热风炉用硅质格子砖或低蠕变高铝格子砖的适宜性.doc

热风炉用硅质格子砖或低蠕变高铝格子砖的适宜性
一、背景
高炉生产上采取了精料方针及喷吹煤粉等措施，加上操作水平的提高，保证了炉子的稳定顺行，为高炉接受高风温奠定了基础，回收热风炉烟气余热来预热热风炉助燃空气和煤气等技术进步，解决了热风炉高温热源不足的矛盾，为热风炉达到高风温创造了条件，在此前提下，高风温(12OO℃以上)及长寿就成为热风炉运行的最主要目标，要保证热风炉具备较高的加热能力(是指一代炉寿所能达到的平均风温水平，而不是某一阶段所能达到的最高风温水平)，最主要的影响因素是合理的内衬砌体结构以及与之相适应的耐火材料。
近年来，在全国新建的顶燃式热风炉格子砖选用的耐火材料也从一般的高铝砖和粘土砖，到采用高温特性较好的优质高铝砖和硅砖，特别是在热风炉高温区必须采用低蠕变耐火材料这一观点已为生产厂人员所接受。
由于各种原固，目前我国1000m3以下高炉热风炉高温区用砖有许多采用高铝质耐火材料，主要原因是同硅砖相比高铝质耐材具有容量大且附加值高，对耐火材料生产厂而言其经济效益显著，所以，低蠕变高铝质砖成为全国各个耐火材料厂竟相研制开发的目标，各种名称的低蠕变砖相继问世，从“低蠕变砖”到“高抗蠕变砖”等，对其性能，质量各家均称万无一失，但据耐火材料专家评价，目前我国生产的低蠕变制品主要是加入膨胀剂，通过其奠来石化所产生的膨胀来抵抗蠕变压缩，即所谓“以胀抵缩”，从理论上讲，通过调整膨胀剂的配比、粒度等，可以生产任何蠕变要求的耐火制品(部分生产厂测定的蠕变指标甚至为正值)，然而当制品生成莫来石的反应结束时，其抵缩作用将失效，抗蠕变能力将大大降低，特别是对矾土加三石体系的耐火砖，由于莫来石化反应为晶体结构转化反应，持续的时间较短，国内近年来新建(改建)以及正在建设的高炉热风炉用高铝质耐火材料，大多数是采用该方法生产的，因此其能否满足热风炉一代炉龄10-20年的要求，还有待时间的检验。事实上低蠕变高铝格子砖频繁在唐山港陆钢铁有限公司和其他厂运行3-5年发生变形扭曲等现象，可以说采用矾土加三石体系的格子砖在高温区使用并不是特别适应的。
由于高铝质耐火材料的抗侵蚀性不如硅砖，所以目前国内大多数在高温区采用高铝砖的热风炉在其上部格子砖出现了不同成度的侵蚀现象，即所谓的“渣化”，从而造成格子砖的孔洞堵塞．影响了热风炉的使用寿命。为此除必须严格控制热风炉燃烧煤气的含尘量外，研究和生产抗侵蚀能力强的高铝质耐材也是科研单位和耐火材料厂需要解决的课题.
蓄热室中间偏上部位的格子砖仍处于较高的温度区，同时该区域内的格子砖还承受着上部格砖的荷重，于是就产生了格砖的坍塌现象。也就是说，在准高温区格子砖的损坏主要是由于蠕变造成格子砖的不均匀下沉而引起的，特别是当格子砖断面上的高温气流分布不均时，情况尤为严重。对蓄热室中、下部格子砖，通常采用高铝质、粘土质耐火材料。随着大型热风炉蓄热室高度的增加，上部格子砖对下部耐材的压力也越来越大，另外，根据国外对大型高温热风炉格子砖的破损调查，发现下部格子砖因周期温度波动的影响，引起格子砖的龟裂、破碎的现象在不断增加，因此对下部粘土砖除必须继续控制其蠕变特性外，对制品的常温耐压强度、热震稳定性次数必须提出了更高的要求，
二、我国和国外对蠕变率的要求
表1我国YB/5016-2000热风炉用低蠕变高铝格子砖理化指标如下：
项 目
单位
DRL-155
DRL-150
DRL-145
Al2O3
%
≥75
≥65
≥65
显气孔率
%
≤20
≤21
≤21
体积密度

2.65～2.85
2.65～2.85
2.50～270
常温耐压强度
MPa
≥60
≥60
≥60
蠕变率℃ 0．2MPa*5h
%
1500℃
≤0.8
1500℃
≤0.8
1450℃
≤0.8
重烧线变化率(TX 2h)
%
1550℃
-0.2～0.1
1550℃
-0.2～0.1
1550℃
-0.2～0.1
表2 某国生产的低蠕变高铝格子砖理化指标
项 目
单位
9O Al
75 Al
耐火度
℃
≥l880
≥l880
显气孔率
%
16～I8
15～17
体积密度

2.92～3.1
2.68～2.8
常温耐压强度
MPa
96.1
98～157
重烧线变化率(TX 2h)
%
1650℃
0
1650℃
0
0.2MPa荷重软化点
℃
≥1650
≥1580
热态线膨胀(1000'C)
%
≤0.65
≤0.52
蠕变率
℃ 0.196MPa一5dh
%
1500℃
≤0.5
1500℃
≤0.5
Al2O3
%
91
76.2
SiO2
%
7.9
22.1
Fe2O3
%
0.5
0.8
从我国标准和国外对比可以看出：我国热风炉用低蠕变高铝砖存在以下不足：
1、蠕变率较高；2、显气孔率较高；3、常温耐压强度较低；4、对0.2MPa荷重软化温度没做规定要求；5、对杂质成分及Fe2O3没有要求；6、重烧线变化率大
在使用过程中相应可能会产生以下问题：
1、长期使用会导致变形几率大；2、对煤气中的灰尘吸附强；3、在荷重情况下，变形几率增大；4、有些产品不考虑荷重软化温度，导致荷重软化温度较低，变形几率增大；5、低熔点物质出现，可能和砖体形成低共融物，导致砖体被侵蚀；6、重烧线变化不均匀。
可见我国热风炉用低蠕变高铝格子砖的门槛准入较低，或许是热风炉用低蠕变高铝格子砖使用中出现问题的伏笔。
目前，国外高铝质耐火材料的蠕变指标已达到较高的水平，达到蠕变率小于等于0.2%，我国高铝质耐火材料的蠕变率指标在相应条件下均为≤0.8% ，同世界先进水平相比还有较大的差距，笔者热认为热风炉用低蠕变格子砖应该制定更为严格的技术标准，具体的指表要求可参考表1
表1 热风炉用格子砖理化性能
项 目
单位
硅砖
高铝砖
高铝砖
粘土砖
耐火度
℃
≥1710
≥1830
≥1810
≥1760
显气孔率
%
18～21.5
15～19
18～23
15～2o
体积密度

2.45～2.6
2.35～2.5
2.05～2.2
真比重

2.3～2.33

常温耐压强度
MPa
34～68.6
49～98
44～78.5
39～58.8
重烧线变化(TX2h)
%
1500℃
0
1500℃
0
1500℃
0
1350℃
0
0.2MPa荷重软化点
℃
≥1615
≥1650
≥1580
≥1380
热态线膨胀(100℃)
%
≤1．25
≤0.52
≤0.52
≤0.54
蠕变率
℃ 0.2MPa一5dh
%
1400℃
≤0.2
1400℃
≤0.2
1300℃
≤0.2
1150℃
≤0.2
耐剥落性试验
350℃(1h)
次

10
无龟裂
10
无龟裂
10
无龟裂
Al2O3
%
0.5～1
70-72．
65-66.5．
36-38.5
SiO2
%
95～ 96

Fe2O3
%
0.5～1
1.0～1.7
1.0～1.7
1.5～2.5
Na2o+K2o
%

≤0.6
≤0.6
≤3
热风炉低蠕变高铝格子砖必须在蠕变率、重烧线变化率、热震稳定性、显气孔率、杂质含量方面提高档次，才能更好的用于热风炉高温区，可又涉及到耐火材料厂成本和用户投资增大的问题。
三、国内热风炉高温区用格子砖的趋势
1、首钢京唐5500m3高炉热风炉蓄热室从上往下依次为：硅质格子砖、红柱石格子砖、低蠕变粘土质格子砖、粘土质格子砖。
2、莱钢银山1#2#1880m3高炉；莱钢银南1#2#1080m3高炉；莱钢股份1#2#1000m3高炉和3#4#750m3高炉热风炉蓄热室在整个高度格子砖分布为：1/3硅砖；1/3低蠕变高铝砖或红柱石砖；1/3低蠕变粘土砖。
3、包钢1513m3高炉蓄热室格子砖从上而下分别采用硅砖、低蠕变高铝砖、高铝砖和粘土砖,最下面几层也采用低蠕变高铝砖,以增加耐压强度。
4、本钢2600m3高炉热室格子砖从上而下分别采用硅砖、低蠕变高铝砖、低蠕变粘土砖。
5、马钢新2#2500m3高炉热室格子砖从上而下分别采用硅砖、低蠕变高铝砖、低蠕变粘土砖。
6、八钢2500m3高炉热室格子砖从上而下分别采用硅砖、低蠕变高铝砖、低蠕变粘土砖。
7、大丰联鑫钢铁公司600m3高炉热风炉蓄热室高温区采用硅质格砖。
可以看出：国内大型高炉热风炉高温区无一例外的采用硅质格子砖，中小型高炉已有极大部分在热风炉蓄热室高温区采用硅质格砖。
四、硅质格子砖和高铝质格子砖优缺点
硅质耐火材料属于酸性耐火材料，对CaO、FeO、Fe2O3等氧化物有良好的抵抗性，具有荷重软化温度高、高温体积稳定、热导率高等优点，但低温（800℃以下）热稳定性较差，具体变现为：荷重软化温度可高达（1640-1680℃），接近鳞石英的熔点（1670℃），且800℃以上热稳定性非常好，能适应温度的较大变化；热风炉用硅砖以鳞石英为主晶相，在高温负荷下体积稳定蠕变率低，其抗粘附性能也优于其它耐火材料，使用得当可使热风炉结构更加稳定。但在200～300℃和573℃时因晶型转变，体积骤然膨胀，易造成结构损坏，因而600℃以下应避免剧烈的温度变化。
高铝质耐火材料同硅砖相比荷重软化温度较低、高温体积稳定性差、但高铝质耐材具有容量大和热震稳定性较好的优点。
目前热风炉采用的燃料基本上是高炉煤气，高炉煤气不可避免的要携带一些灰尘，灰尘的主要成分见下表：
名称
Na2o
K2o
全铁
CaO
MgO
SiO2
除尘灰
0.78
0.26
24.32
5.83
2.11
6.61
硅质耐火材料对煤气中的灰尘吸附较小且对CaO、FeO、Fe2O3等氧化物有良好的抵抗性，而高铝质耐火材料对煤气中的灰尘吸附强且主要成分为Al2O3易与灰尘中CaO和全铁形成低共融物，和格子砖机体发生吸附进而渗透而侵蚀。
从损害机理来说，高铝质耐火材料对煤气中的灰尘适应性较差。
低蠕变高铝砖和硅砖相比具有性能差和价格昂贵的缺点。高风温热风炉高温区采用硅砖是合理的选择，国外热风炉高温区几乎全部采用了硅砖。
五、生产操作对格子砖使用的影响
格子砖是热量的“储存器”，格子砖孔的大小除了取决于燃烧气体的净化程度外，还取决于生产中的风量。风量大，说明高炉需要热风炉提供的风温要高，因此热风炉存储的热量要多，这就需要增加格孔数量，加大蓄热面积，增加蓄热能力，然而这样会造成格孔堵塞，阻力增加，不利于传热；热风炉在送风时承受的强度高时，就需要减少格孔数量，增加格子砖的强度，但会造成热量浪费。因此需要合理配置蓄热面积和强度。在实际生产中，热气流从上到下流经蓄热砖体时，砖体依次达到接近饱和状态，然后热量被废气带人烟道。当保证设计的正常换炉次数时，格子砖的膨胀和收缩都是有规律的进行，砖与砖之间达到最小程度的压挤，强度满足要求。反之出现送风时间不均时，为了在相等时间内达到相同热量而人为地造成在单位时间、单位空间内热量过剩或不足，热量在气流的带动下，蓄热砖体局部过热或过凉，改变了格子砖的膨胀和收缩规律，强度下降，格子砖破碎，造成蓄热砖体有死区，蓄热量下降，风温随之下降。因此，保证合理操作(换炉次数正常，送风、燃烧时间均匀)是热风炉高风温和长寿的重要保证。
六、结论和建议
1、目前靠“以胀抵缩”生产的低蠕变高铝格子砖不太适宜用于热风炉蓄热室高温区。
2、目前国家对低蠕变高铝格子砖的准入太低，技术要求太低，今后若选用低蠕变高铝格子砖要提高蠕变率、重烧线变化率、热震稳定性、显气孔率、杂质含量方面的要求。
3、热风炉高温区采用硅砖是比较合理的选择。
4、要重视送风制度的稳定性和合理性。
5、建议热风炉格子砖从上往下依次为：1、硅砖；低蠕变高铝格子砖（红柱石格子砖）；低蠕变粘土砖2、硅砖；低蠕变高铝格子砖（红柱石格子砖）；高铝格子砖；粘土格子砖两种形式。

技术中心
2012年9月7日
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