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自從20世紀(jì)中葉以來，炭素制品——炭質(zhì)耐火材料開始應(yīng)用在許多煉鐵高爐的爐底和爐缸，高爐爐役壽命明顯延長。但隨著高爐大型化、強(qiáng)化冶煉技術(shù)的應(yīng)用，高爐爐缸、爐底工況越來越惡劣，對炭質(zhì)耐火材料技術(shù)提出了更高的要求。于是，不斷有新型炭質(zhì)耐火材料應(yīng)用于高爐，如：高爐大炭塊、半石墨炭磚、微孔炭磚、石墨磚、超微孔炭磚、熱壓小塊炭磚、自焙碳磚等等。 炭質(zhì)耐火材料是高爐炭素制品的統(tǒng)稱，包括炭質(zhì)（磚）、半石墨質(zhì)（磚）、石墨質(zhì)（磚）三大類別。優(yōu)點(diǎn)：具有良好的導(dǎo)熱性、高溫體積穩(wěn)定性及耐化學(xué)腐蝕性。缺點(diǎn)：在一定溫度下和空氣、二氧化碳、水蒸氣發(fā)生氧化反應(yīng)，在較高溫度下也會受鐵水及堿金屬的侵蝕（相對其他耐火材料，侵蝕速度極低）。 以下介紹這三類炭素制品目前高爐應(yīng)用技術(shù)特點(diǎn)。 一是炭質(zhì)（磚）——微孔炭磚和小塊炭磚 微孔炭磚：相對于其他炭素制品，微孔炭磚微氣孔指標(biāo)上升了一個大臺階，＜1μm孔容積達(dá)到70%以上，相應(yīng)地其他性能指標(biāo)也有較大改善，如：透氣度、氧化度、抗鐵水侵蝕指數(shù)和抗堿性等。微孔炭磚是通過加入添加劑，降低孔徑和氣孔率，因此灰分含量相應(yīng)增加。目前，大型高爐設(shè)計壽命要達(dá)到15-20年，對炭磚導(dǎo)熱系數(shù)和微氣孔指標(biāo)要求更高，理論分析認(rèn)為可以有效強(qiáng)化高爐冷卻、防止鐵水滲透侵蝕，從而達(dá)到設(shè)計高爐壽命。這類炭磚則稱之為超微孔炭磚。代表公司有：日本NDK、德國SGL、國產(chǎn)蘭碳等。 模壓（熱壓）小塊碳磚：模壓小塊炭磚是由炭素結(jié)合劑與炭素顆粒結(jié)合而成的制品，制造時采用一種獨(dú)特的壓制、炭化方法。采用一種特殊模具，當(dāng)液壓頭向模內(nèi)的混合料施壓時，同時有電流通過模具，使結(jié)合劑炭化。以美國UCAR公司熱壓制磚法BP工藝為代表。熱壓小塊碳磚則采用了900℃下熱模壓成型小塊炭磚，不另外焙燒即可以得到產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的焙燒炭磚不同，傳統(tǒng)的焙燒炭磚需要花費(fèi)幾星期的時間使結(jié)合劑炭化，而熱壓制造法僅需幾分鐘。熱壓法更大的優(yōu)越性是當(dāng)結(jié)合劑液體（揮發(fā)份）揮發(fā)時，液壓頭同時向混合料加壓，阻塞了逸散氣體形成氣孔，從而獲得了比傳統(tǒng)焙燒炭磚透氣性小得多的炭磚。這種不透氣性使高爐中的侵蝕性物質(zhì)難以滲透侵入炭磚內(nèi)部，從而減少了化學(xué)侵蝕的可能。 高爐用微孔炭磚理化性能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)——YB/T141-2009 項(xiàng)目 單位 指標(biāo)值 體積密度 g/cm3 ≥1.63 顯氣孔率 % ≤16.0 耐壓強(qiáng)度 MPa ≥38.0 透氣度 mDa ≤9.0 平均孔徑 μm ≤0.5 小于1μm孔容積比 % ≥70.0 氧化率 % ≤16.0 鐵水熔蝕指數(shù) % ≤30.0 導(dǎo)熱系數(shù) 室溫 W/(m·K) ≥9.0 600℃ ≥14.0 抗堿性 級 U或LC 注：氧化率、鐵水熔蝕指數(shù)測試結(jié)果供用戶參考，不作考核依據(jù)。 二是半石墨質(zhì)炭磚：以高溫電煅燒無煙煤為主要原料，加入少量石墨細(xì)粉，以中溫瀝青為粘結(jié)劑，成型后經(jīng)高溫焙燒，精加工而成。半石墨炭磚和普通炭磚相比，質(zhì)量水平有了很大的提高，特別是導(dǎo)熱系數(shù)和抗堿性提高較大。為進(jìn)一步提升高爐壽命，需要進(jìn)一步提高半石墨質(zhì)炭磚的抗鐵水的溶蝕性和導(dǎo)熱系數(shù)、改進(jìn)抗堿性能、改進(jìn)微氣孔指標(biāo)等。 高爐用半石墨質(zhì)炭磚理化性能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)——YB/T4037-2005 項(xiàng)目 單位 指標(biāo)值 真密度 g/cm3 ≥1.90 體積密度 g/cm3 ≥1.52 顯氣孔率 % ≤20.0 耐壓強(qiáng)度 MPa ≥32 抗折強(qiáng)度 MPa ≥8.0 氧化性 % ≤20.0 透氣度 mDa ≤500 小于1μm孔容積比 % ≥30 鐵水熔蝕指數(shù) % ≤30.0 導(dǎo)熱系數(shù) 室溫 W/(m·K) ≥6 300℃ ≥9 600℃ ≥13 800℃ ≥12 抗堿性 級 U或LC 注：灰分為參考指標(biāo)，可由廠家和用戶協(xié)商解決。 三是石墨質(zhì)炭磚：是以石油焦、瀝青焦和煤瀝青等為主要原料。高爐用石墨磚除具有高爐炭磚的一般特性外，還具有超高的熱導(dǎo)率。主要砌筑在高爐綜合爐底底層。 高爐用石墨質(zhì)炭磚理化性能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)——YB/T122-1997 項(xiàng)目 單位 指標(biāo)值 真密度 g/cm3 ≥2.18 體積密度 g/cm3 ≥1.6 顯氣孔率 % ≤21 耐壓強(qiáng)度 MPa ≥23.0 灰分 % ≤0.5 導(dǎo)熱系數(shù) 室溫 W/(m·K) ≥45.0 200℃ ≥43.0 600℃ ≥40.0 800℃ ≥35.0 抗堿性 級 LC 由于自焙炭磚未做大面積推廣應(yīng)用，本篇文章不做敘述。 |
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