,通过在浇注料基质中引入减水剂、硅灰等添加剂,有效提高了产品使用性能,满足铝电解槽浇注料技术指标,社会效应和经济效益明显。
为了解决镁质耐火砖低温水化、热处理窑的温度和压力波动以及窑内热风量分区控制的问题,通过对镁质浸盐耐火砖热处理窑设置进、出口准备室、设置热风循环装置并进行风量分区控制等,保证了热处理窑处理工艺所需的热工制度。
将用后的镁碳砖制备成再生原料,以添加20%再生原料制备成再生镁碳砖样品,采用Axioskop40型偏光显微镜、XL30TMP扫描电子显微镜和PHOENIX能谱仪对试样进行显微结构和微区成分分析。结果表明:再生镁碳砖中的再生原料,经过高温使用镁砂颗粒边缘逐渐被溶蚀;再生镁碳砖含有假颗粒;再生原料中抗氧化剂发生氧化或部分氧化。
在高锰钢生产过程中,耐火材料会与高锰渣接触,为此,研究了具有不同抗压强度的尖晶石耐火材料在高锰渣中的蚀损行为。在1 550 ℃和150 r/min的条件下,采用细棒旋转试验(FRT)来评估耐火材料损毁。结果表明,具有高抗压强度的试样C1比试样C2具有更好的抗渣侵蚀性能;在试样C1中,耐火材料通过化学侵蚀从材料表面到材料深处逐渐损毁,而在试样C2中由于渣渗透进入耐火材料中则突然发生机械损毁。
将不同百分含量的MgAl2O4纳米颗粒添加到MgO-CaO耐火材料陶瓷复合材料中,在电炉中于1 650 ℃烧结并保温3 h获得耐火材料试样。用体积密度、表观气孔率、抗水化性、常温耐压强度、晶相形成和显微结构分析等方法对耐火材料试样进行了表征。结果表明,随着MgAl2O4纳米颗粒的加入,试样的体积密度增大。但随着MgAl2O4纳米颗粒的加入量达到6%,其表观气孔率和耐压强度分别下降和增加,而进一步添加MgAl2O4纳米颗粒,由于热膨胀失配,其结果发生了逆转。另外,加入MgAl2O4纳米颗粒可以显著提高试样的抗水化性能,这是由于降低了耐火材料中游离CaO的含量,并通过形成致密的微观结构来促进致密化。
调查了焦炉炉门预制块的实际状况,研究了循环利用技术。对回收的使用后炉门预制块,分为渗碳原料和未渗碳原料进行了评价试验。试验表明,添加回收原料对抗热震性的影响小,而且在大量添加时,还获得了提高抗热震性的效果。在工业应用中,使用2年后的炉门预制块没有发现明显的损伤。
为了降低能耗,人们越来越多地使用微孔耐火材料作为高温隔热材料。生产这些材料的技术之一是通过羟基或碳酸盐化合物的相变产生孔隙。这种方法不释放有毒挥发物,但在高温下限制了它的长期使用,因为脱羟基/脱碳后形成的过渡化合物会加速致密化,降低系统的总孔隙率。本工作的目的是以氧化铝、氢氧化铝和石英为原料,利用氧化铝与石英的反应形成莫来石,在高温下降低致密化速度。样品在1 100~1 500 ℃之间烧结,通过孔隙率测量、弹性模量、抗压强度、X射线衍射、膨胀计、水银孔径测量和扫描电镜等测试手段对样品进行了表征。结果表明,由于莫来石的形成,高孔隙率仍可在1 500 ℃下保持。
研究了纤维形状以及组合纤维对浇注料的力学性能和流动性的影响。结果表明,纤维纵横比对常温抗折强度影响较大,形状复杂的纤维在热态下可提高抗折强度。
研究了添加氧化锆对高铝浇注料的热机械性能和热弹性疲劳的影响。进行了3个试验:在循环温度变化下施加机械荷载的共振频率阻尼分析(FRDA);荷重软化温度试验;在特定的热震炉中在两个高温之间突然的温度转变试验。3种浇注料试样配方为:基于板状氧化铝的参考材料,以及含有13.75%氧化锆的其它两种浇注料。含有氧化锆的浇注料配方为:全稳定氧化锆掺杂8 mol%氧化钇(Y-FSZ),部分稳定氧化锆掺杂3 mol%氧化钙(Ca-PSZ)。由RFDA和荷重软化温度测得,Y-FSZ浇注料显示出与参考材料相近的弹性和机械性能,在热震试验后恢复良好。Ca-PSZ浇注料通过裂纹的能量散逸显示出有益的增韧性,但是在冷却后显示出基质的断裂,这是由于马氏体氧化锆相转变导致的,对浇注料的使用寿命具有负面影响。
对Al2O3-C圆柱体试样在氩气气氛下进行了单轴热压试验。结果表明,在不同条件下,材料的机械性能、物理性能和显微结构均发生了变化。研究发现热压缩后材料的气孔率明显降低,导致材料的密度、动态杨氏模量、强度、硬度均获得提高。此外,在热压缩过程中,由于温度分布的不均匀性导致热压缩后材料中产生了气孔率和硬度的梯度。试验结果为生产分级耐火材料提供了可能性和条件。
耐火材料作为内衬在冶金行业、玻璃制造业、钢铁及陶瓷行业都起到了重要的作用。尖晶石基铝酸镁是一种用于生产高温材料的优质耐火氧化物,它对物理和化学性能,如高温下的高机械强度、高熔点、高化学稳定性和热稳定性提供了具有吸引力的组合。
KR脱硫剂用石灰粒度控制在0.5~1.5 mm是较合理和经济的范围。基于KR脱硫剂用石灰的粒度要求,介绍了以弛张筛、风选破碎机、柱磨机为主要设备的制备方法,以及各方法的主要特点和使用建议。
提高转炉废钢比,可稳定钢厂钢产量、降低钢铁冶炼成本,但却对转炉炉衬非常不利。通过统计和比对国内知名钢厂A和钢厂B转炉的各项技术经济指标数据,对提高废钢比给转炉炉衬带来的不利影响及其形成原因进行了简要分析。
简要介绍了炼钢电炉的主要类型和冶炼工艺,分析了电炉用耐火材料的损毁机理,归纳了电炉各个部位用耐火材料的主要类型,重点阐述了炼钢电炉用耐火材料的研发和应用情况,指出了炼钢电炉用耐火材料的主要发展方向。
石灰石煅烧过程中的过烧、结瘤是石灰窑的常见现象。本文对结瘤原因、处理措施和预防方法进行了全方位的分析,有效减少了结瘤的产生。
介绍了一种用于热处理渗碳炉的炉压稳定装置。使用该装置解决了热处理渗碳炉的炉压不稳定问题,从根本上消除了耐材模具在渗碳过程中出现的变形明显和局部软点的问题,达到了稳定模具质量、提高生产效率以及降低成本的目的。
介绍了工业炉浇注施工过程中膨胀缝的留设、膨胀缝填充材料的选择及PVC胀缝板固定方法的探索。合理留设膨胀缝和选择正确的胀缝板固定方法,有利于消除烘炉过程中材料因没有足够空间膨胀而产生剥落等隐患,有利于提高炉窑的使用寿命。
电力电子器件的应用会对电网造成谐波干扰。变频器是典型的电力电子器件。石灰双膛竖窑在生产过程中有多台、大功率的电机变频运行,对所连接的母线造成谐波污染。通过ETAP软件,搭建了双膛竖窑典型电气供电系统图。并且用谐波分析功能,获得了低压母线总的电压畸变率和各次谐波含量的准确频谱。
以轻烧镁橄榄石、烧结镁砂、电熔镁砂为主要原料,酚醛树脂为结合剂,研究了三聚磷酸钠加入量对镁-镁橄榄石质干式料性能的影响。结果表明: 三聚磷酸钠的加入能有效提高干式料的抗折强度和耐压强度,在一定范围内,三聚磷酸钠的加入能改善干式料的抗渣性能。
锆石墨质耐火材料用于连铸浸入式水口的渣线部位,在该部位耐火材料与钢水和侵蚀性的含氟炉渣发生反应。研究了2个生产厂的耐火材料在使用6 h后的微观结构。研究表明,A厂的锆石墨质耐火材料蚀损率为2.8 mm/炉, B厂为2.0 mm/炉,相比之下,前者比后者高。一方面,耐火材料的外表面被炉渣溶解;另一方面,在高温和CO的作用下耐火材料内部的微观结构也发生变化。观察显示,耐火材料中的二氧化锆不稳定,并且在A厂的耐火材料中还生成碳化锆。
论述了某些矿物添加剂对硅质捣打料物理机械性能影响的研究结果。为了分析含有矿物添加剂的硅质捣打料的最佳配料组成,查明了配料中矿物添加剂的最大添加量。
利用在大型太阳能炉中熔制的原材料,按照生产工艺可以制造出高物理机械性能的陶瓷花岗岩材料。此种高性能材料与莫来石和石英基多组分细分散相的结构形成有关。
研究了温度在1 000 ℃以下的碱盐与不定形耐火材料以及组成中的各种原料的反应性。常规浇注料在700 ℃以上膨胀较大,一般认为这是由于各种原料发生了复合反应所造成的。
尽管热导率是SiAlON陶瓷在各种应用中的关键参数,包括高温结构部件、磨损部件和刀具,但迄今为止对SiAlON陶瓷的研究主要集中在提高其力学性能上。目前针对SiAlON陶瓷热导率研究不足的问题,研究了添加高导热SiC颗粒对SiAlON陶瓷热扩散性能的改善作用。当固溶体SiAlON陶瓷具有由典型的缺陷组成的复杂晶体结构时,声子散射增大,从而降低了扩散系数。特别是通过添加0.25%SiC,研究了α-和β-SiAlON的热扩散系数的提高。此外,还研究了SiC颗粒尺寸对β-SiAlON热扩散系数的影响。利用逆扩散系数数据,确定了内外散射参数,与内散射相比,外散射是主要因素。此外,还记录了SiCp增强α-和β-SiAlON陶瓷的透射电子显微镜(TEM)图像,同时观察了SiC颗粒的分布。
对比了几种铝硅系耐火材料在工业环境下对碱蒸汽和硫蒸汽的抗侵蚀性。将Al2O3含量为42%~90%的四种铝硅系耐火材料试样分别置于具有强侵蚀性的危废焚烧炉二次燃烧室(炉内气体温度约950 ℃)中8个月进行抗侵蚀试验,对试验前后试样的气孔率、物相和性能进行了对比分析。结果表明:铝硅系耐火材料的性能会因危废焚烧炉二次燃烧室中的高温和强侵蚀气氛而产生恶化,尤以沉积芒硝(Na2SO4)的侵蚀为最甚。黏土砖中由于存在大量的游离二氧化硅,最先和沉积的芒硝(Na2SO4)反应生成液态硅钠石(Na2Si2O5)而导致黏土砖热面产生变形和蠕变。随后Na2Si2O5和莫来石相反应,生成钠长石(NaAlSi3O8)。同时,Na2SO4直接和莫来石反应,生成黝方石(Na8Al6Si6O28S)。因此,为了提高耐火材料在危废焚烧炉二次燃烧室中的抗侵蚀性,应尽量减少材料中二氧化硅的含量。
耐火陶瓷尽管具有较高的硬度和热稳定性,但由于疲劳和热震等原因往往发生断裂。研究了稻壳二氧化硅和钢纤维对耐火材料力学性能和热性能的影响。用20%稻壳二氧化硅和3%、6%或9%钢纤维代替高岭土制备试样。通过三点弯曲试验、热震试验和扫描电镜显微结构分析,对试样的矿物组成、密度、显气孔率、抗拉强度进行了分析。对于含有二氧化硅和黏土的材料,气孔率降低,力学性能增强。含9%钢纤维陶瓷的延展性最大,含3%和6%钢纤维陶瓷的抗热震性能最好。
通过改变MgO-C砖中所添加的金属铝粒径,并根据此时铝的分布状态,对砖组织进行了评价,研究了与物理性能的关系。金属铝的粒径越小,干燥后及烧成后的铝成分向结构中的分散性就越高。这些分散性的不同可以用分析EDS图像获得的分形尺寸表示,铝的分散性高,砖结构均匀,性能提高,波动也降低。
研究耐火浇注料的断裂能的主要原因之一是为了使它们具有更好的抵抗热震损伤的能力,这是在实际的工业应用中材料所应达到的最关键的高温力学性能之一。断裂能取决于材料的增韧机理,它将随着材料的显微结构而变化。基于这种考虑,由于共晶显微结构在断裂的过程中能够使裂纹偏转,所以加入共晶的电熔骨料对于增加材料的韧性是一个有益的方法。在这种情况下,当发生穿晶断裂时裂纹的偏转可能发生在骨料内部,从而增大断裂能。在本工作中,通过与以电熔刚玉为骨料的试样对比,研究了含有电熔共晶骨料的浇注料。断裂能对骨料类型的变化甚为敏感,就热震稳定性而言,含有共晶骨料的浇注料有更好的性能。
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