一種滿足爐缸爐底安全的內(nèi)襯材料—碳復(fù)合磚

1、一種滿足爐缸爐底安全的一種滿足爐缸爐底安全的內(nèi)襯材料內(nèi)襯材料 碳復(fù)合磚碳復(fù)合磚河南五耐集團(tuán)實(shí)業(yè)有限公司河南五耐集團(tuán)實(shí)業(yè)有限公司2015年11月董事長： 張建武工程師： 伍積術(shù)副總經(jīng)理：趙永前前 言言 近十年來，高爐爐缸爐底的安全問題受到煉鐵界最為廣泛和近十年來，高爐爐缸爐底的安全問題受到煉鐵界最為廣泛和深刻的關(guān)注。幾乎年年都有的爐缸燒穿的嚴(yán)重事故新聞，讓深刻的關(guān)注。幾乎年年都有的爐缸燒穿的嚴(yán)重事故新聞，讓高爐操作與管理者提心吊膽，一旦爐缸爐底溫度異常升高就高爐操作與管理者提心吊膽，一旦爐缸爐底溫度異常升高就恐懼襲來，

2、坐臥不安，身心備受折磨與煎熬！恐懼襲來，坐臥不安，身心備受折磨與煎熬！ 為了尋求一種能真正滿足高爐爐缸爐底安全長壽的耐火材料，為了尋求一種能真正滿足高爐爐缸爐底安全長壽的耐火材料，五耐五耐結(jié)合多年生產(chǎn)微孔剛玉磚和微孔高導(dǎo)熱碳磚的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合多年生產(chǎn)微孔剛玉磚和微孔高導(dǎo)熱碳磚的經(jīng)驗(yàn)，聯(lián)聯(lián)合河南科技大學(xué)、北京科技大學(xué)研發(fā)了合河南科技大學(xué)、北京科技大學(xué)研發(fā)了具有碳磚和剛玉磚優(yōu)具有碳磚和剛玉磚優(yōu)點(diǎn)、又克服了其各自缺點(diǎn)的新材料點(diǎn)、又克服了其各自缺點(diǎn)的新材料碳復(fù)合磚，碳復(fù)合磚，最早使用最早使用的高爐目前已使用第的高爐目前已使用第10個年頭，單位爐容產(chǎn)鐵達(dá)個年頭，單位爐容產(chǎn)鐵達(dá)1萬噸萬噸/m3，目前還在正常使

3、用目前還在正常使用，證明了碳復(fù)合磚的安全性能。證明了碳復(fù)合磚的安全性能。匯報(bào)內(nèi)容匯報(bào)內(nèi)容 高爐爐缸爐底工況對耐材與砌體結(jié)構(gòu)的要求高爐爐缸爐底工況對耐材與砌體結(jié)構(gòu)的要求 碳復(fù)合磚的性能特征碳復(fù)合磚的性能特征 安全長壽安全長壽爐底爐缸砌體結(jié)構(gòu)爐底爐缸砌體結(jié)構(gòu) 工程應(yīng)用實(shí)例與業(yè)績工程應(yīng)用實(shí)例與業(yè)績 結(jié)語結(jié)語1. 高爐爐缸爐底工況對耐材與砌體結(jié)構(gòu)的要求高爐爐缸爐底工況對耐材與砌體結(jié)構(gòu)的要求 較高的導(dǎo)熱性較高的導(dǎo)熱性YB/T5291激光法激光法 YB/T4130水流量平板法水流量平板法 除陶瓷杯外，爐缸環(huán)形磚和爐底滿鋪磚在除陶瓷杯外，爐缸環(huán)形磚和爐底滿鋪磚在600導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)12W/（m*K） 抗侵

4、蝕性：抗侵蝕性： 抗鐵溶蝕抗鐵溶蝕GB/T24201 （1425 10 氮?dú)鈹噭予F水氮?dú)鈹噭予F水40分鐘后的失重比）分鐘后的失重比） 抗渣侵蝕抗渣侵蝕GB/T8931 （1490 10 氮?dú)鈹噭釉沟獨(dú)鈹噭釉?0分鐘后的失重比分鐘后的失重比） 抗堿侵蝕抗堿侵蝕GB/T14983 （1100 10 30h下下K3CO3與木炭反應(yīng)的堿蒸與木炭反應(yīng)的堿蒸汽對材料強(qiáng)度和體積的影響汽對材料強(qiáng)度和體積的影響 ）體積膨脹過大會造成風(fēng)口上翹和爐殼）體積膨脹過大會造成風(fēng)口上翹和爐殼開裂開裂 抗鋅侵蝕抗鋅侵蝕（ 1100 10 24h材料強(qiáng)度和體積的影響材料強(qiáng)度和體積的影響 ）鋅的）鋅的富集會使炭磚粉化而造成爐

5、缸炭磚的環(huán)狀斷裂富集會使炭磚粉化而造成爐缸炭磚的環(huán)狀斷裂 抗氧化性抗氧化性 抗抗CO2氧化氧化氧化率（氧化率（1100、CO2氧化氧化1小時后的失重比）小時后的失重比）10%。 抗氧化能力差，炭磚被氧化成蜂窩狀會導(dǎo)致傳熱效果急劇下降，抗氧化能力差，炭磚被氧化成蜂窩狀會導(dǎo)致傳熱效果急劇下降，熱面的炭磚就容易被鐵水侵蝕，從而在局部形成老鼠洞式的爐缸燒熱面的炭磚就容易被鐵水侵蝕，從而在局部形成老鼠洞式的爐缸燒穿。穿。 微孔化微孔化 YB/T118 磚氣孔磚氣孔1m的的70%，透氣度，透氣度10mDa， 微孔化可提高制品的抗?jié)B透性微孔化可提高制品的抗?jié)B透性1. 高爐爐缸爐底工況對耐材與砌體結(jié)構(gòu)的要求高

6、爐爐缸爐底工況對耐材與砌體結(jié)構(gòu)的要求 較低的膨脹性較低的膨脹性要求要求5x 10-6 （1/）可降低熱應(yīng)力；減）可降低熱應(yīng)力；減少砌體的熱膨脹量，防止上漲過大而引起爐殼變形拉裂。少砌體的熱膨脹量，防止上漲過大而引起爐殼變形拉裂。 較高的抗磨損性較高的抗磨損性熱態(tài)抗折強(qiáng)度較高。熱態(tài)抗折強(qiáng)度較高。 較高的抗熱應(yīng)力強(qiáng)度較高的抗熱應(yīng)力強(qiáng)度有較高的導(dǎo)熱性和強(qiáng)度、較低的膨有較高的導(dǎo)熱性和強(qiáng)度、較低的膨脹性。脹性。 泥漿有較高的粘結(jié)強(qiáng)度與施工性能泥漿有較高的粘結(jié)強(qiáng)度與施工性能常溫下有一定的粘結(jié)常溫下有一定的粘結(jié)強(qiáng)度，防止磚縫中的泥漿流淌損失和爐殼灌漿時對泥漿的沖毀。強(qiáng)度，防止磚縫中的泥漿流淌損失和爐殼灌漿時

7、對泥漿的沖毀。 搗打料有較高的導(dǎo)熱性與施工性能搗打料有較高的導(dǎo)熱性與施工性能120的導(dǎo)熱系數(shù)的導(dǎo)熱系數(shù)10W/（m*k），常溫下容易搗實(shí)不反彈。），常溫下容易搗實(shí)不反彈。 砌體結(jié)構(gòu)必須滿足：盡量小的磚縫、盡量小的三角縫、適砌體結(jié)構(gòu)必須滿足：盡量小的磚縫、盡量小的三角縫、適宜的砌體厚度、不同材質(zhì)之間的導(dǎo)熱與膨脹協(xié)調(diào)性。宜的砌體厚度、不同材質(zhì)之間的導(dǎo)熱與膨脹協(xié)調(diào)性。1. 高爐爐缸爐底工況對耐材與砌體結(jié)構(gòu)的要求高爐爐缸爐底工況對耐材與砌體結(jié)構(gòu)的要求性性 能能單位單位炭炭 磚磚陶瓷杯陶瓷杯RB微孔微孔碳磚碳磚 FG微孔微孔碳磚碳磚 MG小碳小碳磚磚DG微孔微孔碳磚碳磚國產(chǎn)超微國產(chǎn)超微孔炭磚孔炭磚FG棕

8、剛玉棕剛玉澆注塊澆注塊剛玉剛玉莫來石莫來石復(fù)合復(fù)合棕剛玉棕剛玉微孔剛玉微孔剛玉導(dǎo)導(dǎo)熱熱系系數(shù)數(shù)室溫室溫W/mK7.558.854.961220.226.354.16-5.9130011.311.811.318.9522.064.934.485.034.5360012.41416.120.4224.075.424.46-4.0980012.41516.619.4922.934.615.08-透氣度透氣度mDa5.980.284.440.990.496.081194350.22氧化率氧化率%2.498.0918.065.275.6000-鐵水溶蝕指數(shù)鐵水溶蝕指數(shù)%15.7913.4628.1819

9、.4226.7700.5400-0.78抗渣侵蝕性抗渣侵蝕性%-23.08571006.84平均孔徑平均孔徑m0.2340.1091.0830.1210.10.175-0.125抗抗堿堿性性原耐壓強(qiáng)度原耐壓強(qiáng)度MPa46.5829.4129.9344.2545.2866.0810598.41159.3后耐壓強(qiáng)度后耐壓強(qiáng)度MPa51.1337.132.1558.654.1667.0535.86.55200.56強(qiáng)度變化率強(qiáng)度變化率%9.77267.433.7719.612.38669321.24體積膨脹率體積膨脹率%6.323.232.841.663.325.841731.862.14抗鋅抗鋅質(zhì)

10、量變化率質(zhì)量變化率%-39.131.38國內(nèi)外爐缸主體內(nèi)襯材料性能國內(nèi)外爐缸主體內(nèi)襯材料性能1. 高爐爐缸爐底工況對耐高爐爐缸爐底工況對耐材材與砌體結(jié)構(gòu)與砌體結(jié)構(gòu)的的要求要求爐缸材料基本性能爐缸材料基本性能傳統(tǒng)陶瓷杯傳統(tǒng)陶瓷杯微孔剛玉微孔剛玉炭磚炭磚較好的導(dǎo)熱性能較好的導(dǎo)熱性能優(yōu)良的抗鐵水溶蝕性優(yōu)良的抗鐵水溶蝕性優(yōu)良的抗堿性優(yōu)良的抗堿性優(yōu)良的抗渣性能優(yōu)良的抗渣性能較好的抗鋅侵蝕性較好的抗鋅侵蝕性較好的抗氧化性較好的抗氧化性爐缸材料應(yīng)具備的性能及各類材料比較爐缸材料應(yīng)具備的性能及各類材料比較1. 高爐爐缸爐底工況對耐高爐爐缸爐底工況對耐材材與砌體結(jié)構(gòu)與砌體結(jié)構(gòu)的的要求要求 研發(fā)思路：綜合微孔剛玉

11、磚和優(yōu)質(zhì)碳磚的優(yōu)點(diǎn)并克服其不研發(fā)思路：綜合微孔剛玉磚和優(yōu)質(zhì)碳磚的優(yōu)點(diǎn)并克服其不足。足。 利用石墨碳優(yōu)越的抗渣性能、剛玉優(yōu)越的抗鐵性能和抗利用石墨碳優(yōu)越的抗渣性能、剛玉優(yōu)越的抗鐵性能和抗氧化（尤其是抗水蒸氣氧化）性能，形成一種氧化（尤其是抗水蒸氣氧化）性能，形成一種既有高導(dǎo)熱既有高導(dǎo)熱性又有很好的抗渣鐵和抗氧化性能性又有很好的抗渣鐵和抗氧化性能的碳復(fù)合磚。以解決目的碳復(fù)合磚。以解決目前各種碳磚抗氧化能力低，尤其是抗水蒸氣氧化能力低，前各種碳磚抗氧化能力低，尤其是抗水蒸氣氧化能力低，抗鐵能力不足等問題，抗鐵能力不足等問題，真正防止一旦冷卻失效鐵水直接接真正防止一旦冷卻失效鐵水直接接觸磚襯，造成爐缸

12、燒穿的嚴(yán)重事故。觸磚襯，造成爐缸燒穿的嚴(yán)重事故。1. 高爐爐缸爐底工況對耐高爐爐缸爐底工況對耐材材與砌體結(jié)構(gòu)與砌體結(jié)構(gòu)的的要求要求2. 碳復(fù)合磚的性能特征碳復(fù)合磚的性能特征 碳復(fù)合磚的主要性能比較：碳復(fù)合磚的主要性能比較： 微孔化性能微孔化性能 導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性 抗氧化性抗氧化性 抗鐵溶蝕性抗鐵溶蝕性 抗堿性抗堿性 抗渣性抗渣性 抗鋅性能抗鋅性能 2.1 碳碳復(fù)合磚的微氣孔復(fù)合磚的微氣孔性能性能碳復(fù)合磚微孔化率高，這是由于：碳復(fù)合磚微孔化率高，這是由于：1）物料與級配合理物料與級配合理，基質(zhì)中有足夠量的微米和亞，基質(zhì)中有足夠量的微米和亞微米級細(xì)粉，充填較大顆粒間的間隙，降低了氣孔率和孔徑；微米級細(xì)

13、粉，充填較大顆粒間的間隙，降低了氣孔率和孔徑；2）2500噸壓力機(jī)噸壓力機(jī)提高提高了磚坯密實(shí)度；了磚坯密實(shí)度；3）在）在1600以上高溫以上高溫?zé)芍杏械奈⒎坌纬梢合?，充填和堵塞了微小燒成中有的微粉形成液相，充填和堵塞了微小的氣孔和裂紋；的氣孔和裂紋；4）添加添加物物在燒結(jié)過程中在燒結(jié)過程中的反應(yīng)生成物：的反應(yīng)生成物：-SiC纖維狀晶須纖維狀晶須、氮、氮 化物化物Al2O3SiO2 ，堵塞和封閉了氣孔，同時使骨料和基質(zhì)間結(jié)合更加緊密；，堵塞和封閉了氣孔，同時使骨料和基質(zhì)間結(jié)合更加緊密； 圖圖9 碳復(fù)合磚試樣高倍下呈現(xiàn)的原位生成的碳化硅纖維晶須碳復(fù)合磚試樣高倍下呈現(xiàn)的原位生成的碳化硅纖維晶須性能

14、性能單位單位碳復(fù)合碳復(fù)合磚磚RBRB微孔微孔碳磚碳磚 F GF G 微微孔碳磚孔碳磚 MGMG小小碳磚碳磚D GD G 微微孔碳磚孔碳磚國產(chǎn)超微國產(chǎn)超微孔碳磚孔碳磚 復(fù)合棕復(fù)合棕剛玉磚剛玉磚剛 玉 莫剛 玉 莫來石磚來石磚透氣度透氣度mDamDa0.000.000.635.985.980.280.284.444.440.990.990.490.4984.2784.2765.5765.57平均孔徑平均孔徑mm0.050.050.2380.2340.2340.1090.1091.081.083 30.1210.1210.10.16.266.2613.013.01m1m孔容積孔容積% %83.183

15、.13 380.4476.3376.3378.6778.6753.453.476.0876.0882.5182.513.473.4714.6614.662.1 碳碳復(fù)合磚的微氣孔復(fù)合磚的微氣孔性能性能 從表從表中中可以可以看出，碳復(fù)合磚具有優(yōu)越的微氣孔性能，與微孔、看出，碳復(fù)合磚具有優(yōu)越的微氣孔性能，與微孔、超微孔碳磚相當(dāng)，明顯超微孔碳磚相當(dāng)，明顯優(yōu)于復(fù)合優(yōu)于復(fù)合棕剛玉磚和剛玉莫來石磚棕剛玉磚和剛玉莫來石磚。 碳碳復(fù)合磚和其它磚的微氣孔性能指標(biāo)對比復(fù)合磚和其它磚的微氣孔性能指標(biāo)對比 1）材料的導(dǎo)熱首先取決于其固體組分的導(dǎo)熱性：）材料的導(dǎo)熱首先取決于其固體組分的導(dǎo)熱性： 碳化硅的導(dǎo)熱系數(shù)為碳化硅

16、的導(dǎo)熱系數(shù)為83.6W/(m.k)，氧化鋁與氧化硅等的為，氧化鋁與氧化硅等的為4.5 W/(m.k)，碳的為，碳的為60 W/(m.k)，氮化鋁的為，氮化鋁的為320 W/(m.k)。根據(jù)傅里葉定律推導(dǎo)出的串聯(lián)模型進(jìn)行計(jì)算復(fù)合材料的導(dǎo)熱根據(jù)傅里葉定律推導(dǎo)出的串聯(lián)模型進(jìn)行計(jì)算復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)，如下式所示：系數(shù)，如下式所示： =（Vsic sic + Vc c + Vm m） (1-P) 14 W/(m.k)式中式中為導(dǎo)熱系數(shù)，為導(dǎo)熱系數(shù)，V為各組分體積分?jǐn)?shù)，為各組分體積分?jǐn)?shù)，P為氣孔率；為氣孔率； 根據(jù)上式理論計(jì)算，碳復(fù)合磚的導(dǎo)熱系數(shù)與實(shí)際測量值基根據(jù)上式理論計(jì)算，碳復(fù)合磚的導(dǎo)熱系數(shù)與實(shí)際測量

17、值基本相符。本相符。 2.2 碳復(fù)合磚的導(dǎo)熱性碳復(fù)合磚的導(dǎo)熱性化學(xué)成分化學(xué)成分Al2O3CSiO2TiO2Fe2O3Na2OK2OSiC含量，含量，%74.059.28.181.20.90.290.116.02）與材料的氣孔率（）與材料的氣孔率（p）有關(guān)有關(guān)，碳復(fù)合磚為超微孔磚，碳復(fù)合磚為超微孔磚，氣孔率氣孔率較低較低，因此碳復(fù)合磚的導(dǎo)熱系數(shù)不會顯著降低。，因此碳復(fù)合磚的導(dǎo)熱系數(shù)不會顯著降低。3）碳復(fù)合磚是在）碳復(fù)合磚是在高溫條件下燒制高溫條件下燒制而成，減少而成，減少了了晶體中存在的晶體中存在的空位、位錯或其他缺陷，弱化了因晶格缺陷造成的導(dǎo)熱系數(shù)的空位、位錯或其他缺陷，弱化了因晶格缺陷造成的

18、導(dǎo)熱系數(shù)的降低。降低。4）碳復(fù)合磚中）碳復(fù)合磚中雜質(zhì)成分含量較少雜質(zhì)成分含量較少，對晶格波熱散射作用影響，對晶格波熱散射作用影響小，故導(dǎo)熱系數(shù)較大。小，故導(dǎo)熱系數(shù)較大。5）碳復(fù)合磚中新生成的）碳復(fù)合磚中新生成的碳化硅與氮化鋁碳化硅與氮化鋁和石墨形成和石墨形成致密的網(wǎng)致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)狀結(jié)構(gòu)，有利于熱的傳導(dǎo)。，有利于熱的傳導(dǎo)。2.2 碳復(fù)合磚的導(dǎo)熱性碳復(fù)合磚的導(dǎo)熱性典型高爐耐火材料導(dǎo)熱率對比典型高爐耐火材料導(dǎo)熱率對比2.2 碳復(fù)合磚的導(dǎo)熱性碳復(fù)合磚的導(dǎo)熱性性性 能能單位單位碳復(fù)合磚碳復(fù)合磚RB微孔碳微孔碳磚磚 FG微孔碳微孔碳磚磚 MG小碳小碳磚磚DG微孔碳微孔碳磚磚國產(chǎn)超微孔國產(chǎn)超微孔炭磚炭磚導(dǎo)導(dǎo)

19、熱熱系系數(shù)數(shù)室溫室溫W/mK17.347.558.854.961220.2230016.2111.311.811.318.9522.0660014.2712.41416.120.4224.0780013.7812.41516.619.4922.93碳復(fù)合磚具有與優(yōu)質(zhì)炭磚同樣好的導(dǎo)熱性，而其導(dǎo)熱性隨溫度碳復(fù)合磚具有與優(yōu)質(zhì)炭磚同樣好的導(dǎo)熱性，而其導(dǎo)熱性隨溫度升高而降低的特性更符合爐缸傳熱的需要升高而降低的特性更符合爐缸傳熱的需要1）碳復(fù)合磚主要成分是氧化鋁，抗氧化性能好；）碳復(fù)合磚主要成分是氧化鋁，抗氧化性能好；2）添加添加物物在燒結(jié)過程中將發(fā)生在燒結(jié)過程中將發(fā)生如如Si+C=SiC等等的原位反應(yīng)

20、，生成的原位反應(yīng)，生成具有較好抗氧化性的物相，具有較好抗氧化性的物相，達(dá)到保護(hù)達(dá)到保護(hù)炭組分炭組分免遭氧化的作用。免遭氧化的作用。3）碳復(fù)合磚有極好的微孔化性能，幾乎為不透氣磚，使氧化）碳復(fù)合磚有極好的微孔化性能，幾乎為不透氣磚，使氧化反應(yīng)只能在磚的表面進(jìn)行，大大降低了氧化作用。反應(yīng)只能在磚的表面進(jìn)行，大大降低了氧化作用。2.3.1 碳復(fù)合磚的抗氧化性碳復(fù)合磚的抗氧化性CO2性能性能單位單位碳復(fù)合磚碳復(fù)合磚R BR B 微微孔碳磚孔碳磚 F GF G 微微孔碳磚孔碳磚 M GM G 小小碳磚碳磚D GD G 微微孔碳磚孔碳磚 國 產(chǎn) 超 微國 產(chǎn) 超 微孔碳磚孔碳磚 氧化率氧化率 % % 0.

21、50.50.92.492.498.098.0918.0618.065.275.275.65.6碳復(fù)合磚的抗氧化性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)炭磚碳復(fù)合磚的抗氧化性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)炭磚 國產(chǎn)國產(chǎn) 微孔碳磚抗氧化后照片微孔碳磚抗氧化后照片 碳復(fù)合磚抗氧化后照片碳復(fù)合磚抗氧化后照片 （碳磚表明氧化嚴(yán)重，呈蜂窩狀碳磚表明氧化嚴(yán)重，呈蜂窩狀） （碳復(fù)合磚表明幾乎無氧化，表面光滑）（碳復(fù)合磚表明幾乎無氧化，表面光滑）2.3.1 碳復(fù)合磚的抗氧化性碳復(fù)合磚的抗氧化性CO2 2.3.2 碳復(fù)合磚的抗氧化性碳復(fù)合磚的抗氧化性水蒸汽水蒸汽用熱重法試驗(yàn)，其裝置如圖所示。測試氣氛分別為空氣和體積分?jǐn)?shù)為用熱重法試驗(yàn)，其裝置如圖

22、所示。測試氣氛分別為空氣和體積分?jǐn)?shù)為20%的的水蒸氣。裝試樣的坩堝為水蒸氣。裝試樣的坩堝為w(Al2O3)=99.9%的坩堝。所用天平的靈敏度為的坩堝。所用天平的靈敏度為0.000 1 mg。從。從200到到1500，升溫時間為，升溫時間為325分鐘。分鐘。 圖 抗水蒸氣試驗(yàn)裝置試驗(yàn)表明：在試驗(yàn)表明：在1500的條件下，的條件下，碳復(fù)合磚也表現(xiàn)出了優(yōu)越的抗水蒸氣氧化的碳復(fù)合磚也表現(xiàn)出了優(yōu)越的抗水蒸氣氧化的能力，其氧化失重率只有約能力，其氧化失重率只有約6.5%，表面比較光潔；而微孔碳磚的達(dá)到約，表面比較光潔；而微孔碳磚的達(dá)到約65%，且碳磚表面完全呈蜂窩狀且碳磚表面完全呈蜂窩狀。 碳復(fù)合磚以碳

23、復(fù)合磚以Al2O3陶瓷材料為主，有很好的抗鐵溶蝕性；陶瓷材料為主，有很好的抗鐵溶蝕性； 碳復(fù)合磚表面碳復(fù)合磚表面的碳與鐵水進(jìn)行碳交換，由于碳的損失，在碳的碳與鐵水進(jìn)行碳交換，由于碳的損失，在碳復(fù)合磚熱面形成了一層脫碳層裸露出復(fù)合磚熱面形成了一層脫碳層裸露出Al2O3 ， Al2O3又阻止了又阻止了鐵水鐵水的的進(jìn)一步侵蝕進(jìn)一步侵蝕。 碳復(fù)合磚的微孔化結(jié)構(gòu)使鐵水的溶蝕只能在磚襯的表面進(jìn)行；碳復(fù)合磚的微孔化結(jié)構(gòu)使鐵水的溶蝕只能在磚襯的表面進(jìn)行；2.4 碳復(fù)合磚的抗鐵性能碳復(fù)合磚的抗鐵性能性性 能能單位單位碳復(fù)碳復(fù)合磚合磚炭炭 磚磚陶瓷杯陶瓷杯R BR B 微微孔碳磚孔碳磚 F GF G 微 孔微 孔

24、碳磚碳磚 M GM G 小小碳磚碳磚D GD G 微 孔微 孔碳磚碳磚 國產(chǎn)超微國產(chǎn)超微孔炭磚孔炭磚棕棕剛剛玉澆玉澆注塊注塊剛玉剛玉莫來莫來石石復(fù)合復(fù)合棕剛棕剛玉玉微孔微孔剛玉剛玉鐵水溶蝕指鐵水溶蝕指數(shù)數(shù)%0.3115.7913.4628.1819.4226.7700.5400-0.78碳復(fù)合磚的鐵水溶蝕指數(shù)碳復(fù)合磚的鐵水溶蝕指數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于炭磚，且接近于不侵蝕狀態(tài)。優(yōu)于炭磚，且接近于不侵蝕狀態(tài)。2.4 碳復(fù)合磚的抗鐵性能碳復(fù)合磚的抗鐵性能國國產(chǎn)產(chǎn)微微孔孔碳碳磚磚抗抗鐵鐵水水侵侵蝕蝕前前后后外外觀觀碳碳復(fù)復(fù)合合磚磚抗抗鐵鐵水水侵侵蝕蝕前前后后外外觀觀縱裂紋為撤除連接桿造成的縱裂紋為撤除連接桿造成的

25、2.5 碳復(fù)合磚的抗渣性能碳復(fù)合磚的抗渣性能 爐渣對耐火材料的侵蝕一般受化學(xué)擴(kuò)散控速和反應(yīng)控速爐渣對耐火材料的侵蝕一般受化學(xué)擴(kuò)散控速和反應(yīng)控速制約。由于碳復(fù)合磚的微孔化程度高，結(jié)構(gòu)致密，因此爐渣制約。由于碳復(fù)合磚的微孔化程度高，結(jié)構(gòu)致密，因此爐渣對碳復(fù)合磚的滲透作用較小；熔損主要受界面化學(xué)反應(yīng)控速，對碳復(fù)合磚的滲透作用較?。蝗蹞p主要受界面化學(xué)反應(yīng)控速，而爐渣對炭的不潤濕性以及碳復(fù)合磚中而爐渣對炭的不潤濕性以及碳復(fù)合磚中Al2O3與熔渣反應(yīng)形成與熔渣反應(yīng)形成的鎂鋁尖晶石（熔點(diǎn)的鎂鋁尖晶石（熔點(diǎn)2135）等提高了渣的粘度降低了化學(xué)）等提高了渣的粘度降低了化學(xué)反應(yīng)速度，因此碳復(fù)合磚具有較好的抗渣性能

26、反應(yīng)速度，因此碳復(fù)合磚具有較好的抗渣性能 。 碳復(fù)合磚抗渣侵蝕實(shí)驗(yàn)后的碳復(fù)合磚抗渣侵蝕實(shí)驗(yàn)后的SEM-EDS圖圖2.5 碳復(fù)合磚的抗渣性能碳復(fù)合磚的抗渣性能性性 能能單位單位碳復(fù)碳復(fù)合磚合磚炭炭 磚磚陶瓷杯陶瓷杯RBRB微孔微孔碳磚碳磚 FGFG微孔碳微孔碳磚磚 MGMG小小碳磚碳磚DGDG微孔碳微孔碳磚磚 國產(chǎn)超微國產(chǎn)超微孔炭磚孔炭磚棕棕剛玉剛玉澆注塊澆注塊剛玉剛玉莫來石莫來石復(fù)合復(fù)合棕剛玉棕剛玉微孔剛微孔剛玉玉抗渣侵蝕性抗渣侵蝕性%2.8-23.08571006.84 在實(shí)際生產(chǎn)中，因高爐爐缸爐底有冷卻的作用，因此在碳在實(shí)際生產(chǎn)中，因高爐爐缸爐底有冷卻的作用，因此在碳復(fù)合磚界面處形成一層過

27、渡層，而該層因固體復(fù)合磚界面處形成一層過渡層，而該層因固體Al2O3顆粒和石顆粒和石墨碳的存在，粘度較大，不易被鐵水沖刷，緊密的粘附在碳墨碳的存在，粘度較大，不易被鐵水沖刷，緊密的粘附在碳復(fù)合磚表面，從而隔離開鐵水與碳復(fù)合磚的直接接觸，對碳復(fù)合磚表面，從而隔離開鐵水與碳復(fù)合磚的直接接觸，對碳復(fù)合磚形成了有效的保護(hù)。復(fù)合磚形成了有效的保護(hù)。2.6 碳復(fù)合磚的抗鋅性能碳復(fù)合磚的抗鋅性能各種磚抗鋅各種磚抗鋅侵蝕前后質(zhì)量變化率侵蝕前后質(zhì)量變化率 高爐中的鋅主要以氧化物（高爐中的鋅主要以氧化物（ZnO）、鐵酸鹽（）、鐵酸鹽（ZnOFe2O3）、）、硅酸鹽（硅酸鹽（2ZnOSiO2）以及硫化物（）以及硫化

28、物（ZnS）的形式存在。在大于）的形式存在。在大于1000的高溫區(qū)被的高溫區(qū)被CO還原為氣態(tài)鋅。期間一部分被煤氣粉塵還原為氣態(tài)鋅。期間一部分被煤氣粉塵帶出爐外，一部分如到達(dá)溫度較低的區(qū)域時冷凝（帶出爐外，一部分如到達(dá)溫度較低的區(qū)域時冷凝（580）而）而再氧化，附著于下降的爐料將再次進(jìn)入高溫區(qū)，周而復(fù)始就形再氧化，附著于下降的爐料將再次進(jìn)入高溫區(qū)，周而復(fù)始就形成了鋅在高爐內(nèi)的富集。成了鋅在高爐內(nèi)的富集。稱量稱量25g的的ZnO和和10g的石墨粉的石墨粉，混勻，混勻后鋪到剛玉坩堝底部（生成的鋅蒸汽質(zhì)量為后鋪到剛玉坩堝底部（生成的鋅蒸汽質(zhì)量為20g）。按照一定）。按照一定的升溫制度升溫到的升溫制度升

29、溫到1100，保溫，保溫24小時小時冷卻后檢驗(yàn)。冷卻后檢驗(yàn)。耐火材料耐火材料碳復(fù)合磚碳復(fù)合磚微孔剛玉磚微孔剛玉磚微孔碳磚微孔碳磚體積變化率體積變化率%0.920.921.092.582.583.77-0.20-0.20-0.96質(zhì)量變化率質(zhì)量變化率%-6.5-6.5-7.211.051.051.89-35.21-35.21-44.59試驗(yàn)后強(qiáng)度試驗(yàn)后強(qiáng)度MPa55551301300 0碳復(fù)合磚碳復(fù)合磚微孔剛玉磚微孔剛玉磚微孔炭磚微孔炭磚 鋅蒸汽可滲入磚的表層，磚中的炭也參與了鋅蒸汽可滲入磚的表層，磚中的炭也參與了ZnO的還原的還原反應(yīng)，碳復(fù)合磚和微孔炭磚的重量有所減少是由于其滲入的反應(yīng)，碳復(fù)合

30、磚和微孔炭磚的重量有所減少是由于其滲入的Zn含量低于化學(xué)反應(yīng)消耗的含量低于化學(xué)反應(yīng)消耗的C量。而微孔炭磚質(zhì)量損失較多，量。而微孔炭磚質(zhì)量損失較多，表明表明參與反應(yīng)的參與反應(yīng)的C含量較多含量較多，對磚襯有較大的破壞作用。如，對磚襯有較大的破壞作用。如果在襯體內(nèi)有縫隙，果在襯體內(nèi)有縫隙，鋅蒸汽將隨著煤氣進(jìn)入對炭磚造成侵蝕鋅蒸汽將隨著煤氣進(jìn)入對炭磚造成侵蝕而形成環(huán)狀斷裂而形成環(huán)狀斷裂。這也是爐缸炭磚出現(xiàn)環(huán)狀斷裂的主要原因這也是爐缸炭磚出現(xiàn)環(huán)狀斷裂的主要原因。2.6 碳復(fù)合磚的抗鋅性能碳復(fù)合磚的抗鋅性能2. 7 碳復(fù)合磚的抗堿性能碳復(fù)合磚的抗堿性能性性 能能單位單位碳復(fù)碳復(fù)合磚合磚炭炭 磚磚陶瓷杯陶瓷

31、杯日本日本BC-7S法國法國AM-102美國美國NMA德國德國7RDN國產(chǎn)超微國產(chǎn)超微孔炭磚孔炭磚法國棕剛法國棕剛玉澆注塊玉澆注塊剛玉剛玉莫來石莫來石復(fù)合復(fù)合棕剛玉棕剛玉微孔剛玉微孔剛玉抗抗堿堿性性原耐壓強(qiáng)度原耐壓強(qiáng)度MPa7646.5829.4129.9344.2545.2866.0810598.41159.3后耐壓強(qiáng)度后耐壓強(qiáng)度MPa79.9351.1337.132.1558.654.1667.0535.86.55200.56強(qiáng)度變化率強(qiáng)度變化率%5.29.77267.433.7719.612.38669321.24體積膨脹率體積膨脹率%2.926.323.232.841.663.325.

32、841731.862.14抗堿侵蝕抗堿侵蝕GB/T14983 （1100 10 30h下下K3CO3與木炭反應(yīng)的堿蒸汽對材料與木炭反應(yīng)的堿蒸汽對材料強(qiáng)度和體積的影響強(qiáng)度和體積的影響 ）碳復(fù)合磚的抗堿性能與優(yōu)質(zhì)炭磚和微孔剛玉磚相當(dāng)，遠(yuǎn)優(yōu)于目前市場上的傳統(tǒng)陶瓷碳復(fù)合磚的抗堿性能與優(yōu)質(zhì)炭磚和微孔剛玉磚相當(dāng)，遠(yuǎn)優(yōu)于目前市場上的傳統(tǒng)陶瓷杯材料。杯材料。性性 能能單位單位碳復(fù)碳復(fù)合磚合磚炭炭 磚磚陶瓷杯陶瓷杯日本日本BC-7S法國法國AM-102美國美國NMA德國德國7RDN國產(chǎn)超微國產(chǎn)超微孔炭磚孔炭磚法國棕剛法國棕剛玉澆注塊玉澆注塊剛玉剛玉莫來石莫來石復(fù)合復(fù)合棕剛玉棕剛玉微孔剛玉微孔剛玉體積密度體積密度

33、g/cm32.781.581.561.621.771.693.292.863.023.32顯氣孔率顯氣孔率%10.9613.991718.8615.0517.291018139.7導(dǎo)導(dǎo)熱熱系系數(shù)數(shù)室溫室溫W/mK17.347.558.854.961220.226.354.16-5.9130016.2111.311.811.318.9522.064.934.485.034.5360014.2712.41416.120.4224.075.424.46-4.0980013.7812.41516.619.4922.934.615.08-透氣度透氣度mDa0-0.635.980.284.440.990.

34、496.081194350.22氧化率氧化率%0-0.92.498.0918.065.275.6000-鐵水溶蝕指數(shù)鐵水溶蝕指數(shù)%0.3115.7913.4628.1819.4226.7700.5400-0.78抗渣侵蝕性抗渣侵蝕性%2.8-23.08571006.84平均孔徑平均孔徑m0.2380.2340.1091.0830.1210.10.175-0.125抗抗堿堿性性原耐壓強(qiáng)度原耐壓強(qiáng)度MPa7646.5829.4129.9344.2545.2866.0810598.41159.3后耐壓強(qiáng)度后耐壓強(qiáng)度MPa79.9351.1337.132.1558.654.1667.0535.86.5

35、5200.56強(qiáng)度變化率強(qiáng)度變化率%5.29.77267.433.7719.612.38669321.24體積膨脹率體積膨脹率%2.926.323.232.841.663.325.841731.862.14抗鋅抗鋅質(zhì)量變化率質(zhì)量變化率%-6.82-39.131.38碳復(fù)合磚與國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)炭磚及陶瓷杯性能的比較碳復(fù)合磚與國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)炭磚及陶瓷杯性能的比較項(xiàng)目項(xiàng)目單位單位指標(biāo)指標(biāo)典型值典型值A(chǔ)L2O3%70C%5粘結(jié)抗折強(qiáng)度粘結(jié)抗折強(qiáng)度 110烘干烘干 14003h3hMPa13粘結(jié)時間粘結(jié)時間min13碳復(fù)合磚碳復(fù)合磚用用配套泥漿配套泥漿 剛玉剛玉+石墨石墨+碳化硅，碳化硅， 磷酸鹽結(jié)合。磷酸鹽結(jié)合

36、。 特點(diǎn)：冷態(tài)下有一定的結(jié)合強(qiáng)度，防止泥漿因砌體自重流特點(diǎn)：冷態(tài)下有一定的結(jié)合強(qiáng)度，防止泥漿因砌體自重流淌而不飽滿，同時防止灌漿時高壓沖刷流失泥漿。淌而不飽滿，同時防止灌漿時高壓沖刷流失泥漿。配套泥漿與搗打料配套泥漿與搗打料項(xiàng)目項(xiàng)目單位單位指標(biāo)指標(biāo)典型值典型值體積密度體積密度g/cm31.6耐壓強(qiáng)度耐壓強(qiáng)度MPa10導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)120烘干烘干 w/（m.k）15施工溫度施工溫度5-30碳碳素?fù)v打料素?fù)v打料 高石墨化電煅煤高石墨化電煅煤+電極碎末電極碎末+鱗片石墨，樹脂鱗片石墨，樹脂+焦油復(fù)合結(jié)焦油復(fù)合結(jié)合劑。合劑。 特點(diǎn)：高導(dǎo)熱性；無刺鼻氣味；常溫特點(diǎn)：高導(dǎo)熱性；無刺鼻氣味；常溫冷態(tài)搗打施

37、工；高溫冷態(tài)搗打施工；高溫下有一定的收縮率，以吸收磚體高溫下的膨脹下有一定的收縮率，以吸收磚體高溫下的膨脹。配套泥漿與搗打料配套泥漿與搗打料2012年高爐長壽及高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐專題研討會上，吳啟常大師和年高爐長壽及高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐專題研討會上，吳啟常大師和王莜留教授在王莜留教授在“爐缸長壽的關(guān)鍵在于耐火材料質(zhì)量的突破爐缸長壽的關(guān)鍵在于耐火材料質(zhì)量的突破”一一文中指出：文中指出： 3）從延長爐缸側(cè)壁從延長爐缸側(cè)壁“象腳型象腳型”侵蝕區(qū)域壽命的角度出發(fā)，理想侵蝕區(qū)域壽命的角度出發(fā)，理想的耐火材料性能應(yīng)同時具備：導(dǎo)熱率和微孔指標(biāo)達(dá)到當(dāng)前微的耐火材料性能應(yīng)同時具備：導(dǎo)熱率和微孔指標(biāo)達(dá)到當(dāng)前微孔或超微孔炭磚的水

38、平；抗鐵水溶蝕指數(shù)達(dá)到陶瓷杯材料的孔或超微孔炭磚的水平；抗鐵水溶蝕指數(shù)達(dá)到陶瓷杯材料的水平；水平； 4）在當(dāng)今炭磚的抗鐵水熔蝕性能明顯劣于陶瓷杯材料時，陶瓷）在當(dāng)今炭磚的抗鐵水熔蝕性能明顯劣于陶瓷杯材料時，陶瓷杯是有用的。今后當(dāng)爐缸砌筑材料的抗鐵水熔蝕性能達(dá)到陶瓷杯是有用的。今后當(dāng)爐缸砌筑材料的抗鐵水熔蝕性能達(dá)到陶瓷杯材料同一水平時，爐缸采用杯材料同一水平時，爐缸采用陶瓷杯結(jié)構(gòu)便變得沒有必要了。陶瓷杯結(jié)構(gòu)便變得沒有必要了。3.1 爐缸爐底砌體結(jié)構(gòu)爐缸爐底砌體結(jié)構(gòu)方案方案1 風(fēng)口、鐵口、爐缸、爐底上部風(fēng)口、鐵口、爐缸、爐底上部3層全為碳復(fù)合磚層全為碳復(fù)合磚碳復(fù)合磚碳復(fù)合磚3.2 爐缸爐底砌體結(jié)構(gòu)

39、爐缸爐底砌體結(jié)構(gòu)方案方案2 陶瓷墊陶瓷墊碳復(fù)合磚碳復(fù)合磚4. 工程應(yīng)用實(shí)例與業(yè)績工程應(yīng)用實(shí)例與業(yè)績序號序號單位單位 高爐容積高爐容積m m3 3 投產(chǎn)投產(chǎn)時間時間使用范圍使用范圍1 1通才通才2 2# #41041020072007-12-12風(fēng)口、渣口鐵口、爐缸、爐底上部風(fēng)口、渣口鐵口、爐缸、爐底上部2 2層層2 2建邦建邦2 2# #41041020082008-7-7同上同上3 3通才通才（山東院山東院）1860186020122012-7-7風(fēng)口、鐵口、爐缸、爐底風(fēng)口、鐵口、爐缸、爐底1-21-2層邊角，爐底第三層層邊角，爐底第三層4 4通才通才1 1# #38038020152015

40、5 5邯鄲縱橫邯鄲縱橫3 3# #45045020122012碳復(fù)合磚碳復(fù)合磚+ +陶瓷杯陶瓷杯6 62 2# #45045020122012全碳復(fù)合磚全碳復(fù)合磚7 74 4# #63063020142014全碳復(fù)合磚全碳復(fù)合磚8 8山西高義山西高義（福海設(shè)計(jì)福海設(shè)計(jì)）3 3# #10801080201220129 94 4# #108010802012201210102 2# #6306302013201311Russia/MMK6 6# #1580158020132013128 8# #1580158020142014131010# #20002000201420141414冷水江冷水江1

41、 1# #63063020112011序號序號單位單位 高爐容積高爐容積m m3 3 投產(chǎn)投產(chǎn)時間時間使用范圍使用范圍1515新金山新金山2 2# #5505502011201116161 1# #4504502012013 31717武安烘熔武安烘熔320320201320131818126012602014201419192#6202#620201520152020黎城太行黎城太行450450201120112121河南朝陽河南朝陽630630201220122222北京神霧北京神霧熔融還原煉鐵爐熔融還原煉鐵爐201320132323濟(jì)源濟(jì)源6 6# #450450201320132424

42、3 3# #450450201420142525遷安軋一遷安軋一2 2# #450450201420142626本溪聚鑫達(dá)本溪聚鑫達(dá)480480201420142727立恒立恒450450201420142828立恒宇豐立恒宇豐450450201420144. 工程應(yīng)用實(shí)例與業(yè)績工程應(yīng)用實(shí)例與業(yè)績4. 工程應(yīng)用實(shí)例與業(yè)績工程應(yīng)用實(shí)例與業(yè)績序號序號單位單位 高爐容積高爐容積m m3 3 投產(chǎn)投產(chǎn)時間時間使用范圍使用范圍2929寬城大成鑄造（兆豐）寬城大成鑄造（兆豐）6306302014201430302 2# #630630201520153131陜西龍鋼陜西龍鋼2 2# #8508502014

43、2014國有企業(yè)國有企業(yè)3232柳鋼（柳鋼（柳鋼院柳鋼院）1580158020152015國有企業(yè)國有企業(yè)3333越南和發(fā)（越南和發(fā)（唐鋼院唐鋼院）630630201520153434遷安松汀遷安松汀450450201520153535平山敬業(yè)烏鋼平山敬業(yè)烏鋼616616201520153636天鐵天鐵72072020152015國有企業(yè)國有企業(yè)3737天鐵崇利天鐵崇利45045020152015國有企業(yè)國有企業(yè)3838威海鑫山威海鑫山300300201520153939唐山東海唐山東海450450201520154040銅陵旋力銅陵旋力850850201520154141秦皇島佰工秦皇島佰工

44、630630201520154242襄汾星原襄汾星原45045020152015微孔模壓炭磚微孔模壓炭磚微孔模壓炭磚微孔模壓炭磚渣口中心線8250鐵口中心線7000鐵口中心線爐皮拐點(diǎn)6220微孔模壓炭磚上面標(biāo)高微孔模壓炭磚下面標(biāo)高524436409250997510000爐皮拐點(diǎn)碳復(fù)合磚爐底碳復(fù)合磚爐底碳復(fù)合磚上面標(biāo)高3 7 8 0685炭素?fù)v打料81007600100301201 6 0 46 9 22 7 6 85 4 67 2 5碳復(fù)合風(fēng)口組合磚54003 0 0 0碳復(fù)合磚1 0 64碳復(fù)合鐵口組合磚5 4 64 5 44 9 7 . 5碳復(fù)合渣口組合磚4 9 34 5 8 . 58山

45、西通才山西通才2 2# #410m410m3 3高爐應(yīng)用情況高爐應(yīng)用情況風(fēng)口組合磚風(fēng)口組合磚結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)保持完好，無上保持完好，無上翹開裂翹開裂現(xiàn)象?，F(xiàn)象。渣口組合磚渣口組合磚完好。完好。鐵口組合磚鐵口組合磚輕微侵蝕。輕微侵蝕。爐缸磚襯爐缸磚襯完整，鏟除渣殼后碳復(fù)合磚表面完整，鏟除渣殼后碳復(fù)合磚表面光潔，磚縫無開裂。光潔，磚縫無開裂。山西通才山西通才2 2# #410m410m3 3高爐使用高爐使用7 7年后情況年后情況距離鐵口中心線橫向距離鐵口中心線橫向 1.5m,縱向縱向 0.45m處，僅有約處，僅有約50mm的侵蝕的侵蝕 山西通才山西通才2 2# #410m410m3 3高爐使用高爐使用7

46、7年后情況年后情況碳復(fù)合磚表面光潔碳復(fù)合磚表面光潔在距鐵口中心線下方約在距鐵口中心線下方約 450mm 處，沿碳復(fù)合磚表面，用處，沿碳復(fù)合磚表面，用4mm的的鐵絲向下鐵絲向下插入達(dá)插入達(dá) 600mm ，鐵絲，鐵絲不彎曲，不彎曲，說明是說明是直通縫直通縫，也說明了沒有象腳型侵蝕。，也說明了沒有象腳型侵蝕。山西通才山西通才2 2# #410m410m3 3高爐使用高爐使用7 7年后情況年后情況山西通才山西通才1860m3高爐實(shí)例高爐實(shí)例碳復(fù)合磚碳復(fù)合磚微孔剛玉磚微孔剛玉磚各點(diǎn)溫度正常，溫度梯度分布合理各點(diǎn)溫度正常，溫度梯度分布合理山西通才山西通才1860m3高爐實(shí)例高爐實(shí)例山西高義山西高義1080m3高爐實(shí)例高爐實(shí)例唐山福海設(shè)計(jì)院圖紙?zhí)粕礁：ＴO(shè)計(jì)院圖紙山西高義山西高義1080m3高爐實(shí)例高爐實(shí)例2015-7-30 河北縱橫河北縱橫450m3高爐應(yīng)用情況高爐應(yīng)用情況爐號爐號 爐容爐容m