耐火材料生产及应用.docx
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耐火材料生产及应用.docx
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耐火材料生产及应用
耐火材料的使用与维护培训
会议纪要
一、培训时间:
2014年7月20日16:
30时
二、培训地点:
公司会议室
三、培训主题:
耐火材料的使用与维护
四、培训主持:
河南瑞泰耐火材料科技有限公司人员
五、培训记录:
保俊
六、参加培训人员:
制造分厂、生产技术处、设备保全处(办公室)、质控处、物资供应处
七、培训纪要:
2014年7月20日下午16:
30时,参加人员在会议室就河南瑞泰耐火材料科技有限公司人员进行培训形成纪要如下:
耐火材料的生产及应用
一、什么是耐火材料?
凡是用来建筑窑炉和各种热工设备的高温建筑材料和结构材料,其耐火度一般不低于1580℃,并在高温下能经受结构应力、各种物理、化学及机械作用,我们称其为耐火材料。
(还有一种定义为:
物理和化学性质适宜于在高温环境下使用的非金属材料,但不排除某些产品中含有一定量的金属材料)
生产耐火材料的目的是应用于热工窑炉等高温工业,为高温工业服务。
在实际应用过程中经常会遇到下列情况:
(1)产品的性能指标相同,但使用效果不同;
(2)某一种产品在A厂热工窑炉上使用良好,而用于B厂同样的热工窑炉上效果不理想,究其原因:
(1)选材!
?
(2)筑炉施工!
?
(3)工艺及原燃料参数、操作、窑况与热工制度的相互协调并匹配一致性的合理程度!
?
等应用环境、条件的不同或差异。
所以,要保证耐火材料能够得到良好的应用,就应该结合热工窑炉的实际状况、原燃料特点、操作及现场管控能力等实际应用条件来认真选择相适用的耐火材料,才能使耐火制品取得良好的使用效果。
假如以上热工设备的条件已定(知),那么究竟应该如何选择、推广应用耐火材料呢?
答案是:
应根据耐火材料的性质来选择、推广,即耐火材料的性质决定着它的具体用途以及应用领域。
2、耐火材料性质(即耐火材料应具备哪些性能?
);
1、常温耐压强度:
单位面积上所承受的最大极限压力。
单位:
MPa(Kg/cm2)。
(第1页)
影响耐压强度的因素(如何提高耐压强度?
):
(1)原料本身强度
(2)工艺配方(3)成型(4)烧成质量(组织结构强度是否良好)。
2、体积密度:
制品的质量(实际为重量)与体积之比(g/cm³)。
3、显气孔率:
开口气孔体积与材料总体积之比。
(%)
影响因素:
(1)粒度组成(颗粒大小与数量)
(2)成型(3)烧成(4)气孔的数量及分布----?
△气孔在耐火砖中的分布形式有两种:
开口气孔和闭口气孔;所以在耐火材料生产过程中我们需要考虑:
如何改变气孔的数量及分布状态即尽量减少特别是开口气孔的数量、消除耐火砖与外界接触的通道使其表面光滑不与物料发生化学侵蚀,从而达到延长窑衬寿命的目的。
4、耐磨性:
制品抵抗固体、液体和含尘气流对其表面机械磨损作用的能力。
单位:
cm3(=磨损量g÷体密g/cm3)
影响因素:
体密或气孔率
(2)本身强度(3)烧结是否良好。
5、、荷重软化温度:
耐火材料抵抗压力和温度共同作用的抵抗能力。
(在规定的升温条件下,承受恒定压力如:
2Kg/cm2压力时产生规定变形量如:
0.6%变形量的温度)
影响因素:
(1)主晶相矿物的数量及之间的结合状态——提高烧成温度促进晶体聚结长大。
(2)加入矿化剂。
(3)增大成型压力促进制品致密程度。
(4)适当增加粗颗粒。
(5)提高原料纯度。
6、热震稳定性:
耐火制品抵抗温度急剧(急冷急热)变化而不破坏的能力。
单位:
次。
(第2页)
影响因素:
(1)制品本身热膨胀性
(2)导热性能(3)合理配料(适当增加泥料粒度等)(4)强度(5)添加矿化剂(改变矿物组成)(6)良好的烧
7、抗渣性:
制品再高温下对炉渣侵蚀作用的抵抗能力。
影响因素:
(1)提高原料纯度。
(2)合理配料,保证制品致密和均匀。
△一般以侵蚀深度及面积判断抗渣性的优劣。
8、导热性:
制品导热性能的大小,一般以导热系数来表示:
单位:
焦耳/米·℃·时(W/m·℃)(1W=1焦耳/秒)。
是计算窑炉热散失的主要参数之一。
导热系数——当试样厚度为1米,两面温差为1℃时,在1米²面积上1小时通过的热量。
即:
λ=Q×d/F×△t×t
Q—通过的热量焦d—制品的厚度米F—断面积米²
△t—两端温差℃t—所经过的时间小时
△影响因素;
(1)材质本身(1000℃时镁铁砖3.2%、高铝砖1.8%左右)
(2)主要是制品气孔率的大小及分布形状。
气孔率↑导热性则↓。
△大部分制品温度↑热导系数↑,而镁砖、SiC砖却相反,其导热系数随温度↑而↓。
9、热膨胀性:
制品受热膨胀,受冷收缩的性能。
一般以膨胀百分率表示。
=Lt-Lto/Lto×100%//Lto—0℃或室温时长度Lt—一定温度时长度mm
△主要影响因素:
(1)材质本身(1000℃时镁铁砖1.5%、高铝砖0.7%)
(2)烧成质量
三、耐火材料加工、生产的一般过程或工序;(第3页)
原料的检测及分析→原料进场检验→破粉碎:
获得大小不同并符合工艺要求的(如:
5--3mm、3--1、1--0)颗粒骨料和小于180目粉料进入各自料仓→结合剂、矿化剂--提高某种技术指标的添加物及加工→配料→配好的物料混合搅拌→模具的加工、尺寸缩放及组装→砖坯(高压)成型→干燥→装窑→高温烧成(烧结)→成品检选→合格成品入库。
→不合格品入废品仓库。
四、耐火材料应用:
水泥窑一般分为预热器系统、分解炉及三次风管、回转窑、窑头罩、篦冷机等部位。
各部位耐火材料的配置必须符合并适应下列条件①窑的规格及燃烧器形式与特点②原燃料化特性③生产熟料的种类与性质等实际环境及条件,才能提高回转窑运转率,保证生产顺利进行。
原料及燃料碱的硫酸盐(R2SO3如K2SO4等)和氯化物(RCl和KCl)等组分挥发凝聚,反复循环,并在800-1200℃(含氯高时600-1200℃)的窑段内富集。
使最热两级预热器、分解炉、上升烟道、喂料斜坡及烟室甚至窑筒后端1/3的部位,窑料中形成[2C2S.CaCO3]、[2C2S.CaSO4]、[2CaSO4.K2SO4]、[二次CaSO4]等具有结皮特征的矿物,与耐火砖表面沉集并通过开口气孔渗入衬砖内部发生反应形成结皮(堵塞物料严重时影响正常运行),同时严重侵蚀衬砖形成膨胀性的钾霞石(K2O、Al2O3、2SiO2)、白榴石(K2O、Al2O3、4SiO2),使耐火砖“碱裂”损坏。
所以,工作温度1250℃以下(特别是800-1250℃)的所有部位应采用具有抗碱蚀及相应技术性能如:
抗结皮、抗剥落、耐碱的耐火砖或不定形耐火浇注料。
(第4页)
回转窑是水泥厂的“心脏”,也是耐火材料使用比较苛刻及关键部位。
下面就回转窑温度较高区域所用高档耐火材料的使用与大家谈谈体会、进行交流,请大家多提宝贵意见。
1、烧成带用耐火砖:
依生产及工艺等实际要求大都采用碱性砖,如:
镁铁尖晶石砖、直接结合镁铬砖等。
20世纪80年代初,由于镁铬砖六价铬的污染问题,镁铬砖的应用变成了人们一个重要的担忧。
随着人们对这些顾虑逐渐地增加,无铬化耐火材料迅速发展并得到了良好的推广及应用:
从理论角度讲应首推镁白云石砖或镁钙砖,因为其与水泥物料的亲和性到目前为止是最好的;但是由于其CaO的水化问题:
要求严格的包装①浸蜡、真空锡箔、铝塑膜等5层以上包装②要求苛刻的存放及条件③特别是要求检修按计划必须准时进行筑炉等因素,在国内暂无普遍或大量得到推广。
为此,现在我国比较成熟的经验或烧成带较为理想的耐火材料为:
镁铁尖晶石砖等。
因为该砖符合并具备下列性能:
①易于粘挂并稳定的窑皮:
大型回转窑火焰温度达1700℃左右,如果没有窑皮保护,砖衬易因温差太大而炸裂剥落,此时碱性砖热面温度为600-700℃,其热胀率为0.6-0.7﹪,而无窑皮时则为1.5﹪,砖内温差压力即热应力达60-70MPa,远远超过砖的强度而导致砖的开裂和随窑皮剥落。
要挂好和维护好窑皮,就必须达到原燃料成分符合工艺参数、煅烧制度稳定、设备状况良好、衬砖选配合理等实际要求。
这也是现在世界各国科研单位以及各生产工厂的主要研究内容和努力方向。
(第5页)
②抗化学侵蚀:
高温下熟料液相、熔融燃料灰渣的渗入以及随窑气渗入的碱盐等对衬砖有很强的化学侵蚀能力。
③具有良好的热震稳定性。
④具有足够的强度:
足以抵抗窑体转动中特别是轮带部位发生或大或小的变形,加上窑的椭圆度变化的增大,将产生压、拉、扭和剪切应力,同时,耐火砖之间的相对位移和局部应力、导致衬砖的断裂剥落。
2、上过渡带(高温过渡带):
处于高低温相接区域,由于其工艺条件等因素此部位窑皮时挂时落频繁,有时甚至还连带地“撕”下砖热面的变质层,此时耐火砖迅速裸露在火焰中,极易因剧烈的热膨胀和侵蚀而严重地变质(组织结构破坏、强度大幅降低),为再一次随新的窑皮“撕”落创造了前提条件,若窑况不好(轮带震动量?
椭圆率大小?
热工制度稳定?
等)及运转率不高时,会进一步加剧耐火砖的损毁。
为此高温过渡带为水泥窑用耐火材料最苛刻、最薄弱的环节。
根据大量的实践及性能对比:
当前该带一般采用镁铝尖晶石砖、硅莫红砖等。
3、窑口及燃烧器前端:
此处气流温度高,熟料研磨和气流冲刷及辐射都很严重。
一般选用高耐磨、抗热震的板状刚玉、刚玉-莫来石等材质的专用浇注料。
4、回转窑的椭圆率:
椭圆率过大对窑衬的破坏作用及其严重。
为水泥厂和耐火材料厂所能共同接受的筒体最大椭圆率如下:
△窑筒椭圆率A=窑体直径(m)/10(%)(第6页)
△窑筒椭圆率引发窑衬内的压应力B=3/4×(C/R)×(h/R)×E
式中:
B---压应力(N/m㎡)C---窑体的椭圆度/㎜
D---窑筒半径/㎜h---衬砖厚度/㎜E---压缩弹性模量(N/m㎡)
以日产熟料2000吨直径4m的窑为例:
窑筒椭圆度所引发窑衬内的压应力可见下表,计算中衬厚为200㎜,工作状态下压缩弹性模量为25KN/m㎡。
直径4m回转窑椭圆率引发窑衬内的压应力如下:
椭圆率(%)
椭圆度(㎜)
压应力(N/m㎡)
0.3
12
11.25
0.4
16
15.0
0.5
20
18.75
0.6
24
22.5
0.7
28
26.25
窑筒中窑衬内的压应力主要由三方面因素所引发,
(1)窑筒椭圆度
(2)衬砖的热膨胀(3)使用过程中衬砖内产生新的矿物引起的体积膨胀(如:
耐碱砖在窑气和窑料中碱的作用下会产生膨胀性的白榴石、钾霞石等矿物)。
对于本身结构强度为45N/m㎡的碱性砖来说,应把它的各1/3即各15N/m㎡的强度用来对付上述三项因素引发的压应力,对此要求直径4.0m回转窑椭
率≤0.4﹪,其理在此。
运行中的窑,在其从窑头起第二道轮带处窑筒的椭圆率往往在全窑筒体内最大,这也是有些老的窑上该部位耐火砖经常发生掉砖红窑的主要原因。
5、正确的砖型尺寸:
当前普遍采用两种砖型,即VDZ砖型或称B砖型及ISO砖型。
(第7页)
△VDZ型:
大小头尺寸较小(较薄:
大小头平均厚度一般为71.5mm),砖缝较多,能较多吸收砖体受热膨胀后的应力,所以镁铁、镁铝、直镁等碱性砖通常采用此砖型。
△ISO砖型:
此砖型是国际标准化组织确定的国际标准,大头统一为103mm,大头较厚使砖缝较少。
一般适用于硅莫、高铝系列耐火砖。
6、耐火材料的达不到正常使用周期者,请按下列因素检查、纠正不合格项:
(1)窑系统生产工艺和设备运行正常稳定;
(2)恰当选择耐火及隔热材料的材质并配套;
(3)窑衬设计合理正确;
(4)窑衬施工良好;
(5)合理使用和维护窑衬;
五、耐火砖的筑炉施工:
(一)、搬运:
1.装运耐火制品的车、船及施工现场必须打扫干净,必须有防雨防潮等措施。
2.耐火制品在运输、装卸时,均应摆放整齐、轻拿轻放、紧密排列、避免碰撞损坏。
3.按形状、尺寸规格、材质等分类搬运及堆放。
4.开启耐火制品集装箱时,需要专用工具如:
钢丝钳、剪刀等,禁用铁锤、斧头开启。
(第8页)
(二)、施工准备:
1.核对图纸,确定窑炉各部位所用耐火材料的品种、型号等是否符合要求。
2.确定施工方案对施工人员进行岗位培训。
3.检查施工部位,并确定环线、中心等。
(三)、砌筑施工
1.须用同材质耐火泥。
2.砌筑灰缝≤2mm,关键部位及拱顶为1mm。
3.锁口或接缝时,砌至最后5~6块时,提前用锁缝砖与主砖配合调试进行锁口,合适后加入楔紧;同一个砖缝内不准有2块及以上铁板。
4.施工部位不平整时需要用耐火泥等进行整平;
5.敲打、找整必须用木锤或橡胶锤。
6.要求砌筑:
泥浆饱满、灰缝直、弧面平、灰口均匀、接头紧。
7.砌砖之间或上下层不准出现“出台”或“错台”现象,以免影响窑内衬砖受力不均匀或通风不良及落料不畅等现象。
8.砌筑方法:
(1)环砌;
(2)交错纵砌,每段4~6米。
可根设计及本厂实际进行选择;
9.回转窑砌筑完毕后分四次以上转动窑体进行检查灰缝、砖体松紧情况,及时补楔铁板打紧(俗称“审”窑---对砌筑完毕完毕的耐火砖进行审查)。
(四)、砖衬烘烤:
1、一般可用油、气、电、煤、木材等进行烘烤。
正常情况下烘烤曲线如下:
(第9页)
2、烘烤升温曲线:
窑尾烟窑温度(℃)
升温速度(℃/h)
时间(h)
转窑制度
温度(℃)
转速
≤250
100
≤2.5
0~300
每小时盘窑1/4圈
280~300
恒温
4~8
320~450
每30分钟盘窑1/4圈
301~580
50
5~6
450~700
每15分钟盘窑1/4圈
580~600
恒温
4~8
>700
连续转窑
600~950
30
10~12
950
50%喂料量,切换至主机转动
~正常生产
~
10~16
~
随连续升温逐渐增加喂料量及燃料量至满负荷生产
合计
35.5~50
备注
①、碱性砖的纸板会在200-800℃之间燃烬,会早于镁质砖的热膨胀,故此时要以最慢速度盘动回转窑。
此时要监控轮带和窑筒之间的温差(<160℃)以及轮带滑移量。
②、如果升温过程不得不中断且窑要冷下来,在再次点火之前要检查砖衬的稳定性,视需要,给松动的砖衬补加钢板。
③、停窑(冷却)曲线应以升温曲线逆序进行。
在24小时前进入窑内是很困难的,这时依然会有红热的窑皮附着在砖衬上。
④、新建窑炉的烘烤时间一般为7天。
⑤、低温烘烤的时间均不低于8小时。
(五)、技术要求:
1.烘烤是耐火砖使用效果好坏的关键环节,应严格遵守烘烤制度和“慢升温、不回头、不中断”的原则,同时注意烘烤均匀,严禁发生温度突降及局部过热现象。
2.为处理故障临时停窑,如果超过2小时,须向窑内间歇喷油保温。
3.预防为主,保证各系统相互正常运行及工艺配料和热工制度稳定,严禁料、煤供应不正常,系统内滞料、堵塞、火焰位置不当等现象。
4.冬季施工应有防冻措施。
5、按要求做好施工记录。
(第10页)
六、耐火浇注料的施工:
(一)、施工前准备及检查:
1、要求搅拌机等所用工具及施工部位必须清扫干净,不准有灰尘、焊渣、废物等杂物。
2、现场要有安全、降温、防冻、防雨等措施,并对工人进行培训。
3、搬运、储存必须做到防雨、防潮。
4、浇注料运到现场后应按名称、牌号分别堆放并做好标记。
5、浇注部位的外形及清洁。
6、所用的水一定要清洁,不准使用污水、泥水、工业废水。
7、锚固件形式、尺寸、布置及焊接质量、预留膨胀缝是否合格并符合图纸要求。
锚固件焊接:
(1)间距:
150--200mm
(2)焊接点饱满均匀并大于20mm。
8、开启电源,观察设备运转情况是否正常,关键工具(如:
振动棒等)必须有备用以保证连续施工。
(二)、搅拌
1、要求采用强制式搅拌机,先加入大袋料,然后加入(大袋中的)小袋料,干混均匀后计量加水搅拌,直到搅拌均匀为止。
2、现场试验浇注料是否失效、参考生产商提供的加水量、确定合适的加水量。
加水量可依据气候条件等实际施工要求适当调整。
3、每次搅拌好的物料应在30分钟内用完,已凝结或结块的浇注料不得使用。
4、由于浇注料的时效性强,所以必须整袋或整桶施工。
5、严禁不同牌号和型号的耐火浇注料混合使用。
(第11页)
(三)、浇注施工
1、采用木模时用水湿润或贴一层油毡,若采用钢模要涂一层机油。
2、要求模板必须固定好,保证施工过程中不变形、不移位、不漏浆。
3、浇注料倒入模板内应立即用震动棒震实,不能有漏震,以表面泛(出)浆排出气体为止不宜多震,震后应缓慢移动或抽出震动棒。
4、浇注时尽量一次浇筑到所要求的厚度;分层浇筑时每次300mm为宜;力求震动或捣打密实,表面自然平整,产生的死角应用人工捣实。
5、施工后浇注体断面必须垂直与锚固件所在面的窑体,不准出现分层现象。
6、在保证施工情况下,尽可能缩短施工时间和尽可能少用水,以使浇注料获得最佳性能。
(四)、脱模时间
夏季16小时,冬季24小时脱模,脱模后自然干燥或养护24小时。
(五)、浇注料施工后出现下列情况的主要原因?
1剥落:
模板太干或其表面清渣不完善;
2麻面:
系搅拌不均匀或模板表面未处理好;
3蜂窝:
系震捣不好或料子干湿不匀;
4空洞:
系漏震造成;
5小微孔:
水量太多,震捣时多余水分未充分排出。
6裂纹:
养护不好。
7颜色不匀:
搅拌不充分;不同批次产品。
8起沙:
水泥失效。
(第12页)
(9)走形、鼓肚:
模板强度不够、支模不牢固。
(六)、烘烤
1、一般可用油、气、电、煤、木材等进行烘烤。
正常情况下烘烤曲线如下:
温度(℃)
升温速度(℃/h)
时间(h)
0~200
15
12
200
恒温
20
200~500
25
12
500
恒温
10
500~使用温度
40
18
合计
72
2、新建窑炉的烘烤时间一般为7天。
(七)、技术要求:
1、烘烤是耐火砖使用效果好坏的关键环节,应严格遵守烘烤制度和“慢升温、不回头、不中断”的原则,同时注意烘烤均匀,严禁发生温度突降及局部过热现象。
2、为处理故障临时停窑,如果超过2小时,须向窑内间歇喷油保温。
3、预防为主,保证各系统相互正常运行及工艺配料和热工制度稳定,严禁料、煤供应不正常,系统内滞料、堵塞、火焰位置不当等现象。
4、冬季施工应有防冻措施。
5、按要求做好施工记录。
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