CN103969424A - 耐火衬砖抗锌侵蚀的试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

耐火衬砖抗锌侵蚀的试验装置，由加热炉、加热炉内壁的耐火绝热层、炉膛、墨坩埚及热电偶、温控器组成。其将炉膛高度或长度设为恒温区，温变区一，温变区二；石墨坩埚装在恒温区，在温变区一及温变区二装有碳粒；加热炉及石墨坩埚均为带门或盖的。试验方法：对试验衬砖烘干；空冷至室温；将石墨坩埚置于恒温区，并在石墨坩埚内按照锌粉—试验衬砖-锌粉的间隔铺设；在温变区一及温变区二装碳粒；启动前述的试验装置进行试验；加热炉停止运行并使试验衬砖随加热炉空冷至室温；进行试样常温耐压强度试验。本发明为提高炉内耐火衬抗锌侵蚀能力而减少锌对高炉的操作及炉体的危害，为防止由此对高炉炉体的损害及使用寿命提供依据及保障工作。

Description

耐火衬砖抗锌侵蚀的试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及一种耐火衬砖性能的试验装置及其试验方法，具体地属于一种耐火衬砖抗锌侵蚀的试验装置及试验方法。尤其适用于高铝砖、微孔炭砖、微孔铝炭砖等高炉炉衬材料抗锌侵蚀性测定。

背景技术

高炉用原料锌含量有增加的趋势，加上高锌含量二次回收资源回烧结配矿使用，导致高炉锌负荷较高，对高炉产生较大的危害，影响高炉操作和高炉使用寿命。

锌对高炉生产操作带来的危害，主要有以下几个方面

1）使炉料下降不顺，甚至导致悬料；

2）锌在炉衬表面沉积，容易产生炉瘤；

3）锌在炉衬内部沉积，造成炉衬显著膨胀、破坏；

4）锌在炉内循环，造成一定的热量转移；

5）烧坏风口等送风设备;

6）造成风口二套变形;

7）煤气除尘管路易堵塞;

8）煤气切断阀易卡死。

锌的富积原理：

随炉料下降逐渐升温，原料中锌开始还原，Zn的还原温度为1030℃，汽化温度为908℃，当温度升高到1030℃以上，ZnO即被还原为锌，由于锌的汽化温度低于ZnO的还原温度，被还原的锌立即汽化，随煤气上升，到高炉上部煤气温度下降，锌又被氧化生成ZnO，有的附在温度较低的炉料上随炉料下降，到高温区又被还原汽化，形成锌的循环富积。有部分ZnO附在炉尘上或成粉状随煤气排出炉外，以致瓦斯灰、炉前尘、洗涤泥中都含有很高的ZnO。

在炉缸高温区还原出来的锌蒸汽有一部分会渗入砖衬的砖缝、气孔和裂纹中，遇冷会凝固成液体或固体（凝固温度419.47℃），导致拆炉时砖缝中有锌块，换风口时流出锌液体。

防治锌危害的措施：

1）应注意减少入炉锌量

烧结矿含锌高的原因主要是洗涤泥、炉前尘和瓦斯灰进入烧结作为矿物使用，高炉排出的锌重新进入高炉，形成炉外的循环富积。应当制定矿石的含锌标准，洗涤泥、炉前尘和瓦斯灰的含锌量超过标准不应当采用，以免重新入炉提高入炉锌负荷。

2）防止锌在炉内大量沉积

高炉出现大量的ZnO和沉积碳混合形成的渣状物，是ZnO在炉缸内富积的主要形式。高炉操作可以采取措施，避免ZnO在炉内大量沉积，有以下几点：

A）保持高炉炉型稳定，侵蚀均匀，平整光滑，不出现局部过快侵蚀，形成侵蚀坑，为ZnO沉积创造条件。

B）保持较高的炉缸温度，或较高的铁水温度：

3）提高高炉砖衬抗锌侵蚀能力是减少锌危害的主要措施之一，主要是提高耐火材料的导热系数，加强冷却及降低耐火材料的平均孔径，阻止锌蒸汽进入砖衬内部。

以武钢为例，高炉锌负荷测定结果表明，锌负荷一般在0.5Kg/t左右,个别有达到1.5Kg/t以上的，锌负荷较高。高炉锌主要来源来***结矿和球团矿，其占锌来源的80%以上，综合粉和含锌较高的回收二次资源也是导致烧结矿锌含量高的原因。

减少锌对高炉砖衬的危害，除从减少锌的入炉量着手外，还应着手研究炉内耐火衬砖的抗锌侵蚀能力。

经检索，为减少锌对高炉砖衬的危害，文献主要是从研究减少锌的入炉量和脱除原料中锌方法着手，对于高炉砖衬抵抗锌的侵蚀能力的研究未见文献报道。

发明内容

本发明针对目前高炉锌负荷大，而影响高炉的正常生产及使用寿命问题，提供一种对耐火衬砖的抗锌侵蚀性能进行试验研究，为提高炉内耐火衬抗锌侵蚀能力而减少锌对高炉的操作及炉体的危害提供依据的试验装置及其试验方法。

实现上述目的的措施：

耐火衬砖抗锌侵蚀的试验装置，由加热炉、加热炉内壁的耐火绝热层、耐火绝热层形成的炉膛、装于炉膛内的石墨坩埚及热电偶、与热电偶连接的温控器组成，其在于：将炉膛高度或长度的1/3~2/3处设为恒温区，1/3以下为温变区一，2/3以上为温变区二；石墨坩埚装在恒温区，在温变区一及温变区二装满有粒度≤8mm的碳粒；所述的加热炉及石墨坩埚均为带门或盖的。

用耐火衬砖抗锌侵蚀的试验装置进行试验的方法，其步骤：

1）首先对试验衬砖在温度为105~115℃下烘干，烘干时间不低于90分钟；

2）将烘干的试验衬砖经空冷至室温；

3）将石墨坩埚置于恒温区；在石墨坩埚内先铺一层厚度为试验衬砖厚度的1/3~1/2的锌粉层；在锌粉层上平面放置试验衬砖形成试验衬砖层，试验衬砖与试验衬砖之间控制间隔不少于15mm；在试验衬砖层上再铺设锌粉层，直至将试验衬砖层全部覆盖；将石墨坩埚封闭；

4）在温变区一及温变区二装粒度≤8mm的碳粒直至装满；

5）启动耐火衬砖抗锌液侵蚀的试验装置，在升温速率为8~12℃/min下使炉膛温度升至980~1020℃；并保温，保温时间不低于18个小时；

6）停电使加热炉停止运行，使试验衬砖随加热炉空冷至室温；

7）将试验衬砖取出并进行试样试验前后常温耐压强度试验，砖衬抗锌能力以试验前后强度下降率表示，强度下降率越小抗锌能力越强。

其特征在于：石墨坩埚内的锌粉层与试验衬砖层为间隔设置。

其特征在于：试验衬砖层为同材质或不同材质的耐火衬砖同时进行铺设试验。

本发明尤其对耐火衬砖的抗锌侵蚀性能进行试验研究，为提高炉内耐火衬抗锌侵蚀能力而减少锌对高炉的操作及炉体的危害，为防止由此对高炉炉体的损害及使用寿命提供依据及保障工作。

附图说明

附图为本发明的耐火衬砖抗锌液侵蚀的试验装置的结构示意图；

图中：1—加热炉, 2—绝热层, 3—炉膛, 4—石墨坩埚，5—热电偶，

6—温控器， 7—恒温区， 8—温变区一，9—温变区二，10—炭粒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明装置的结构及试验方法予以详细描述：

耐火衬砖抗锌侵蚀的试验装置，由加热炉1、加热炉1内壁的耐火绝热层2、耐火绝热层2形成的炉膛3、装于炉膛3内的石墨坩埚4及热电偶5、与热电偶5连接的温控器6组成。其将炉膛3高度或长度的1/3~2/3处设为恒温区7，1/3以下为温变区一8，2/3以上为温变区二9；石墨坩埚4装在恒温区7，在温变区一8及温变区二9装满有粒度≤8mm的碳粒10；所述的加热炉1及石墨坩埚4均为带门或盖的。加热炉1为立式或卧式的。

以下各实施例的试验方法均采用上述的耐火衬砖抗锌侵蚀的试验装置；各实施例所取参数并非对应关系，仅为例举而已。以下各实施例中石墨坩埚4中的锌粉层与试验衬砖为间隔式放置。

实施例1

试验耐火衬砖为高铝砖及微孔炭砖各2块。

用耐火衬砖抗锌侵蚀的试验装置进行试验的步骤：

1）首先对试验衬砖在温度为105~110℃下烘干，烘干时间为95分钟；

2）将烘干的试验衬砖经空冷至室温；

3）将石墨坩埚4置于恒温区7；在石墨坩埚4内先铺一层厚度为试验衬砖厚度的1/3的锌粉层；在锌粉层上平面放置试验高铝砖及微孔炭砖各1块形成第一层试验衬砖层，试验衬砖与试验衬砖之间间隔为18mm；在第一层试验衬砖层上再铺设一层锌粉层直至将第一层试验衬砖层全部覆盖，再在锌粉层上平面放置另外余下的2块试验砖，形成第二层试验衬砖层，再在第二层试验衬砖层上铺设锌粉层直至将第二层试验衬砖层全部覆盖并使石墨坩埚4内全部填满；将石墨坩埚4关闭；

4）在温变区一8及温变区二9装粒度≤8mm的碳粒直至装满；并关闭加热炉；如果加热炉1是立式的，则先在温变区一8装碳粒，再将石墨坩埚4放置于且其碳粒上，再在石墨坩埚4以上的温变区二9装粒度≤8mm的碳粒直至装满；

5）启动耐火衬砖抗锌侵蚀的试验装置，在升温速率为9℃/min下使炉膛温度升至990℃；并保温18.5个小时；

6）停电使加热炉停止运行，使试验衬砖随加热炉空冷至室温；

7）将试验衬砖取出并进行试样试验前后常温耐压强度试验。

经在同等条件下的试验，高铝砖试验前耐压强度为87.5MPa,试验后耐压强度为56.8MPa强度下降率为-35.1%，微孔炭砖试验前耐压强度为38.9MPa,试验后耐压强度为36.7MPa强度下降率为-5.7%，根据耐压强度下降率比较，微孔炭砖抗锌侵蚀能力优于高铝砖。

实施例2

试验耐火衬砖为铝炭砖及半石墨炭砖各2块。

用耐火衬砖抗锌侵蚀的试验装置进行试验的步骤：

1）首先对试验衬砖在温度为105~115℃下烘干，烘干时间为100分钟；

2）将烘干的试验衬砖经空冷至室温；

3）将石墨坩埚4置于恒温区7；在石墨坩埚4内先铺一层厚度为试验衬砖厚度的1/2的锌粉层；在锌粉层上平面放置试验铝炭砖及半石墨炭砖各1块形成第一层试验衬砖层，试验衬砖与试验衬砖之间间隔为16mm；在第一层试验衬砖层上再铺设一层锌粉层直至将第一层试验衬砖层全部覆盖，再在锌粉层上平面放置另外余下的2块试验砖，形成第二层试验衬砖层，再在第二层试验衬砖层上铺设一层锌粉层直至将第二层试验衬砖层全部覆盖并使石墨坩埚4内全部填满；将石墨坩埚4关闭；

4）在温变区一8及温变区二9装粒度≤8mm的碳粒直至装满；并关闭加热炉；如果加热炉1是立式的，则先在温变区一8装碳粒，再将石墨坩埚4放置于且其碳粒上，再在石墨坩埚4以上的温变区二9装粒度≤8mm的碳粒直至装满；

5）启动耐火衬砖抗锌液侵蚀的试验装置，在升温速率为10℃/min下使炉膛温度升至1000℃；并保温20个小时；

6）停电使加热炉停止运行，使试验衬砖随加热炉空冷至室温；

7）将试验衬砖取出并进行试样试验前后常温耐压强度试验。

经在同等条件下的试验，铝炭砖试验前耐压强度为60.6MPa,试验后耐压强度为54.8MPa强度下降率为-9.6%，半石墨炭砖试验前耐压强度为40.1MPa,试验后耐压强度为35.9MPa强度下降率为-10.5%，根据耐压强度下降率比较，铝炭砖抗锌侵蚀能力与半石墨炭砖相近。

实施例3

试验耐火衬砖为粘土砖及微孔刚玉砖各2块。

用耐火衬砖抗锌侵蚀的试验装置进行试验的步骤：

1）首先对试验衬砖在温度为105~110℃下烘干，烘干时间为105分钟；

2）将烘干的试验衬砖经空冷至室温；

3）将石墨坩埚4置于恒温区7；在石墨坩埚4内先铺一层厚度为试验衬砖厚度的1/3的锌粉层；在锌粉层上平面放置试验粘土砖及微孔刚玉砖各1块形成第一层试验衬砖层，试验衬砖与试验衬砖之间间隔为18mm；在第一层试验衬砖层上再铺设一层锌粉层直至将第一层试验衬砖层全部覆盖，再在锌粉层上平面放置另外余下的2块试验砖，形成第二层试验衬砖层，再在第二层试验衬砖层上铺设锌粉层直至将第二层试验衬砖层全部覆盖并使石墨坩埚4内全部填满；将石墨坩埚4关闭；

4）在温变区一8及温变区二9装粒度≤8mm的碳粒直至装满；并关闭加热炉；如果加热炉1是立式的，则先在温变区一8装碳粒，再将石墨坩埚4放置于且其碳粒上，再在石墨坩埚4以上的温变区二9装粒度≤8mm的碳粒直至装满；

5）启动耐火衬砖抗锌液侵蚀的试验装置，在升温速率为11℃/min下使炉膛温度升至1020℃；并保温22个小时；

6）停电使加热炉停止运行，使试验衬砖随加热炉空冷至室温；

7）将试验衬砖取出并进行试样试验前后常温耐压强度试验。

经在同等条件下的试验，粘土砖试验前耐压强度为45.3MPa,试验后耐压强度为21.9MPa强度下降率为-51.7%，微孔刚玉砖试验前耐压强度为152.7MPa,试验后耐压强度为148.8MPa强度下降率为-2.6%，根据耐压强度下降率比较，粘土砖抗锌侵蚀能力较差，微孔刚玉砖抗锌侵蚀能力好。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (4)

1.耐火衬砖抗锌侵蚀的试验装置，由加热炉、加热炉内壁的耐火绝热层、耐火绝热层形成的炉膛、装于炉膛内的石墨坩埚及热电偶、与热电偶连接的温控器组成，其特征在于：将炉膛高度或长度的1/3~2/3处设为恒温区，1/3以下为温变区一，2/3以上为温变区二；石墨坩埚装在恒温区，在温变区一及温变区二装满有粒度≤8mm的碳粒；所述的加热炉及石墨坩埚均为带门或盖的。

2.用耐火衬砖抗锌侵蚀的试验装置进行试验的方法，其步骤：

1）首先将试验衬砖在温度为105~115℃下烘干，烘干时间不低于90分钟；

2）将烘干的试验衬砖经空冷至室温；

3）将石墨坩埚置于恒温区；在石墨坩埚内先铺一层厚度为试验衬砖厚度的1/3~1/2的锌粉层；在锌粉层上平面放置试验衬砖形成试验衬砖层，试验衬砖与试验衬砖之间控制间隔不少于15mm；在试验衬砖层上再铺设锌粉层，直至将试验衬砖层全部覆盖；将石墨坩埚封闭；

4）在温变区一及温变区二装粒度≤8mm的碳粒直至装满；

5）启动耐火衬砖抗锌侵蚀的试验装置，在升温速率为8~12℃/min下使炉膛温度升至980~1020℃；并保温，保温时间不低于18个小时；

6）停电使加热炉停止运行，使试验衬砖随加热炉空冷至室温；

7）将试验衬砖取出并进行试样试验前后常温耐压强度试验，砖衬抗锌能力以实验前后强度下降率表示，强度下降率越小抗锌能力越强。

3.如权利要求2所述的用耐火衬砖抗锌侵蚀的试验装置进行试验的方法，其特征在于：石墨坩埚内的锌粉层与试验衬砖层为间隔设置。

4.如权利要求2所述的用耐火衬砖抗锌侵蚀的试验装置进行试验的方法，其特征在于：试验衬砖层为同材质或不同材质的耐火衬砖同时进行铺设试验。