无标题文档
河南宏泰窑炉耐火材料专注浇注料、耐火砖等耐火材料生产加工,种类齐全,价格实惠,实施工业炉维修。
返回首页 网站地图
二维码 手机扫一扫
来电咨询

全国咨询热线
13608687008

耐火材料行业知识

氢气冶金条件下,耐火材料的选择

  1、前言概述

  冶金生产离不开耐火材料的支撑,长流程的转炉炼钢和短流程的电弧炉炼钢技术相关的耐火材料已投入使用。传统高炉炼铁是通过焦炭燃烧提供还原反应所需要的热量并产生还原剂CO,使铁矿石被还原成铁,并产生大量CO2容易污染环境。而氢能冶金是利用氢气替代CO做还原剂,其还原产物为水,没有CO2排放。因此,氢气炼铁过程是无污染。

  然而氢能冶金技术相关的耐火材料还处于研发阶段,用氢能还原铁矿石的温度虽然不高(600℃~700℃),但氢的还原作用,特别是氢等离子体的火焰辐射高热负荷作用,对炉衬破坏不可忽视,需要引起注意。

  微信图片_20220811143939.png

  2、氢冶金与耐火材料相关进展

  氢冶金的温度不高,氢气与氧化铁反应,一般是600℃左右,实验室购得的氧化铁在700℃以上才被还原。还原反应过程:水分解出氢,然后氧化铁被还原成铁。

  与氢接触的耐火材料需要被重视。有报道介绍:当Al2O3/SiO2比例不同的耐火材料,在纯氢气气氛中于1500℃下加热192h,耐火材料质量损失的特点是随着温度升高和在气氛中暴露时间的延长而损失增加,高温下腐蚀过高,Al2O3含量高的材料比SiO3含量高的材料质量损失量少。

  在硅酸铝耐火材料中,氢能还原Na2O、TiO2、MgO、SiO2等氧化物,氢能使莫来石分解,形成刚玉和SiO。在氢介质中,含Al2O3≥85%的高铝制品和刚玉制品具有稳定性质。硅质制品在氢介质中和在1200℃下时,由于SiO2很快被反应,在耐火材料中存在SiO2时,SiO2与氢气反应产生气态SiO和水蒸气,从耐火材料中溢出,SiO2同样可与水蒸气反应生成气态氧化物,脱离原耐火材料。这两个反应在高温下很容易发生,从而影响耐火材料使用寿命。

  因此,在富含氢气和水蒸气的条件下,严格控制和减少内衬耐火材料的SiO2含量是至关重要的。而FeO、TiO2含量高的耐火材料也不宜在还原气氛条件下使用。如在氢气保护炉内用氧化铝空心球砖较好;在氢气含量为100%的气氛中,耐火纤维热导率比在空气中大2倍等。

  3、高炉富氢冶炼用耐火材料

  因高炉喷入的氢有限,不能失去焦炭的骨架作用。因此,原来关键部位使用的炭砖及碳化硅砖,使用效果仍然很好。近年来,非高炉炼铁工艺获得大力发展,非高炉炼的海绵铁是废钢的良好替代品,而且非高炉炼铁省去炼焦设备,投资少、污染小。

  微信图片_20220811143941.jpg

  4、直接还原炼铁用耐火材料

  还原介质有煤、天然气和煤气等,反应温度一般为800℃~1300℃。目前世界以天然气为还原介质的竖炉海绵铁产量约占80%,因为反应温度不高,一般硅酸铝耐火材料就能满足要求,但含有的Fe2O3在CO气氛下生成金属铁和Fe3C。Fe3C存在会促进炭沉积,导致耐火材料脆化裂解。为了延长使用寿命,应该降低Fe2O3含量,使组织结构致密,气孔微细化。

  5、熔融还原炼铁用耐火材料

  熔融还原炼铁工艺是在高温熔融状态下进行铁氧化物的还原,并进行渣铁分离,得到类似高炉生产出的含碳铁水。现在已经有30多种熔融还原工艺问世,但COREX法是目前唯一实现工业化生产的工艺,其优点是吨铁能耗下降20%以上、炼铁厂污染减少70%等。对于COREX法熔融炼铁用耐火材料问题,有人采用COREX熔融还原炉炉渣(33.5%CaO、32.0%SiO2、20.0%MgO、14.0%Al2O3、0.5%FeO)和Sialon(22.08%)结合SiC(72.34%)质耐火材料做抗渣试验,认为Sialon结合SiC耐火材料在COREX炉渣中的熔解蚀损反应属于化学反应控制机理,因而预示Sialon结合SiC质耐火材料对COREX炉渣的侵蚀具有良好的抵抗能力。

  研究人员还发现用MgO和Al2O3为主要原料,通过添加适量MgAlON系粉和石墨以及抗氧化剂,制取的Al2O3—MgO—MgAlON—C质耐火材料w(C)<10%具有较好的抗渣性和抗热震性,用在熔融还原炉内衬耐火材料,能够获得长的寿命。

  6、HISmelt熔融还原炼铁用耐火材料

  该炼铁工艺可直接使用粉矿和非炼焦煤生产铁水,与高炉相比省去烧结、球团和焦化厂,投资规模和运行成本都相对较低,并减少CO2和二噁英的排放,对环境污染小,但炉渣中FeO含量达3%~5%,是高炉渣的10倍,造成炉衬侵蚀加剧和铁水含S较高。炉衬用铬刚玉砖CR-10和CR-50效果较好,通过安装渣线水冷箱,使用寿命显著延长。但由于含铬耐火材料容易产生有毒的六价铬,因此,无铬耐火材料才是发展方向。建议采用添加MgAlON的Al2O3-MgO质耐火浇注料,可显著提高抵抗高氧化铁含量熔渣的侵蚀能力。炉衬也可使用Sialon结合刚玉砖、Sialon结合碳化硅砖、微孔炭砖等。

  7、氢等离子体熔融还原炼铁用耐火材料

  由于氢等离子体比分子氢有高得多的还原电位,可以将所有的金属氧化物还原为金属,并具有低排放、工艺流程简单、渣量少等优点。但该技术存在着对炉壁辐射较大(无泡沫渣过程),渣对耐火材料侵蚀性大的问题。因此,容器内的耐火材料是研发的核心领域之一。一方面,由于等离子体火焰辐射产生的高热负荷和高FeO含量炉渣的化学侵蚀,耐火材料中的氧化物被多余的氢还原;另一方面,由于部分氢气会伴随水蒸气溢出,氢气没能全部用于还原铁矿石。根据奥地利某矿业大学的研究结果,通过底部吹扫系统注入气体而产生的泡沫渣,可保护耐火材料内衬,免受高热冲击;而容器的内衬可考虑采用炭质或碳化硅质耐火材料。

  8、总结

  在氢冶金用耐火材料的研究比较少的情况下,仅从一些基础理论和相关资料推测出,氢作为铁矿石还原剂,在还原炼铁过程中,氢能还原硅酸铝耐火材料中的Na2O、TiO2、MgO、SiO2等氧化物,使莫来石分解,形成刚玉和气态SiO。在氢介质中,含Al2O3≥85%的高铝制品和刚玉制品具有稳定性质。含FeO、TiO2高的耐火材料,不宜在还原条件下使用。因此,高炉富氢冶炼,其内衬关键部位使用炭砖或碳化硅砖,使用效果与完全使用焦炭的高炉没有什么差别,仍然很好;直接还原固态铁,因为使用温度比较低,可用含Fe2O3低、结构致密的硅酸铝耐火材料;熔融还原炼铁的COREX法,可用Sialon(赛隆)结合的碳化硅耐火材料,或用Al2O3-MgO-MgAlON-C质耐火材料;HISmelt炼铁可用CR-10铬刚玉和CR-50铬刚玉耐火材料。为避免产生有毒的六价铬,建议采用添加MgAlON的Al2O3-MgO耐火浇注料,渣线用水冷箱,Sialon结合刚玉砖及碳化硅砖等;氢等离子体熔融还原炼铁,可通过底部吹扫系统注入气体而产生泡沫渣,保护耐火材料,其内衬可考虑用炭质和碳化硅质耐火材料。


TAG标签: 耐火材料 莫来石

相关资讯


12

2024-09

半硅砖
半硅砖是重要耐火材料,以半硅质粘土为主要原料,具有良好耐火性、热稳定性和抗渣性,成本较低。生产需关注原料选择、制备工艺、高温烧结和质量控制。广泛应用于钢铁、化工、建材和有色金属冶炼等领域。半硅砖的组成与特性二氧化硅和氧···

09

2024-09

建材、水泥行业用耐火材料
高强度磷酸盐耐磨砖本产品是在普通磷酸结合高铝砖的基础上,通过工艺,采用化学添加物,使制品的强度、耐磨性及荷重软化温度均大幅度提高,其高温性能和抗热震性也优于磷酸盐结合高铝砖。该产品一九九一年通过省级技术鉴定,一九九三年···

09

2024-09

冶金、冶炼、铝业、炼铁、化工行业用耐火材料
镁砖本产品经高温烧制而成,是碱性耐火材料中最主要的制品,具有耐火度高,对铁的氧化物、碱性炉渣及高钙熔剂具有良好的抗侵蚀性等特点,在冶金窑炉中应用广泛。 牌号 Brands性能 PropertiesMZ-95MZ-89MZ-87化学成份Chemical compositi···

09

2024-09

玻璃窑用耐火材料配置说明
玻璃窑用耐火材料配置说明一、玻璃窑炉底用粘土质大砖,采用高强度浇注料预制大块,预制大砖耐压强度高、耐火度高、热震性好,并且价格也优于传统的粘土砖。二、蓄热室炉墙用耐火材料配置:中下部选用MZ-70烧结莫来石标准砖,代替镁铬标···

28

2024-08

玻璃窑池壁砖侵蚀严重而炸裂的热修措施及玻璃熔窑常用的热修方法
玻璃窑池壁砖在使用过程中由于侵蚀减薄或不正常情况造成粉碎性炸裂时,应采取措施进行热修。具体措施1制作合适面积的钢篦子对粉碎性炸裂的部位加固,既不阻止冷却风冷却池壁,又能护牢炸裂池壁。适用于有一定厚度的池壁砖。2在设计有下···

31

2024-07

做焚烧炉用什么耐火砖?
选择适合的耐火砖取决于焚烧炉处理的物料种类和成分,以及其对耐火材料的侵蚀性。不同类型的焚烧物料可能含有不同的化学成分,因此需要根据实际情况选择相应的耐火砖。焚烧炉炉衬材料的选择,首先根据炉膛温度的高低,选用能承受焚烧温···

31

2024-07

板状刚玉的特性以及在冶金耐火材料中的应用
板状氧化铝国内也称板状刚玉,是一种纯净的、不添加如MgO、B2O3等任何添加剂而烧成收缩的烧结氧化铝,具有结晶粗大、发育良好的α-Al2O3晶体结构。由于其是在稍低于2035℃,接近于Al2O3熔点的温度下烧结,其中的Al2O3已转变为刚玉α-Al···

09

2024-05

无水炮泥生产中湿碾时间短影响使用效果吗
炮泥在生产过程中,特别要注意工艺配比中的原料碾制时间,以及加入原料顺序。按工艺配比材料比例加好后,先干碾再进行湿碾,干碾5分钟后,再进行湿碾40分钟,湿碾时间要严格掌握,时间不能太短;绝对不能低于40分钟,否则在开口时,断口···

27

2024-04

板状刚玉的特性以及在冶金耐火材料中的应用
板状氧化铝国内也称板状刚玉,是一种纯净的、不添加如MgO、B2O3等任何添加剂而烧成收缩的烧结氧化铝,具有结晶粗大、发育良好的α-Al2O3晶体结构。由于其是在稍低于2035℃,接近于Al2O3熔点的温度下烧结,其中的Al2O3已转变为刚玉α-Al···

27

2024-04

锆英石砖的制作工艺
锆英石砖作为耐火材料,在窑炉等高温环境中有着重要的应用。锆英石砖的制造工艺用半干法生产工艺可制造黏土结合锆英石制品。锆英石砂和锆英石细粉中加入2%的可塑黏土,并以电解质来调整泥料的性能。泥料经混炼,并在127MPa的压力下成型···

热门产品

全国咨询热线

13608687008

郑州新密市超化镇工业园区

Copyright © 2022 河南宏泰窑炉耐火材料有限公司 版权所有
备案号:豫ICP备16041729号
公司营业执照资质  
微信
电话

13608687008

邮箱

396958067@qq.com