熱風(fēng)爐用低蠕變高鋁格子磚和硅質(zhì)格子磚比較
高爐生產(chǎn)上采取了精料方針及噴吹煤粉等措施，加上操作水平的提高，保證了爐子的穩(wěn)定順行，為高爐接受高風(fēng)溫奠定了基礎(chǔ)，回收熱風(fēng)爐煙氣余熱來預(yù)熱熱風(fēng)爐助燃空氣和煤氣等技術(shù)進(jìn)步，解決了熱風(fēng)爐高溫?zé)嵩床蛔愕拿?，為熱風(fēng)爐達(dá)到高風(fēng)溫創(chuàng)造了條件，在此前提下，高風(fēng)溫(12OO℃以上)及長壽就成為熱風(fēng)爐運(yùn)行的主要目標(biāo)，要保證熱風(fēng)爐具備較高的加熱能力(是指一代爐壽所能達(dá)到的平均風(fēng)溫水平，而不是某一階段所能達(dá)到的風(fēng)溫水平)，主要的影響因素是合理的內(nèi)襯砌體結(jié)構(gòu)以及與之相適應(yīng)的耐火材料。
近年來，在全國新建的頂燃式熱風(fēng)爐格子磚選用的耐火材料也從一般的高鋁磚和粘土磚，到采用高溫特性較好的高鋁磚和硅磚，特別是在熱風(fēng)爐高溫區(qū)采用低蠕變耐火材料這一觀點(diǎn)已為生產(chǎn)廠人員所接受。
由于各種原固，目前我國1000m3以下高爐熱風(fēng)爐高溫區(qū)用磚有許多采用高鋁質(zhì)耐火材料，主要原因是同硅磚相比高鋁質(zhì)耐材具有容量大且附加值高，對(duì)耐火材料生產(chǎn)廠而言其經(jīng)濟(jì)效益顯著，所以，低蠕變高鋁質(zhì)磚成為全國各個(gè)耐火材料廠竟相研制開發(fā)的目標(biāo)，各種名稱的低蠕變磚相繼問世，從低蠕變磚到高抗蠕變磚等，對(duì)其性能，質(zhì)量各家均稱萬無一失。
但據(jù)耐火材料評(píng)價(jià)，目前我國生產(chǎn)的低蠕變制品主要是加入膨脹劑，通過其奠來石化所產(chǎn)生的膨脹來抵抗蠕變壓縮，即所謂以脹抵縮，從理論上講，通過調(diào)整膨脹劑的配比、粒度等，可以生產(chǎn)任何蠕變要求的耐火制品(部分生產(chǎn)廠測(cè)定的蠕變指標(biāo)甚至為正值)，然而當(dāng)制品生成莫來石的反應(yīng)結(jié)束時(shí)，其抵縮作用將失效，抗蠕變能力將大大降低，特別是對(duì)礬土加三石的耐火磚，由于莫來石化反應(yīng)為晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，持續(xù)的時(shí)間較短，國內(nèi)近年來新建(改建)以及正在建設(shè)的高爐熱風(fēng)爐用高鋁質(zhì)耐火材料，大多數(shù)是采用該方法生產(chǎn)的，因此其能否滿足熱風(fēng)爐一代爐齡10-20年的要求，還有待時(shí)間的檢驗(yàn)。
事實(shí)上低蠕變高鋁格子磚頻繁在唐山港陸鋼鐵有限公司和其他廠運(yùn)行3-5年發(fā)生變形扭曲等現(xiàn)象，可以說采用礬土加三石的格子磚在高溫區(qū)使用并不是特別適應(yīng)的。
由于高鋁質(zhì)耐火材料的抗侵蝕性不如硅磚，所以目前國內(nèi)大多數(shù)在高溫區(qū)采用高鋁磚的熱風(fēng)爐在其上部格子磚出現(xiàn)了不同成度的侵蝕現(xiàn)象，即所謂的渣化，從而造成格子磚的孔洞堵塞．影響了熱風(fēng)爐的使用壽命。為此除嚴(yán)格控制熱風(fēng)爐燃燒煤氣的含塵量外，研究和生產(chǎn)抗侵蝕能力強(qiáng)的高鋁質(zhì)耐材也是科研單位和耐火材料廠需要解決的課題。
蓄熱室中間偏上部位的格子磚仍處于較高的溫度區(qū)，同時(shí)該區(qū)域內(nèi)的格子磚還承受著上部格磚的荷重，于是就產(chǎn)生了格磚的坍塌現(xiàn)象。也就是說，在準(zhǔn)高溫區(qū)格子磚的損壞主要是由于蠕變?cè)斐筛褡哟u的不均勻下沉而引起的，特別是當(dāng)格子磚斷面上的高溫氣流分布不均時(shí)，情況尤為嚴(yán)重。對(duì)蓄熱室中、下部格子磚，通常采用高鋁質(zhì)、粘土質(zhì)耐火材料。隨著大型熱風(fēng)爐蓄熱室高度的增加，上部格子磚對(duì)下部耐材的壓力也越來越大，另外，根據(jù)國外對(duì)大型高溫?zé)犸L(fēng)爐格子磚的破損調(diào)查，發(fā)現(xiàn)下部格子磚因周期溫度波動(dòng)的影響，引起格子磚的龜裂、破碎的現(xiàn)象在不斷增加，因此對(duì)下部粘土磚除繼續(xù)控制其蠕變特性外，對(duì)制品的常溫耐壓強(qiáng)度、熱震穩(wěn)定性次數(shù)提出了更高的要求。
從我國標(biāo)準(zhǔn)和國外對(duì)比可以看出，我國熱風(fēng)爐用低蠕變高鋁磚存在以下不足：
1、蠕變率較高；
2、顯氣孔率較高；
3、常溫耐壓強(qiáng)度較低；
4、對(duì)0.2MPa荷重軟化溫度沒做規(guī)定要求；
5、對(duì)雜質(zhì)成分及Fe2O3沒有要求；
6、重?zé)€變化率大。
在使用過程中相應(yīng)可能會(huì)產(chǎn)生以下問題：
1、長期使用會(huì)導(dǎo)致變形幾率大；
2、對(duì)煤氣中的灰塵吸附強(qiáng)；
3、在荷重情況下，變形幾率增大；
4、有些產(chǎn)品不考慮荷重軟化溫度，導(dǎo)致荷重軟化溫度較低，變形幾率增大；
5、低熔點(diǎn)物質(zhì)出現(xiàn)，可能和磚體形成低共融物，導(dǎo)致磚體被侵蝕；
6、重?zé)€變化不均勻。
可見我國熱風(fēng)爐用低蠕變高鋁格子磚的門檻準(zhǔn)入較低，或許是熱風(fēng)爐用低蠕變高鋁格子磚使用中出現(xiàn)問題的伏筆。
目前，國外高鋁質(zhì)耐火材料的蠕變指標(biāo)已達(dá)到較高的水平，達(dá)到蠕變率小于等于0.2%，我國高鋁質(zhì)耐火材料的蠕變率指標(biāo)在相應(yīng)條件下均為≤0.8% ，同世界水平相比還有較大的差距，筆者熱認(rèn)為熱風(fēng)爐用低蠕變格子磚應(yīng)該制定更為嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
熱風(fēng)爐低蠕變高鋁格子磚在蠕變率、重?zé)€變化率、熱震穩(wěn)定性、顯氣孔率、雜質(zhì)含量方面提次，才能更好的用于熱風(fēng)爐高溫區(qū)，可又涉及到耐火材料廠成本和用戶投資增大的問題。
國內(nèi)熱風(fēng)爐高溫區(qū)用格子磚的趨勢(shì)
1、首鋼京唐5500m3高爐熱風(fēng)爐蓄熱室從上往下依次為：硅質(zhì)格子磚、紅柱石格子磚、低蠕變粘土質(zhì)格子磚、粘土質(zhì)格子磚。
2、萊鋼銀山1#2#1880m3高爐；萊鋼銀南1#2#1080m3高爐；萊鋼股份1#2#1000m3高爐和3#4#750m3高爐熱風(fēng)爐蓄熱室在整個(gè)高度格子磚分布為：1/3硅磚；1/3低蠕變高鋁磚或紅柱石磚；1/3低蠕變粘土磚。
3、包鋼1513m3高爐蓄熱室格子磚從上而下分別采用硅磚、低蠕變高鋁磚、高鋁磚和粘土磚,下面幾層也采用低蠕變高鋁磚,以增加耐壓強(qiáng)度。
4、本鋼2600m3高爐熱室格子磚從上而下分別采用硅磚、低蠕變高鋁磚、低蠕變粘土磚。
5、馬鋼新2#2500m3高爐熱室格子磚從上而下分別采用硅磚、低蠕變高鋁磚、低蠕變粘土磚。
6、八鋼2500m3高爐熱室格子磚從上而下分別采用硅磚、低蠕變高鋁磚、低蠕變粘土磚。
7、大豐聯(lián)鑫鋼鐵公司600m3高爐熱風(fēng)爐蓄熱室高溫區(qū)采用硅質(zhì)格磚。
可以看出：國內(nèi)大型高爐熱風(fēng)爐高溫區(qū)無一例外的采用硅質(zhì)格子磚，中小型高爐已有極大部分在熱風(fēng)爐蓄熱室高溫區(qū)采用硅質(zhì)格磚。
硅質(zhì)格子磚和高鋁質(zhì)格子磚優(yōu)缺點(diǎn)
硅質(zhì)耐火材料屬于酸性耐火材料，對(duì)CaO、FeO、Fe2O3等氧化物有良好的抵抗性，具有荷重軟化溫度高、高溫體積穩(wěn)定、熱導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn)，但低溫（800℃以下）熱穩(wěn)定性較差，具體變現(xiàn)為：荷重軟化溫度可高達(dá)（1640-1680℃），接近鱗石英的熔點(diǎn)（1670℃），且800℃以上熱穩(wěn)定性非常好，能適應(yīng)溫度的較大變化；
熱風(fēng)爐用硅磚以鱗石英為主晶相，在高溫負(fù)荷下體積穩(wěn)定蠕變率低，其抗粘附性能也優(yōu)于其它耐火材料，使用得當(dāng)可使熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。但在200～300℃和573℃時(shí)因晶型轉(zhuǎn)變，體積驟然膨脹，易造成結(jié)構(gòu)損壞，因而600℃以下應(yīng)避免劇烈的溫度變化。
高鋁質(zhì)耐火材料同硅磚相比荷重軟化溫度較低、高溫體積穩(wěn)定性差、但高鋁質(zhì)耐材具有容量大和熱震穩(wěn)定性較好的優(yōu)點(diǎn)。
目前熱風(fēng)爐采用的燃料基本上是高爐煤氣，高爐煤氣不可避免的要攜帶一些灰塵硅質(zhì)耐火材料對(duì)煤氣中的灰塵吸附較小且對(duì)CaO、FeO、Fe2O3等氧化物有良好的抵抗性，而高鋁質(zhì)耐火材料對(duì)煤氣中的灰塵吸附強(qiáng)且主要成分為Al2O3易與灰塵中CaO和全鐵形成低共融物，和格子磚機(jī)體發(fā)生吸附進(jìn)而滲透而侵蝕。
從損害機(jī)理來說，高鋁質(zhì)耐火材料對(duì)煤氣中的灰塵適應(yīng)性較差。
低蠕變高鋁磚和硅磚相比具有性能差和價(jià)格昂貴的缺點(diǎn)。高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐高溫區(qū)采用硅磚是合理的選擇，國外熱風(fēng)爐高溫區(qū)幾乎全部采用了硅磚。
生產(chǎn)操作對(duì)格子磚使用的影響
格子磚是熱量的儲(chǔ)存器，格子磚孔的大小除了取決于燃燒氣體的凈化程度外，還取決于生產(chǎn)中的風(fēng)量。風(fēng)量大，說明高爐需要熱風(fēng)爐提供的風(fēng)溫要高，因此熱風(fēng)爐存儲(chǔ)的熱量要多，這就需要增加格孔數(shù)量，加大蓄熱面積，增加蓄熱能力，然而這樣會(huì)造成格孔堵塞，阻力增加，不利于傳熱；熱風(fēng)爐在送風(fēng)時(shí)承受的強(qiáng)度高時(shí)，就需要減少格孔數(shù)量，增加格子磚的強(qiáng)度，但會(huì)造成熱量浪費(fèi)。因此需要合理配置蓄熱面積和強(qiáng)度。
在實(shí)際生產(chǎn)中，熱氣流從上到下流經(jīng)蓄熱磚體時(shí)，磚體依次達(dá)到接近飽和狀態(tài)，然后熱量被廢氣帶人煙道。當(dāng)保證設(shè)計(jì)的正常換爐次數(shù)時(shí)，格子磚的膨脹和收縮都是有規(guī)律的進(jìn)行，磚與磚之間達(dá)到小程度的壓擠，強(qiáng)度滿足要求。反之出現(xiàn)送風(fēng)時(shí)間不均時(shí)，為了在相等時(shí)間內(nèi)達(dá)到相同熱量而人為地造成在單位時(shí)間、單位空間內(nèi)熱量過?；虿蛔悖瑹崃吭跉饬鞯膸?dòng)下，蓄熱磚體局部過熱或過涼，改變了格子磚的膨脹和收縮規(guī)律，強(qiáng)度下降，格子磚破碎，造成蓄熱磚體有死區(qū)，蓄熱量下降，風(fēng)溫隨之下降。因此，保證合理操作(換爐次數(shù)正常，送風(fēng)、燃燒時(shí)間均勻)是熱風(fēng)爐高風(fēng)溫和長壽的重要保證。
結(jié)論和建議
1、目前靠以脹抵縮生產(chǎn)的低蠕變高鋁格子磚不太適宜用于熱風(fēng)爐蓄熱室高溫區(qū)。
2、目前對(duì)低蠕變高鋁格子磚的準(zhǔn)入太低，技術(shù)要求太低，今后若選用低蠕變高鋁格子磚要提高蠕變率、重?zé)€變化率、熱震穩(wěn)定性、顯氣孔率、雜質(zhì)含量方面的要求。
3、熱風(fēng)爐高溫區(qū)采用硅磚是比較合理的選擇。
4、要重視送風(fēng)制度的穩(wěn)定性和合理性。
5、建議熱風(fēng)爐格子磚從上往下依次為：a、硅磚；低蠕變高鋁格子磚（紅柱石格子磚）；低蠕變粘土磚；b、硅磚；低蠕變高鋁格子磚（紅柱石格子磚）；高鋁格子磚；粘土格子磚兩種形式。
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