重庆耐火材料钛渣电炉的耐火材料炉衬侵蚀
来源:    发布时间: 2019-05-23 17:45   115 次浏览   大小:  16px  14px  12px
  随着我国工业的不断发展,耐火材料资源的需求不断加大,也产生了大量的废弃耐火材料,由于回收利用率不高,导致了资源的浪费和环境的污染。针对该问题,本文对耐火材料的回收利用现状进行分析,论述加强回收利用废弃耐火材料资源意识的必要性,并提出通过
  随着我国工业的不断发展,耐火材料资源的需求不断加大,也产生了大量的废弃耐火材料,由于回收利用率不高,导致了资源的浪费和环境的污染。针对该问题,本文对耐火材料的回收利用现状进行分析,论述加强回收利用废弃耐火材料资源意识的必要性,并提出通过分类回收利用废旧耐火材料和加大对回收新工艺、新技术的研究以提高回收利用率,在提高企业经济效益的同时达到发展节约型环保型企业、实现社会可持续发展目的。
  重庆耐火材料钛渣电炉的耐火材料炉衬侵蚀
  钛渣电炉的炉体由炉壳、炉衬、出铁口和出渣口构成。炉壳由钢板焊接而成,底部平放在工字钢上。炉衬为耐火材料,炉衬结构自炉壳外向炉膛内一般分别为绝热层、缓冲层、保温层和工作层,由于工作层直接与高温钛渣熔池接触,其工作条件最为恶劣。目前,钛渣电炉工作层炉衬的材质主要为耐火度较高的镁质和碳质耐火材料。
  钛渣是一种高熔点的炉渣。钛渣熔体具有强腐蚀性、高导电性和黏度变化剧烈的特点。钛渣的主要成分是TiO2,此外还含有相当数量的低价钛氧化物(如Ti3O5、Ti2O3、TiO)和铁氧化物(FeO和Fe2O3),因而具有极高的化学活性。钛渣电炉的炉内最高温度可达2073 K,在这样高的温度下,它们几乎能与所有的金属和非金属材料发生化学反应。事实上,工业生产时作为工作层的炉衬无论采用哪一种耐火材料,都会被钛渣熔体所腐蚀,严重时甚至出现炉墙穿孔等生产事故。以常见的镁质或碳质耐火材料为炉衬时,熔炼钛渣时熔池内的熔液与炉衬耐火材料发生的主要化学反应和标准吉布斯自由能方程式[8]见表1所示。
  除了上述化学侵蚀作用,钛渣电炉炉衬侵蚀的原因还有如下几种:(1)炉膛内1673-2073 K熔炼作业温度使耐火材料炉衬表面软化甚至发生熔融;(2)电炉加料、出渣出铁、钛渣熔体沸腾等原因造成的机械冲击、熔液冲刷等作用对耐火材料炉衬造成机械损坏;(3)钛渣电炉的电弧外吹、电磁搅拌对耐火材料的损害等等。
  以上种种原因造成了钛渣熔炼电炉耐火材料严重损坏,大大降低了炉衬的使用寿命,严重制约了钛渣的生产效率。
  冷凝炉衬的基本原理
  冷凝炉衬的基本原理是无论具有多高温度和多强化学侵蚀性的液态熔体,都会在一定的冷却强度下凝固成侵蚀作用较小的固态,在炉壳强制冷却的条件下,炉衬的热表面能够形成一层凝固的钛渣渣壳,这层渣壳对炉衬耐火材料起着良好的防护作用。钛渣固体的热导率较低[3]、熔点较高,恰好符合高级耐火材料的性能要求。与高炉冷凝式炉衬的铁水凝固层不同,钛渣凝固层(即渣壳层)即使在固态下也容易与耐火材料发生化学反应,为了实现炉衬长寿的目的,必须保证炉衬耐火材料与渣壳交界面温度低于耐火材料被固态钛渣侵蚀的临界反应温度。
  由表1熔池内钛渣熔液与耐火材料发生的主要化学反应可知,以镁质耐火材料为炉衬工作层时,与钛酸铁(FeTiO3)发生化学反应的最低起始温度为式(3)的949 K,也就是说固态钛渣侵蚀镁质炉衬的临界反应温度为949 K。在设计钛渣电炉冷凝炉衬时应保证耐火材料热面的温度始终低于此临界反应温度。为了实现这一点,需要炉壳冷却强度、炉衬结构、冷凝渣壳厚度与钛渣熔池之间的热流密度和温度梯度的合理匹配。
  冷凝炉衬结构的设计计算
  为了实现钛渣电炉冷凝炉衬耐火材料热面的温度长期低于化学侵蚀临界反应温度,需要保证合理的炉壳冷却强度。因此炉壳应采用强制循环水冷结构。炉衬结构取消传统的绝热和保温层,直接在炉壳钢板内侧砌筑较薄导热良好的耐火材料,以保证炉衬内侧表面的温度低于钛渣熔体的凝固温度(约1673 K),使得熔池内的钛渣凝结在炉衬内侧上,形成一层冷凝钛渣渣壳。这层凝固的钛渣渣壳包裹在炉衬耐火材料表面,使炉衬耐火材料与炉膛的高温熔池隔绝,起到了隔热作用并且有效保护炉墙耐火材料免受熔池侵蚀。
  在设计冷凝炉衬整体结构时,钛渣渣壳层厚度的确定非常重要。渣壳层应控制在一定的厚度范围内,渣壳层太薄会导致炉衬耐火材料热面温度高于临界反应温度,因而容易发生化学侵蚀,降低炉衬使用寿命;而过厚的冷凝渣壳层会导致造成炉膛反应空间小,钛渣出炉困难。渣壳层的最薄厚度须保证耐火材料层与渣壳层(即固态钛渣)交界面温度低于耐火材料被钛渣渣壳侵蚀的临界反应温度。http://www.cqxtnhz.com/