• 重慶耐火材料鈦渣電爐的耐火材料爐襯侵蝕
    來源:    發布時間: 2019-05-23 17:45   1129 次瀏覽   大小:  16px  14px  12px
      隨著我國工業的不斷發展,耐火材料資源的需求不斷加大,也產生了大量的廢棄耐火材料,由于回收利用率不高,導致了資源的浪費和環境的污染。針對該問題,本文對耐火材料的回收利用現狀進行分析,論述加強回收利用廢棄耐火材料資源意識的必要性,并提出通過
      隨著我國工業的不斷發展,耐火材料資源的需求不斷加大,也產生了大量的廢棄耐火材料,由于回收利用率不高,導致了資源的浪費和環境的污染。針對該問題,本文對耐火材料的回收利用現狀進行分析,論述加強回收利用廢棄耐火材料資源意識的必要性,并提出通過分類回收利用廢舊耐火材料和加大對回收新工藝、新技術的研究以提高回收利用率,在提高企業經濟效益的同時達到發展節約型環保型企業、實現社會可持續發展目的。
      重慶耐火材料鈦渣電爐的耐火材料爐襯侵蝕
      鈦渣電爐的爐體由爐殼、爐襯、出鐵口和出渣口構成。爐殼由鋼板焊接而成,底部平放在工字鋼上。爐襯為耐火材料,爐襯結構自爐殼外向爐膛內一般分別為絕熱層、緩沖層、保溫層和工作層,由于工作層直接與高溫鈦渣熔池接觸,其工作條件最為惡劣。目前,鈦渣電爐工作層爐襯的材質主要為耐火度較高的鎂質和碳質耐火材料。
      鈦渣是一種高熔點的爐渣。鈦渣熔體具有強腐蝕性、高導電性和黏度變化劇烈的特點。鈦渣的主要成分是TiO2,此外還含有相當數量的低價鈦氧化物(如Ti3O5、Ti2O3、TiO)和鐵氧化物(FeO和Fe2O3),因而具有極高的化學活性。鈦渣電爐的爐內最高溫度可達2073 K,在這樣高的溫度下,它們幾乎能與所有的金屬和非金屬材料發生化學反應。事實上,工業生產時作為工作層的爐襯無論采用哪一種耐火材料,都會被鈦渣熔體所腐蝕,嚴重時甚至出現爐墻穿孔等生產事故。以常見的鎂質或碳質耐火材料為爐襯時,熔煉鈦渣時熔池內的熔液與爐襯耐火材料發生的主要化學反應和標準吉布斯自由能方程式[8]見表1所示。
      除了上述化學侵蝕作用,鈦渣電爐爐襯侵蝕的原因還有如下幾種:(1)爐膛內1673-2073 K熔煉作業溫度使耐火材料爐襯表面軟化甚至發生熔融;(2)電爐加料、出渣出鐵、鈦渣熔體沸騰等原因造成的機械沖擊、熔液沖刷等作用對耐火材料爐襯造成機械損壞;(3)鈦渣電爐的電弧外吹、電磁攪拌對耐火材料的損害等等。
      以上種種原因造成了鈦渣熔煉電爐耐火材料嚴重損壞,大大降低了爐襯的使用壽命,嚴重制約了鈦渣的生產效率。
      冷凝爐襯的基本原理
      冷凝爐襯的基本原理是無論具有多高溫度和多強化學侵蝕性的液態熔體,都會在一定的冷卻強度下凝固成侵蝕作用較小的固態,在爐殼強制冷卻的條件下,爐襯的熱表面能夠形成一層凝固的鈦渣渣殼,這層渣殼對爐襯耐火材料起著良好的防護作用。鈦渣固體的熱導率較低[3]、熔點較高,恰好符合高級耐火材料的性能要求。與高爐冷凝式爐襯的鐵水凝固層不同,鈦渣凝固層(即渣殼層)即使在固態下也容易與耐火材料發生化學反應,為了實現爐襯長壽的目的,必須保證爐襯耐火材料與渣殼交界面溫度低于耐火材料被固態鈦渣侵蝕的臨界反應溫度。
      由表1熔池內鈦渣熔液與耐火材料發生的主要化學反應可知,以鎂質耐火材料為爐襯工作層時,與鈦酸鐵(FeTiO3)發生化學反應的最低起始溫度為式(3)的949 K,也就是說固態鈦渣侵蝕鎂質爐襯的臨界反應溫度為949 K。在設計鈦渣電爐冷凝爐襯時應保證耐火材料熱面的溫度始終低于此臨界反應溫度。為了實現這一點,需要爐殼冷卻強度、爐襯結構、冷凝渣殼厚度與鈦渣熔池之間的熱流密度和溫度梯度的合理匹配。
      冷凝爐襯結構的設計計算
      為了實現鈦渣電爐冷凝爐襯耐火材料熱面的溫度長期低于化學侵蝕臨界反應溫度,需要保證合理的爐殼冷卻強度。因此爐殼應采用強制循環水冷結構。爐襯結構取消傳統的絕熱和保溫層,直接在爐殼鋼板內側砌筑較薄導熱良好的耐火材料,以保證爐襯內側表面的溫度低于鈦渣熔體的凝固溫度(約1673 K),使得熔池內的鈦渣凝結在爐襯內側上,形成一層冷凝鈦渣渣殼。這層凝固的鈦渣渣殼包裹在爐襯耐火材料表面,使爐襯耐火材料與爐膛的高溫熔池隔絕,起到了隔熱作用并且有效保護爐墻耐火材料免受熔池侵蝕。
      在設計冷凝爐襯整體結構時,鈦渣渣殼層厚度的確定非常重要。渣殼層應控制在一定的厚度范圍內,渣殼層太薄會導致爐襯耐火材料熱面溫度高于臨界反應溫度,因而容易發生化學侵蝕,降低爐襯使用壽命;而過厚的冷凝渣殼層會導致造成爐膛反應空間小,鈦渣出爐困難。渣殼層的最薄厚度須保證耐火材料層與渣殼層(即固態鈦渣)交界面溫度低于耐火材料被鈦渣渣殼侵蝕的臨界反應溫度。http://www.longemont-chengdu.cn/
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