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1、焦炉-焦炭的生产,焦炉-焦炭的生产焦炉是生产焦炭的设备。目前大型焦炉为一座焦炉年产焦炭100万吨。并将生产焦炭过程的副产品进行综合利用。焦炉寿命已达到40年使用寿命。,焦炭作用-燃烧反应,高炉冶炼的燃料主要是焦炭，焦炭所含的碳素，除少数消耗于直接还原和溶入生铁外，绝大部分下降至风口与热风中的氧进行燃烧反应。焦炭在风口发生燃烧反应，一般生成CO2和CO两种产物。在高炉特定条件下，由于有过量的灼热碳素存在，完全燃烧生成的CO2在高温下与固体碳作用生成CO，称此反应为碳的气化反应。,C焦O2CO2C焦CO22CO总反应式：2C焦CO2CO,硅砖制品的性能,技术特点:抗灰渣及其它化学侵蚀性能好。长期耐
2、高温而不改变高温性能，如不熔化、不软化，其中典型的产品硅砖具有荷重变形温度高、波动在16401680间、接近鳞石英和方石英的熔点（1670、1723）；并能承受一定的压力及机械负荷而不变形，耐磨性好。热膨胀率低，抗高温蠕变性能好，高温体积稳定。在高温下有较好的导热性能。,焦炉-焦炭的生产,焦炉是生产焦炭的设备。目前大型焦炉为一座焦炉年产焦炭100万吨。并将生产焦炭过程的副产品进行综合利用。焦炉寿命已达到40年使用寿命。,炼焦工艺简介,现代焦炭生产过程分为洗煤、配煤、炼焦、熄焦及煤气和化工回收处理等工序。1 洗煤 原煤在炼焦前洗选，目的是降低煤中灰分和洗除其他杂质。2 配煤 是将各种结焦性不同的
3、煤经洗选后，按一定比例配合炼焦。目的是在保证焦炭质量的前提下，节约日趋减少的主焦煤，尽可能多获得一些化工产品。,焦炉-焦炭的生产,3 炼焦 将配好的煤料，装入炼焦炉的炭化室，在隔绝空气的条件下，由两侧燃烧室供热，随温度升高经干燥、预热、热分解、软化、半焦、结焦成具有一定强度的焦炭。煤结焦过程变化如下：A 干燥和预热（50200）煤中水分蒸发和放出CH4和CO2等气体B 热分解（200300）放出气体挥发物,焦炉-焦炭的生产,C 软化（300500）产生胶质体D（500800）析出大量液体焦油及气体挥发物，形成多孔半焦E 成焦（500800）产生较大的体积收缩，并开始炭化最后形成焦炭。经过一个结
4、焦周期（1418h），由推焦机把焦炭从炭化室推出。,焦炉-焦炭的生产,4 熄焦 炽热的焦炭由熄焦车送出喷水熄焦、凉焦、或用CO2、惰性气体等逆流穿过红焦层进行热交换，焦炭冷却到200以下，惰性气体则升温至800左右，送到余热锅炉生产蒸汽，这就是干熄焦法。这种方法对环境污染小，焦炭质量高，同时可回收大量显热。我国正在推广此法。,焦炉-焦炭的生产,5 煤气和化工产品回收 炼焦过程不仅产出焦炭，同时还逸出高热值的煤气及其他可提取化工产品的原料。每1000kg干精煤约可获得冶金焦750kg,煤焦油1534kg,氨1.52.6kg,粗苯4.510kg,焦炉煤气290350M3,硅砖制品的性能,硅砖制品的
5、性能 技术特点:抗灰渣及其它化学侵蚀性能好。长期耐高温而不改变高温性能，如不熔化、不软化，其中典型的产品硅砖具有荷重变形温度高、波动在16401680间、接近鳞石英和方石英的熔点（1670、1723）；并能承受一定的压力及机械负荷而不变形，耐磨性好。热膨胀率低，抗高温蠕变性能好，高温体积稳定。在高温下有较好的导热性能。,SiO2的同质多晶转变,SiO2的同质多晶转变 SiO2在常压下有七个多晶转变和一个非晶型变体，即-石英、-石英、-鳞石英、-鳞石英、-鳞石英、-方石英、-方石英和石英玻璃。鳞石英的生成和存在必须有杂质离子（或矿化剂）存在。在纯SiO2系统中，只有石英和方石英两种变体。矿化剂的
6、作用是加速石英在烧成时转变为低密度的变体（鳞石英和方石英）而不显著降低其耐火度它还能防止砖坯烧成时因发生急剧膨胀而产生的松散和开裂,SiO2的同质多晶转变,从SiO2系统状态图看，方石英熔点1723、鳞石英是1670、石英是1600。但方石英具有较高的体积稳定性。硅砖中鳞石英具有矛头状双晶相互交错的网络结构，因而使砖具有较高的荷重软化温度及机械强度。一般希望烧成后硅砖中含大量鳞石英、方石英次之、而残余石英越低越好。,硅砖中SiO2变体的加热晶型转变示意图,-鳞石英 117-石英-鳞石英-方石英 573 163 180270-石英 870-鳞石英 1470-方石英 1713 玻璃相-1250-,
7、SiO2变体加热晶型转变的体积变化,SiO2的同质多晶转变,SiO2变体加热晶型转变,1 石英的热力学稳定范围是从低温至8702 鳞石英的热力学稳定范围是从870到1470.3 方石英的热力学稳定范围是从1470至熔化温度.,SiO2变体加热晶型转变,矿化剂的作用是加速石英在烧成时转变为低密度的变体(鳞石英和方石英)而不显著降低其耐火度.它还能防止砖坯烧成时因发生急剧膨胀而产生的松散和开裂.石英转变为鳞石英或方石英时,在矿化剂很少或几乎没有时,-石英 就形成-方石英,这种转变称为干转化.在干转化时,由于砖体的不均匀体积膨胀很大,而又无液相缓冲应力,因而引起制品结构松散和开裂,不可能制得良好的制
8、品.,硅砖制品的性能,矿化剂与SiO2的共熔温度：Na2O-SiO2(728)FeO-SiO2(1178)MnO-SiO2(1291)CaO-SiO2(1436)MgO-SiO2(1543)TiO2-SiO2(1550)矿化剂与氧化硅形成液相的共熔温度愈低,愈有利于烧成中形成的方石英通过液相向鳞石英转变,矿化剂作用愈强,鳞石英愈多,晶粒愈大.,硅砖生产工艺流程,硅砖烧成过程中物理化学变化,硅砖烧成过程中物理化学变化在150以下从砖体排出残余水分。在450时，Ca(OH)2开始分解，450500时Ca(OH)2脱水完毕，硅石颗粒与石灰的结合破坏，坯体强度大为降低。550650范围内，-石英转变为
9、-石英，并伴有0.82%体积膨胀,硅砖烧成过程中物理化学变化,600700间，CaO与SiO2的固相反应开始，坯体强度有所增加，反应式为：2CaOSiO2-2CaOSiO22CaOSiO2SiO22(CaOSiO2)10001100有固熔体状-CaOSiO2与FeOSiO2生成-CaOSiO2FeOSiO2CaOSiO2FeOSiO2,硅砖烧成过程中物理化学变化,CaOSiO2FeOSiO2部分地或全部地与杂质和矿化剂作用生成液相。同时砖坯强度急剧提高。从1100开始，石英的转变速度大大增加，坯体的密度也显著下降，此时砖坯体积由于石英转变为低密度变体而大为增加。,硅砖烧成过程中物理化学变化,在
10、13001350时，由于鳞石英和方石英数量增加，坯体密度降低得很多。当加热到13501430时，石英的转变程度和由此产生的砖体膨胀大大增加，在这一温度范围内，加热得越缓慢，石英熔于液相再结晶生成的鳞石英量越多，方石英生成量越少，砖体生成裂纹的可能性也越小。,硅质耐火材料特点,硅质耐火材料特点 1 残余石英1%鳞石英65%2 硅质耐火材料烧成综合膨胀约为3%，烧成废品率高，容易出现砖表面裂纹。,硅质耐火材料特点,为什么要选用二氧化硅质耐火材料作为焦炉用耐火材料1.由鳞石英相的特性所决定2.性能价格比最优（材料本身的性价比与工程造价的性价比、150050Hrs蠕变0.2%）,硅质耐火材料特点,八十
11、年代当我们开始研制大型焦炉用优质硅砖时所面临的问题：1 残余石英高（含量约35%）、优质硅砖要求1.5%。2 成品率太低（实际成品率约30%）、正常成品率应该是（8593%）主要废品是表面裂纹、尺寸公差。,硅质耐火材料特点,1 如何降低残余石英含量？选用的硅石在加热过程中易于转化、添加矿化剂、降低颗粒的临界粒度、延长烧成时间、添加适量废砖等,硅质耐火材料特点,如何提高硅砖成品率？1 原料混合均匀2 半成品的干燥110脱水、500左右Ca(OH)23 成型过程工艺的合理性4 烧成过程温度升温速度和窑内温度均匀性晶型转变过程,热风炉,热风炉 高炉冶炼过程是一个连续生产过程，全过程是在炉料自上而下、
12、煤气自下而上相互接触过程中完成。炉料按一定料批从炉顶装入炉内，从风口鼓入由热风炉加热到10001300的热风，炉料中焦炭在风口前与鼓风中的氧发生燃烧反应，产生高温和还原性气体，并还原铁矿石中铁氧化物为金属铁，矿石中未被还原的物资形成熔渣，实现渣铁分离。,耐火材料在热风炉上的应用示意图,热风炉用耐火材料,1、热风炉的类型热风炉是高炉的主要热工设备，一般每座高炉配置34座热风炉。目前主要有外燃式、内燃式、顶燃式、球式等几种类型。全国数以千计的热风炉，除小型高炉采用球式外，大多数都采用不同类型的外燃式、内燃式、顶燃式热风炉。具统计，热风炉炉型采用外燃式的有63座，占调查热风炉总数的14.29%；采用
13、内燃式的有303座，占调查热风炉总数的68.7%；顶燃式62座，占调查热风炉总数的14.06%；球式13座，占调查热风炉总数的2.94%。,热风炉,根据我国高炉原料、燃料与操作技术条件，至少在一代高炉炉役期内，使用11501200的高风温是比较切合实际的。少数达到12001250，高于1250，由于热风炉壳体的晶间应力腐蚀破坏，长期操作是不安全的。,热风炉对耐火材料的要求,热风炉耐火材料长期受重负荷和热负荷的作用，还受温度剧变的影响，此外还受含尘热气流的冲刷和侵蚀，其中蠕变变形是热风炉损毁的最主要原因。拱顶耐火材料在高温和荷重的作用下收缩变形，导致砌体下陷，炉墙和隔墙随热风炉的大型化更易收缩和
14、蠕变而变形、倾斜和倒塌；同时由于周期性的温度波动使耐火材料在热应力的作用下开裂而损毁；另外，燃气中的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、ZnO等成分的作用而使耐火材料软化变形而损毁。,热风炉对耐火材料的要求,在选择耐火材料时，要求耐火材料具有：1）高温强度及热稳定性好；2）抗蠕变能力强；3）抗热震性好；4）热容量大，换热效率好。,热风炉用耐火材料,1）拱顶及大墙高温区：硅砖、莫来石砖、硅线石、红柱石砖或低蠕变高铝砖；2）蓄热室：蓄热室上部采用硅质格子砖，蓄热室中部采用低蠕变高铝砖、莫来石砖、硅线石、红柱石砖等，蓄热室下部一般采用黏土砖。3）燃烧室：硅砖、莫来石砖、或低蠕变高铝砖、黏土
15、砖。4）陶瓷燃烧器：莫来石质或堇青石莫来石质,热风炉,高温蠕变 当材料在高温下承受小于其极限强度的某一恒定荷重时，产生塑性变形，变形量会随时间的延长而增加，甚至会使材料破坏，这种现象叫蠕变。耐火材料的高温蠕变系指材料在恒定的高温和一定荷重作用下，产生的变形和时间的关系。,1.温度 温度升高，蠕变大。因为 升高，位错运动和晶界错动加快。,三、晶界蠕变理论,多晶陶瓷中存在着大量晶界。当晶界位相差大时，可以把晶界看成是非晶体，因此在温度较高时，晶界粘度迅速下降。外力导致晶界粘滞流动，发生蠕变。,四、影响蠕变的因素,2.应力 蠕变随应力增加而增大.若对材料施加压应力，则增加了蠕变的阻力。.显微结构的影
16、响 多孔率增加，蠕变率增大。晶粒越小，蠕变率越大。玻璃相含量高,蠕变率增大。玻璃相对蠕变的影响取于玻璃相对晶相的湿 润程度，不湿润完全湿润。,玻璃相对晶相的湿润情况图,4.组成 组成不同的材料其蠕变行为不同。即使组成相同，单独存在和形成化合物，其蠕 变行为不一样。5.晶体结构 共价键结构程度增加，扩散及位错运动降低抗 蠕变性能就较好。,材料高温蠕变,材料高温蠕变的重要性 检验材料的高温蠕变性，了解它在高温长时间负荷下的变形特性是十分必要的。表征耐火材料高温性能的指标有：高温抗折强度、高温荷重变形温度、高温体积稳定性、高温蠕变等。,高温抗折强度,高温抗折强度:它是指材料在高温下单位截面所能承受的
17、极限弯曲应力。它表征材料高温下抗弯矩能力高温荷重变形温度:其测定方法是固定试样承受的压力、不断升高温度、测定试样在发生一定变形量和坍塌时的温度，称为高温荷重变形温度。高温体积稳定性:其测定方法是将试样加热到一定温度、保温一定时间后、测定试样加热前后的体积变化，用体积变化百分率表示。,材料结构,在多相耐火材料中晶相和玻璃相相对含量和分布状态对蠕变速率影响很大。温度升高时随着玻璃相含量增加和黏度降低而趋于显著。玻璃相对蠕变的影响取决于玻璃相对结晶相的润湿程度，如玻璃相不润湿晶相颗粒，则在晶界处为晶粒与晶粒结合，抗蠕变性好。反之，当玻璃相完全润湿晶相，此时玻璃形成连续相结构，在较低温度下极易产生较大的蠕变。,
