Углеродистые и графитовых кирпичей материалы для металлургических промышленных печей
Углерод и графит могут составлять огнеупорные материалы или служить важным сырьем для огнеупорных материалов, главным образом на основании их следующих свойств.
- (1) Графит обладает высокой термостойкостью, а максимальная температура может достигать 3850°C. Графит имеет небольшую потерю массы в дуге сверхвысокой температуры.
- (2) Графит обладает высокой химической стабильностью и нелегко вступает в реакцию с другими неорганическими материалами и расплавленными металлами. Он также трудно смачивается оксидным шлаком и обладает высокой стойкостью к проникновению.
- (3) Теплопроводность графита велика, но с ростом температуры она уменьшается. Даже при чрезвычайно высоких температурах он находится в адиабатическом состоянии.
- (4) Графит имеет анизотропную структуру и небольшой коэффициент линейного расширения. Поэтому он обладает хорошей термостойкостью.
Разработка применения углеродистых и графитовых огнеупорных материалов в футеровке доменных печей
Углеродистые и графитовые огнеупоры уже давно используются в доменных печах по производству чугуна и продолжают развиваться с развитием доменных печей по производству чугуна. Например, Германия начала использовать углеродистые кирпичи в доменных печах в 1920 году. В дальнейшем (в 1940-х и 1950-х годах) различные страны конкурировали за использование углеродистых кирпичей в доменных печах. В настоящее время крупные доменные печи в мире строятся из углеродистых кирпичей (угольных блоков) от пода печи до подины и других частей. Некоторые доменные печи построены до самой шахты и даже летки. С внедрением стенок печи с водяным охлаждением внутренняя часть колпака доменной печи также построена из углеродистого кирпича.
Первые углеродистые кирпичи в основном использовали металлургический кокс в качестве основного сырья, асфальт в качестве связующего вещества и производились методом экструзионного формования. Однако этот вид углеродистого кирпича часто подвергается локальной аномальной эрозии во время использования. По этой причине металлургический кокс был заменен обожженным антрацитовым коксом с хорошей устойчивостью к эрозии расплавленного железа для улучшения производительности. Однако, хотя обожженный антрацитовый полукокс имеет преимущество, заключающееся в хорошей устойчивости к эрозии расплавленного железа, его недостатком является плохая стойкость к щелочам из-за высокого содержания золы. Чтобы преодолеть этот недостаток обожженного антрацитового кокса, используют также искусственный графит.
Чтобы уменьшить повреждение углеродных кирпичей, вызванное просачиванием расплавленного железа в поры, в углеродные кирпичи были внесены различные улучшения.
- (1) Чтобы улучшить коррозионную стойкость расплавленного железа, в ингредиенты добавляют оксид алюминия.
- (2) Чтобы уменьшить размер пор, к ингредиентам добавляется металлический кремний. Во время обжига в результате реакции образуются усы, которые измельчают поры и предотвращают проникновение (инфильтрацию) расплавленного железа.
- (3) Чтобы улучшить эффект охлаждения, соотношение графита в смеси увеличивается.
- (4) Замените связующее вещество с асфальта на смолу, чтобы улучшить жаропрочность.
- (5) Добавление SiC позволяет сделать поры мелкими и предотвратить проникновение расплавленного железа.
- (6) В нижней части печи, чтобы улучшить охлаждающий эффект, снаружи печи используются графитовые кирпичи и кирпичи C-SiC с высокой теплопроводностью.
Крупнейшим потребителем углеродистых и графитовых огнеупоров является металлургическая промышленность. В основном применяется в качестве футеровочных огнеупорных материалов доменных печей (углеродистые и графитовые огнеупорные материалы для доменных печей), ферросплавов, рафинирования металлов (в том числе электропечей и чугунолитейных печей) и т. д. Среди них использование доменных печей превышает 70% (75% в Японии). В сталеплавильных электропечах применение в суровых деталях кирпичей из искусственного графита позволяет продлить срок службы. Кроме того, углеродистые кирпичи используются в качестве огнеупорного материала для футеровки электропечей при производстве фосфорных и растворимых фосфорных удобрений.
Углеродистые и графитовые огнеупорные материалы используются в качестве футеровочных материалов печей для выплавки цветных металлов.
Широко применяемыми углеродистыми и графитовыми огнеупорными материалами являются аморфные углеродистые кирпичи, частично графитовые или полуграфитовые углеродистые кирпичи и графитовые кирпичи. В то же время графитовые тигли и углеродоаморфные огнеупорные материалы также используются в крупных отраслях промышленности.
Кроме того, углеродистые и графитовые огнеупорные материалы применяют также в качестве огнеупорных материалов для футеровки печей для выплавки цветных металлов. Например, углеродистые и графитовые огнеупорные деревья широко используются в футеровке алюминиевых электролизеров. Обычно алюминиевые электролизеры представляют собой прямоугольные стальные корпуса, футерованные углеродистыми кирпичами. В электролитической ячейке подвешен угольный анод, а катодом является нижняя часть угольной ячейки. Катодные материалы алюминиевых электролизеров должны иметь хорошую электропроводность и быть способными противостоять эрозии криолита, NaF и жидкого алюминия при высоких температурах (900 ~ 1000 ° C). Поэтому углеродсодержащие материалы обычно используются в качестве катодов в алюминиевых электролизерах.
Повреждение углеродистого материала на дне алюминиевого электролизера происходит главным образом из-за проникновения Na. Далее следует эрозия криолита (завершается следующей реакцией):
3NaF·AlF3+Al=3Na+4AlF3
В настоящее время подтверждено, что проникновение Na уменьшается с увеличением степени графитизации углеродного катода. Таким образом, катодный материал алюминиевых электролизеров развивается от исходного аморфного углеродистого кирпича к полуграфитизированному кирпичу или графитизированному углеродистому кирпичу. При этом на поверхность угольного катода наносится слой покрытия, который имеет хорошую смачиваемость жидким алюминием, но неплавкий или тугоплавкий к жидкому алюминию и криолиту и обладает хорошей проводимостью. Например, TiB2 или покрытия, содержащие порошок TiB2.
Поскольку кислород выделяется из угольного анода, угольный анод быстро окисляется и несет большие потери. Чтобы обеспечить непрерывное производство, необходимо непрерывно добавлять анодную пасту в верхнюю часть самообжигающегося анода, которая состоит из пекового кокса или нефтяного кокса и каменноугольного пека. Это завершается проводимостью постоянного тока через анод и выделением тепла между электродами. В дополнение к самообожженным анодам также были разработаны процессы предварительно обожженных анодов.
Раньше для изготовления боковых стенок алюминиевых электролизеров использовались углеродные кирпичи. Однако из-за повреждения углеродистых кирпичей боковой стенки срок службы алюминиевого электролизера сократился и нарушилась его нормальная работа. Чтобы предотвратить повреждение углеродистых кирпичей боковых стенок в результате окисления, для изготовления боковых стенок были использованы огнеупорные материалы (кирпичи) SiC. К ним относятся высокоалюминий или глинозем в сочетании с огнеупорными материалами SiC, нитрид кремния в сочетании с огнеупорными материалами SiC, Si2N2O в сочетании с огнеупорными материалами SiC, сиалон в сочетании с огнеупорными материалами SiC и самосвязанные огнеупорные материалы SiC. SiC не реагирует с Na3AlF6, AlF3, NaF или CaF2. Среди них нитрид кремния в сочетании с огнеупорными материалами SiC обладают высокой устойчивостью к эрозии криолита, хорошей стойкостью к окислению, высокой прочностью и высоким сопротивлением. Это может не только продлить срок службы электролизера и уменьшить утечку, но также значительно уменьшить толщину боковой стенки и увеличить объем электролизера.
Производитель огнеупорных материалов RS является мощным производителем огнеупорных материалов. Мы занимаемся производством и продажей огнеупорной продукции. Если вам необходимо приобрести огнеупорные футеровочные материалы или вы хотите найти подходящее решение для огнеупорных футеровочных материалов, свяжитесь с нами. Мы имеем большой опыт реализации проектов, где углеродные и графитовые огнеупорные материалы используются в металлургических промышленных печах, а углеродные и графитовые огнеупорные материалы используются в качестве футеровочных материалов печей для выплавки цветных металлов. Бесплатное предложение по электронной почте, info@rsogneupory.ru.
