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出格是内燃式 热风炉的炉墙

发布日期:2019-11-09 浏览次数:

  西安建建科技大学硕士论文合成堇青石原料的研究及使用 业:材料学硕士生:周 指点教师:薛群虎传授 高炉热风炉是高炉的主要从属设备之一,它是一¥中蓄热式的热互换器,热风炉耐火材料经常遭到急冷急热发生热冲击,因此,对耐火材料的热震不变性要求较高。 我国热风炉平均风瀛一般为1000M100。C摆布,使用的耐火砖次要有粘土砖、高铝 砖、英来石砖和硅砖等。高铝成品由予物相构成的关系,热震不变性差,遥年来添 加羹青石以改善其热震不变性取得成效。天然蔓青石矿储擐少,且堇青石含量低, 杂质多,因而工业上用多为人工合成堇青石。 本文采用商岭土、滑石、镁砂和工业氧化铝等原料合成堇青石,并切磋了几种 添加剂对以高蛉土、滑石和镁砂合成堇青石的机能影响,闯时,研究了配料正在熟风 研究成果表白:通过X-Ray衍射阐发,合成的黧青石以商温堇青石晶相为从,未发觉其他晶相。正在1340。C下,以高岭土、滑石和镁砂合成的燕青石含量>95%, 体积密度2.029/era3,其熟膨涨系数为2.04x10"6/(20~800)。以高岭士、滑石 和镁砂合成薹青石的烧成温度低于以高龄、滑石和工业氧化铝合成薹青石豹合成 温度;正在同样烧成温度下,以略偏氧化硅配方合成试样的堇青石相含摄高予以理论 化学构成合成的配方。添加碳酸钡和碳酸镪均能降低合成墓青石的热膨缩系数,其 线)。 环节词:合成堇青石;堇青石相含量;热膨缩系数 论文类型:使用根本 西安建建科技大学硕士论文 Application andstudies09the synthesis cordieritematerialSpecialty: ScienceofMaterial Name:Zhou Yongsheng Instructor:PmfessorXue Qunhu ABslIRACT Thehotblaststoveisoneofthemost importantsubsidiaryequipments oftheblast furnace,anditisakindofheatexchangerofrecuperator.Therefore,therefractory where areusedforconstructionoflinings ofhotblaststovemusthavehighproperties especiallygood thermal-shockresistance.The temperature ofhotblaststove unusually workedis 1000M100inChina.The clay brick,thehigh aluminabrick,mullitebrick andsilicabricketc.areusedforconstructionof linings ofhotblastStove。Recent years, thecordierite’Sthermal—shockresistanceis betterthanthe high aluminum refractory becauseofthe pmpenies highaluminabrick composition andthermalshockisnot verysuperiorityand quantityofthenaturalmineralofthecordieriteisalittle,notonly thecordieritecontentis verylowbutalsothe impurity contentismore.Sothecordieriteis usuallysynthesized. Thistextutilized kaolin,talcumhi曲puremagnesiaindus埘al aluminaasmainraw materiulto synthesize cordierite,Andtheinfluencesofdifferentadditiveswere pmpared. Atthesametime,the mixtureinthehotblastWasstudied。 Themineral phase wascharacterized byX-raydiffraction(XRD).The resultsshow that:cordieritephaseis allabove95%intheall samples whichweresynthesizedby kaolin,talcum,highpuremagnesia andsinteredin 1340,and thebulk density 2.029/cm3thethermal expansion coefficientis 2.04x10"6l。C(20~800"C).Thesintering temperature ofthe sampleswhichweresynthesizedbykaolin,talcum,hi曲pure magnesiais lowerthanthe samples whichwere synthesizedbykaolin,talcum,industrial alumina.Besides,in thesame sinteringtemperature,the contentcordierite phase inthe moresilicondioxide compositionsample ismorethantheoreticalchemical composition. The additive,especially BaCQ,enhance cordiefitephase.BaC03 Li2C03Il 两安建建科技大学硕士论文 reduce thermal expansion coefficientofcordierite a=1.84t0。6/。C,ct=1.8610"6/。C (20—8). KeyWords:synthesis cordierite,contenteordierite phase,thermalexpansion coefficient Ili 本人声蹒我襞呈交豁论文是我小我正在等蜚蓼搔导下进行鲍磷突工做及取得的研究。尽我所知,除了文中出格加以标注和称谢的处所外, 论文串不包含英缝入基经发裳蠛撰写制戆磺究,逛苓包含本人或英恐 人正在熬它单元醴巾请学位或为其它题途利用过的。取我一阉工做的商 恚对本磺究所徽熬艨有贡献均跫正在论文中{睾了鹳确熙申明并暗示了致No 凇请学位论文取材料糟谢不实之处,本人承挝~切相关义务。 论文做者签名: 关予论文搜震授权的谈臻本人完全了瓣嚣安建建科技大学相关保留、利用学位论文的,即: 学校有权保留邀交论文的复印件,答应论文被套阕髑詹阕;学校爵戮发布 论文的全数或部门内容,能够采用影印、缩印或者藜它复制手段保留论文。 f裸密蕊论文正在论文罄密后应恪守就) 论文{乍者签名:;囤争互导师签名:藓觯良日期:f.尹./ 文献综述高炉热风炉是高炉的主要从属设备之一,它是一种蓄热式的热互换器,能为 高炉的无效操做供给必然温度的热风,也就是说它将鼓入高炉中帮焦炭燃烧的空 气由常温加热到高温(1200~1350),其风量应充脚,供给要持续。因而,每座 高炉一般需配备3-4座热风炉,以便加热取送风能交替进行。 近来,高炉炼铁手艺现代化的内容之一就是采用高风温手艺,也是炼铁出产 必不成少的主要前提之一。所以,无论国外、国内都一直把提高热风炉风温工做 摆到主要日程上来。实践经验证明,热风温度提高,不只能够降低焦比,并且还 能提高铁水量。现场表白,风温每提高100,吨铁焦比可降低20埏摆布,减产 近5%。日本、、美国、俄罗斯等国遍及采用高风温热风炉,目前平均风温高 达1100--1200,个体热风炉的平均风温已达1350摆布。而我国热风炉的平均 风温较低,一般为1000.--1100摆布。 热风炉用耐火材料的选择次要是由风温决定的,当热风温度低于900时,一 般选用粘土砖砌建,有的利用寿命可达20年摆布;当风温高于900"12时,高温部 位的炉衬和格子砖则采用高铝砖、莫来石砖、硅线石砖和硅砖等。正在现实选 择不尽不异,我国高炉热风炉一般为内燃式的,其衬体和格子砖遍及采用高铝砖 和粘土砖砌建;外然式热风炉的高温部位一般用硅砖砌建,中、低温部位则顺次 用高铝砖和粘土砖l”。高铝制的砖,抗高温蠕变机能好,容严沉,体积不变性 好,且我国有很是丰硕的矾土资本,因而,被普遍使用。高铝成品的热震不变性 差,这取成品的物相构成亲近相关。正在出产中,凡是采用调整泥料的颗粒构成, 改善成品的颗粒布局特征等办法来恰当提高其热震不变性。近年来,正在配猜中适 量插手合成堇青石(2MgO 2A1203 5SiO-z),提高其热震不变性取得成效,并且己 大量用于现实出产[21。 堇青石化学构成为2MgO 2A1203 5Si02,对于其晶体布局的类型,前人的研究 成果大多认为有以下三种:舡型,即高温型又称印度石(属六方晶系,空间群为 P6/mcc,晶胞参数为:a--9.800h,c=9.345A)B.型即低温型(属斜方晶系,空间群为 Ccem,晶胞参数为:a_17.083A,b=9.738Ac=9.335A)和可能存正在的过渡类型,但 目前的研究次要集中正在前两种。成果表白,若是晶体布局多面体骨架收集中si、 舢有序的,则构成斜方晶系的堇青石,若是si、~正在布局中是无序的,则构成六 方晶系的印度石。关于高温型和低温型合成前提的差别,王辅亚的研究表白131, 通过固相烧连系成出的堇青石,随烧成温度的提高,起首是高能量无序的高温 西安建建科技大学硕士论文 相,正在必然范畴内,随合成温度的提高有序度提高,但因为堇青石的不分歧熔融 和烧成范畴狭小等特征,温渡过高时,呈现液相,使无序度又增大。印度石全体 平均热膨缩系数a=o.85x104/,a轴和b轴向为a=1.28x10-6/'C。堇青石全体平均 热膨缩系数a=1.54x104/,a轴和b轴向为a=2.31x10"6/。 1.1 堇青石材料的成长过程及现状 堇青石材料的成长己有一百多年的汗青,19世纪末,C.Doelte和E.Hussack, L.Boargeois及L.Momzewicz等先后进行了堇青石的合成尝试,此中L.Morozewicz 贡献最大,1899年,他起首将获得的晶体定名为“Cordielite”,即堇青石。1915 年,皇马开户Rankin和Merwin正在研究MgO-A1203一sith--元系统的过程中,合成了n.型和 u.型的三元化合物,并认为u-型取Momzewicz合成的堇青石不异,取天然堇青石 也不异。1952年,Yoder.Jr.正在830以上用水热方式合成了a一型堇青石,正在830 以下用同样方式获得了折射率稍高的雷同晶体。Karkhanavala和Hummel(1953)认 为只要舡型取天然堇青石(正交晶系)不异,Yoder.几正在830以下合成的雷同晶 体代表了一种新型的Mg:A12Si5018,称为B-型。Rankin和Merwin合成的u-型取13一 锂辉石是等布局的,取天然堇青石较着分歧。1955年,Miyashiroetal对此进行了 进一步研究,发觉小型是六方晶系,阻型可能是斜方晶系,两者都取天然堇青石 分歧。因为正在印度的Bakaro煤田的熔融堆积物中发觉了Q.型的晶体,他们称 甜型为印度石。之后,大量研究人员又对堇青石的机能进行了深切的研究,特别 是堇青石的低膨缩性和优良的热震不变性倍受关心。1929年,w.M.Cohn和 F.Singer起首报道用43%滑石,35%粘土和22%A1203合成出膨缩系数为 0.53104/(0--200)的陶瓷坯体。后来,R.F.Geller和H.Insley,G.Council, H.H.Reh,F.V.Kondrachev以及lo.H.Formapoa等又先后正在扩大堇青石烧结温度范 围,滑石的代用品(绿泥石,菱镁矿和低品级石棉)和合成堇青石微粉等方面取得 了,探了然添加锆英砂、BaC03、PbSi03、长石和SiC等对合成堇青石烧结性 能、电机能、热膨缩及矿物构成等诸方面的影响。后来,很多研究人员又对堇青 石及其新产物进行了开辟研制。例如,且.H.rloay60BprmoB等采用泡沫法和烧去加 入物法研制了堇青石隔热成品。r.巾.Ilorm'paToBa等研究用耐火粘土和菱镁矿配料 合成堇青石。日本的早川秀治等研制成堇青石一碳化硅,堇青石.碳化硅.月0玉制 品。佐野资郎研究出一种通过添加锆酸钡扩大堇青石烧成范畴的新方式【4J。1994 年,埃及的S.M..Naga等正在前人根本上对含稻壳灰的低热膨缩堇青石蜂窝陶瓷进行 了研究,探了然添加稻壳灰对堇青石热膨缩系数的影响【51。现实出产中,20世纪 80年代末,国外己能出产出机能比力优秀的低膨缩堇青石成品。跟着研究的 西安建建科技大学硕士论文不竭出现,堇青石成品的质量日益提高。目前,世界上以美国、、日本的堇 青石产质量量最优,此中程度最高的当属美国康宁公司出产的堇青石质蜂窝陶 瓷,其热膨缩系数(Rt-1000。C)为1.肚1.2x10缶/,抗热震性达到700。C16】。 取国外比拟,国内对堇青石材料的研究起步较晚,无论是产质量量仍是出产规 模都取国外存正在较大差距,特别是做为汽车尾气净化触媒载体的堇青石质蜂窝陶 瓷。据材料,比力好的有以下几例,1990年,李家驹等操纵海城绿泥石 和高岭土做为合成堇青石的次要原料,配料的化学构成(、t%)为si02—50.15%, ~203.34.04%,MgO.13.46%,于1320合成出膨缩系数为1.8101(22-800) 的堇青石【7l;1997年,田惠英、郭海珠正在研制堇青石.莫来石棚板时合成的堇青石 材料a=2.46x1竹(20--800),显气孔率为27%18】:1998年,张效峰等正在进行 堇青石干法合成手艺的研究中合成出堇青石相95%,a=2.4x10缶/(20--1000) 的熟料【9】;此外,南京化工学院的田雨霖先生采用废玻璃纤维和高纯A1203、Si02、 MgO正在常压下小于1200。C,和8h人工合成高纯堇青石【lo】。西安建建科技大学的薛 群虎、尹洪峰等对叶蜡石合成堇青石的工艺及堇青石质原料合成中的致密化等进行 了研耕11】【121。洛阳耐火材料研究院的黄万钛、中国科学院地球化学所的王辅亚等也 对堇青石的机能做了大量研究【13】【3】,切磋告终构形态、合成温度取热膨缩系数之间 的关系,为国内堇青石成品的研制奠基了根本。 国内开展堇青石质材料研究的单元有上海硅酸盐研究所、山东工业陶瓷研究 设想院、中科院建建材料科学研究院中岩总公司、咸阳陶瓷研究设想院等。次要 出产厂家有大华陶瓷厂、天津津林陶瓷无限公司、江苏宜兴无机非金属化工 机械厂、浙江嘉江兴八一电工陶瓷厂等,但大多处于小规模出产和试制阶段,生 产的堇青石蜂窝陶瓷热膨缩系数(Rt~800*C)为2.0x10石/'C摆布,抗热震性一般为 500~550。 美国康宁公司,日本NGK公司仍正在进行新型低膨缩材料的研究。我国也正在力 图赶超国际程度,一方面争取正在合成堇青石的工业出产中使热膨缩系数(Rc ̄800) 降到1.5x10’6/以下;另一方面,又开展了新材质的研究,咸阳陶瓷研究所设想院 研制出具有适用性的堇青石.钛酸铝材料,其热膨缩系数(Rt~1000)为1.7x10。6/ 摆布,抗热震性达到70016J。 1.2影响堇青石材料机能的要素 对于通俗的陶瓷材料,影响其热膨缩机能的要素次要有晶相及玻璃相的构成、 含量、晶粒外形大小及陈列体例,气孔大小、几多及分布,微裂纹的尺寸及数量等。 但堇青石材料因为其晶体布局的特殊性和热膨缩系数的各向同性,不分歧熔融及比 西安建建科技大学硕士论文 较窄的烧成范畴等要素的影响,导致晶粒的陈列,杂质离子的填充,烧成工艺等都 对堇青石的机能发生很大的影响。归纳起来有以下几个方面【15】: 1.2.1化学构成的影响 堇青石的理论构成为:39.6%的滑石,47%的粘土和13.4%的氧化铝,可是这 种瓷坯的瓷化温度范畴短,以致于不克不及正在工业窑炉中烧成。因而,其配方构成都 是略方向舢203、MgO一侧‘141,虽然此中的机理尚不清晰,但己被大部门时间证 1.2.2杂质离子的影响(1)因为天然堇青石数量少,机能差。要使成品既具有~定的强度,又有较长的 利用寿命,并朝着节能、优良、高产的标的目的成长,一般须采用高纯超细的A1203、 MgO和si02粉合成高纯堇青石,合成温度高达1350"C~1440。C。原料成本高、能源 耗损大,所以高纯堇青石合成原料的售价很高,因此不克不及普遍的使用。高纯度的原 料,可以或许合成出高纯度的堇青石,可是原料纯度高,杂质少,晶体中构成的杂质缺陷 的浓度低,晦气粒子的扩散,如许使固相反映速度慢,烧结致密度差,影响了堇青 石材料的强度和利用寿命。原猜中某些杂质的存正在,不只能够提高堇青石的烧成温 度范畴,并且大大提高了堇青石材料的利用寿命。然而,某些杂质的存正在,或杂质 含量跨越必然的极限值,对于堇青石的构成是无害的,反而促使己反映构成的堇青 石分化,降低堇青石的含量,从而刚氐堇青石材料的利用寿命。 (2)烧成堇青石的温度范畴是狭小的,因此现实上,出产过程中常插手如 Na20,K20,CaO,BaO,Fe203和Ti02等少量杂质,它们既能降低熔解温度又能 扩大熔解范畴。Predecki等人认为Na20,K20等碱金属氧化物可进入堇青石环状 布局的间隙中,导致堇青石轴向间膨缩,从而有益于堇青石热膨缩系数的降低。 国内的田雨霖正在研究低温合成堇青石时,也认为CaO,Na20,K20,Fe203等均能 分歧程度的参取堇青石晶体布局的构成,CaO,Fe203可代替M矿构成置换型 固熔体。因为Ca2+半径大于M矿,进入堇青石后,形成晶格畸变,构成应力空 位,从而可降低合成温度,使烧结温度范畴变宽121J。 (3)降低烧成温度,PredeckiIl6J等人研究认为,当Ca2十,Fe3+等离子进入晶 格,惹起晶格畸变,有益于烧结,使合成温度降低。有研究表白,Ti02, BaC03,锂辉石,Zr02等均能分歧程度的降低热膨缩系数。这些外加剂的引入即 可改善和推进堇青石的烧结,又可提高材料的抗热震能力。 西安建建科技大学硕士论文1.2.3烧成温度的影响 烧成温度的变化间接影响到堇青石材料的晶相布局及其窑具产物的各项性 能。堇青石的合成过程是一个固相反映的过程,跟着温度的升高,晶体内部发生 热缺陷,其浓度不竭添加,使得粒子的扩散速度和固相反映速度不竭加速。因 此,温度越高越有益于堇青石的合成。我们也能够从公式(1-1)及公式(1-2)得 到这个结论。由公式(1-1)获得:温度升高,exp(一Q/RT)值变大,扩散速度系数 随之增大,即粒子扩散速度加速,反映速度也响应添加。由公式(1-2)获得:温 度升高,exp(一AGR/Rrl值增大,反映速度也变大,则反映速度加速。 D=Doexp(-Q/RTl (1-1) 式中:D——扩散速度系数 D^——频次因子 Q——扩散活化能 K=goexp(-AGR/Rrl (1-2) 式中:K——反映速度 砥——反映速度 G。——反映活化能 可是,考虑到原猜中含有少量杂质,如K20、Na20、Ti02、Fe203等,跟着 温度的升高,因为这些杂质存正在,使得构成的固溶体程度添加,也使晶格缺陷的 浓度添加,有可能导致合成的堇青石的晶格变形,因而,应节制反映的烧结温 1.2.4保温时间的影响正在合适的烧成温度下耽误保温时间,有益于晶体发育,保温时间的长短,取晶 粒的大小相关。一般而言,必然范畴内保温时间越长,晶粒发育越完美,热膨缩系 1.3堇青石材料的使用1.3.1陶瓷、耐火材料方面的使用 堇青石最后用于陶瓷烧成的封拆材料即匣钵。因为堇青石的低膨缩性,用它 做成的匣钵比用其他材料一粘土材料支撑的匣钵利用周期长,随后用其做成的棚 板和支架材料用于地道窑,从而使出产周期大大加速。 西安建建科技大学硕士论文 但堇青石也有必然的错误谬误,即高温荷沉机能比力差,因此还呈现了堇青石取 其他材料的复合以提高其机能,如堇青石一莫来石,堇青石一硅线石,堇青石~ 尖晶石等复合材料。虽然这种复合可以或许降服单一堇青石的荷沉机能差的错误谬误,但 因缺乏具体的理论支撑以及存正在工业取设备上的问题,往往达不到较抱负的效 轻质堇青石材料被接踵开辟,如利用温度可达1350"C的容沉为0.8 ̄1.Og/cm3的保温成品。这种材料因为质轻,导热系数低,利用温度相对较高而被间接用正在 火焰面上,从而达到高效节能的结果。也有的被用正在冷热互换频次较高的热互换 器上,如蒸煮或油炸的耐用热锅,煤气炉上的耐热瓷,蜂窝灶甲等。 1.3.2陶瓷催化剂载体方面的使用 堇青石陶瓷做为催化剂载体,次要使用于汽车尾气净化方面。尾气净化要求 催化剂可以或许取无害气体充实接触,以提高其反映面积。为此要求催化剂载体不只 有脚够的强度,还要有较大的概况积。堇青石布局恰是具有吸附性强且热膨缩系 数小等特点,利于制得低膨缩的蜂窝载体,可使成品具有孔壁薄,升温快的特 点,能使催化剂敏捷达到活化温度,起到优良的结果。堇青石晶体布局松散,因 而成品的体积也可做得较小,占用空间小,是此后一段时间内汽车次要利用的催 化剂载体。 别的,堇青石还能够用正在酶化反映的载体上。酶化反映时,反映一般要求是 持续的。操纵堇青石中的松散特征,可使微生物吸附到它的概况上来。如许就会 惹起微生物的增殖,同时也可将微生物固定正在载体上,使活性酶的活性连结正在一 定的程度上,使出产持续性提高。 1.3.3泡沫陶瓷方面的使用 堇青石泡沫陶瓷次要用于汽车燃烧气体通道中接收排气通道中的废气放出的 热量,再以热辐射的体例传给其他四周的热收受接管安拆。这是因为: (1)堇青石是 耐热材料,比金属的利用温度高,取金属材料比拟虽说没有较好的抗热震机能, 但其耐侵蚀性要比金属材料好。(2)堇青石具有很好的热辐射特征。别的它还可 以过滤汽车尾气中的碳黑,从而达到净化的结果。过滤的碳黑能够按期处 理。(3)还能够做为多孔吸音材料,用做汽车,摩托车排放尾气的消音安拆。 堇青石泡沫陶瓷还能够用正在细密锻制行业。如铝成品的细密制制,用于过滤铝 液中的杂质,并使铝铸件内部布局平均,不含杂质。 西安建建科技大学硕士论文 1.3.4红外辐射材料方面的使用 因为堇青石晶体布局中存正在平行于C轴标的目的六方环所围成的空地,其大小脚 以容纳水,因而,其布局不慎密,过渡元素的氧化物可固溶正在此中并惹起晶 格畸变从而更降低了晶格振动的对称性。这个布局特点决定了堇青石具有较高的 红外辐射率,特别正在红外区(3--6rma)。 从近几年国表里研究环境来看,堇青石正在红外辐射方面的使用次要有: 乳红外辐射导电陶瓷 这种红外辐射导电陶瓷次要以堇青石材料为基,按比例夹杂适量的导电材 料,如金属,碳化物,氮化物,高熔点的硼化物,半导体材料等做成的成品。这 种成品既有高的辐射率,又有优良的导电性,从而使红外辐射机能大大提高,并 降服了保守的正在SiC板,氧化镁电热板等概况上涂敷红外辐射涂料的耐用性差, 易零落,加热结果欠安等错误谬误。这种电热红外辐射元件次要用于食物加工,粮食 干燥,木材烘干,低温烤漆等工业出产中。 b.红外辐射涂料 正在工业前次要用于加热炉的内壁。其方式是将堇青石红外陶瓷粉取粘结剂调 成糊状,涂敷于炉体的内墙,使其正在炉内接收和辐射能量,从而使炉内温度均 匀,提高炉体的热效率。 (1)它还能够使用正在航空航天方面。堇青石和其他易挥发材料一样也能够做 为耐热防护材料涂敷正在航天器的收受接管仓的概况,以接收收受接管仓正在前往时进入大气 层因摩擦而使其概况高达1000"C以上的热量,以避免航天器正在空中。 (2)它还可被使用于医疗保健品方面,做为用于人体的红外辐射陶瓷材料, 不单要求其红外辐射机能好,还要求其对人体无毒,无刺激,并能以持续或不连 续的体例涂敷正在织物上。而堇青石材料正好能够合适这方面的要求。用它制做的 保健用品可达到对人体的保温结果,促使血管扩张,血液流动改善,细胞活化, 生物酶的合成添加,调动听体内免疫能力。对消肿止痛,医治关节炎,软组织挫 伤和胃寒等有很好的推进感化。 为了提高堇青石陶瓷材料的红外辐射能力,人们又采用了Fe20广堇青石系红 外辐射陶瓷材料来制备红外纺织物。陶瓷系统由Fe203和堇青石两相构成,并陪伴 少量的玻璃相,此中以堇青石为骨架,Fe203分离正在其四周,玻璃相推进颗粒连系。 这两相复合,便能够获得从2.5~251ma范畴内辐射率很高的陶瓷材料,并且因为 Fe203属于过渡元素氧化物,加强了红外纺织物细菌的感化,从而更好地起到 保和缓保健的双沉功划…。 西安建建科技大学硕士论文 1.4热风炉及其用耐火材料 1.4.1热风炉的道理 热风炉是高炉鼓风的预热器。热风炉的品种虽然良多,但它们的根基工做道理 是不异的。即操纵高炉煤气(或夹杂煤气)燃烧发生的高温废气加热热风炉内的蓄 热室格子砖(或耐火球),使格子砖(或球)接收废气的热量,达到1200~1400。C 的高温,颠末一段保温时问,使格子砖表里温度根基分歧后,通过换炉操做,送往 高炉。送往高炉的鼓风经凉风管道和凉风阀送入热风炉,穿过处于高温形态的蓄热 室格孔(或球层),接收格子砖(或球)的热量,达到接近燃烧过程中格子砖(或 球)所达到的温度。热风经热风管道和热风阀进入高炉。跟着格子砖的冷却,热风 出口温度逐步降低,当不克不及维持的送风风温时,又转换为燃烧,热风炉就是采 用这种周期性的工做轨制。 1.4.2热风炉类型 国表里热风炉布局形式大体分为内燃式、外燃式、顶燃式等。内燃式热风炉是 一种使用较早、较遍及的布局形式。按照拱顶布局的分歧,内燃式热风炉又可分为 半球型、锥球型及近似悬链线拱顶的布局,其拱顶布局不变性顺次为悬链线、锥球 顶、半球顶;外燃式热风炉从拱顶布局上可分为等球毗连(新日铁式、马琴式), 不等球毗连(地得式、考贝式),其布局不变性顺次为等球接、不等球毗连。外燃 式热风炉比力适合于新建的大型高炉,它具有布局不变,气流分布比力平均、合理 的特点,但相对内燃式热风炉其投资较高。顶燃式热风炉是一种针对于内燃式和外 燃式热风炉的不脚而成长起来的新型布局,具有占地少、布局不变、投资相对较少 的特点。顶燃式热风炉具有球式热风炉和扭转顶燃式热风炉两种布局。 1.4.3热风炉的构制 热风炉次要是有蓄热室、鼓风设备和燃烧安拆构成。燃烧安拆包罗燃烧器、 燃烧室、燃烧闸阀等,此中环节的是燃烧器。燃烧器是热风炉中主要的燃烧设 备、是主要的供热设备,热风炉燃烧器的燃烧安拆的根基用处,是正在炉子中合理 组织煤气燃烧过程,实现最高燃烧温度,把火焰的最高燃烧温度组织正在热风炉拱 顶:蓄热室是热风炉中冷热风的互换安拆,是次要完成周期性热风互换设备:鼓 风设备是为冷热风的互换供给需要的动力主要设备。 西安建建科技大学硕士论文 1.4.4热风炉各部位的工做 热风炉正在工做中遭到以下几方面感化: (1)热风炉正在加热形态时,燃烧室的温度很高,炉顶温度可达1500~1560, 从拱顶沿炉墙和格子砖向下,温度逐步降低;送风时,高速凉风从蓄热室底部吹 进,并逐步被加热。因而,热风炉炉衬和格子砖室经常遭到急冷急热变化的做 用,即遭到热应力感化。如许可导致砌体呈现裂纹、开裂和剥落,出格是内燃式 热风炉的炉墙,最易发生砌体的松动和倾倒,以至形成“短”而被动停炉检 修。因而,内燃式热风炉的炉墙是热风炉的一个亏弱环节。 (2)遭到碱金属的。正在煤气和帮燃空气中,含有必然数量的碱性氧化物, 燃烧后的灰分中含有20%的氧化铁、20%的氧化锌和10%的碱性氧化物(次要是氧 化钾)。这些物质的绝大部门是排出炉外的,但少数成分粘附正在砌体概况,并向砌 体内部渗入,积少成多,其深度可达20mm摆布。这些物质取耐火砖发生化学反 应,构成碱性铝代硅酸盐,使砖的体积变化导致组织,发生龟裂,降低了强 度和高温利用机能。出格是正在蓄热室上部,这种化学感化凸起。正在含尘量和 操做温度必然时,若采用粘土砖,则反映生成物熔融温度较低,正在砖的概况构成 玻璃质薄层,并通过毛细管向内部纵深扩散,深度较大;若采用高铝砖时, 则生成物熔融温度较高,且粘附正在砖的概况,不竭长大:采用硅砖时,反映生成 物易挥发,砖概况滑腻,受较少。别的,因格子砖处于四面加热形态中,受 化学的程度比炉墙衬体大一些。而近年来,因为才采用新式煤气清洗设备, 煤气含尘量降到lOmg/m3以下,因而其化学程度有所削减。同时,高质量耐 火砖的普遍使用,也加强了抵当化学的能力。 (3)热风炉本载荷感化。热风炉是一种较高的建立物,其高度一般正在 25~50m范畴内。蓄热室格子砖下部承受的最大静荷沉达O.8MPa,燃烧室下部衬 体承受的静荷沉也达0.4 ̄0.5Mpa,炉顶拱脚砖处承受的压力为0.02-.-0.2Mpa。因 此,正在机械荷载和高温感化下,砌砖体易发生收缩变形和发生裂纹,影响热风炉 的利用寿命。 1.4.5热风炉用耐火材料 热风炉用耐火材料的选择次要是由风温决定的,当热风温度低于900。C时,一 般选用粘土砖砌建,有的利用寿命可达20年摆布;当风温高于900。C时,高温部 位的炉衬和格子砖则采用高铝砖、莫来石砖、硅线石砖和硅砖等。正在选择高炉热 风炉用耐火材料时,必需留意:(1)耐火材料的体积不变性; (2)耐火材料的抗 高温荷沉蠕变机能; (3)耐火材料的热膨缩机能; (4)热风炉的换热效率。 西安建建科技大学硕士论文(1)耐火材料的体积不变性。因为热风炉的温度发生周期性的屡次变化,因 而耐火材料应具有优良的体积不变性和平均的热膨缩,以大型耐火砖砌体结 构的全体不变性。表1.1列出了各类材质的热风炉格子砖正在分歧温度下加热2h后 的体积变化。耐火砖的体积不变性是影响耐火材料砌建体的不变靠得住性的主要性 能,硅砖和红柱石砖显示出优良的体积不变性。 表1.1各类热风炉砖的体积不变性比力 图1.1示出了各类耐火材料的热膨缩机能表较。600"C以上,硅砖的体积不随 温度而变化,因此表示出很是好的体积不变性和杰出的耐热崩裂机能。高铝砖和 红柱石砖或硅线石砖的线热膨缩系数较小,且随温度的变化比力平稳,正在整个温 度范畴内的抗热震性较好。 图1.1各类热风炉砖的热膨缩机能比力1—硅砖;卜骷土砖;,_{翻石砖;4_吨鹾蓐石砖 10 西安建建科技大学硕士论文 (2)耐火材料的抗高温蠕变机能。热风炉的利用刻日很长,一般要求达到 10-20年之久,耐火材料承受自沉发生的载沉很大,因此要求利用高温荷沉下抗蠕 变机能优秀的耐火材料。 图1-2为各类砖长时间的高温蠕变机能比力。从图中能够看出,硅砖具有最优 越的抗高温蠕变机能,高温蠕变率极小;其次是高铝砖,包罗用高铝矾土熟料和 硅线石类矿物为原料制制的高铝砖,它们的抗高温蠕变机能也好,且构成愈接近 莫来石的构成,砖的抗蠕变机能越好。 可是,硅砖体积密度较小,蓄热能力较差,正在600"(2以下时,易发生晶型转 化,全体性。因而,均了硅砖的最低利用温度,一般应大于600"(2, 日本则要大于800"(2。别的,正在低温阶段烘炉时要慎沉进行,以晶型的缓 慢而不毁伤砌体。 图L2各类耐火材科的高锰荷沉蠕变性靛的比力l—硅砖(15so。荷沉98kl'a);2—高铝砖(AUOST0"/.。130012。 荷沉196kl'a)I明日铝砖(A1203(m%。1300。艇196"kl'a); 4—高铝砖(AtZOSm'/..13.0.荷沉lSad'a)I 5.枯土砖(1sin。荷沉1961d'a) 该当指出,国外正在热风炉蓄热室上部试用了MgO含量为95%--96%的高热容 量的方镁石砖,正在中、下部则一般用廉价的半硅砖。半硅砖的高温蠕变机能和体 积不变性均比粘土砖好,而抗热震性又比硅砖好。别的,正在蓄热室上部和温度变 化较大的部位,也有采用莫来石砖砌建的。莫来石砖的荷沉软化温度和高温蠕变 机能取硅砖类似,并且低温时体积不变性好,开停炉时较便利:单元体积内蓄热 能力大。如粘土砖的蓄热能力为l,硅线。可是,制 制莫来石砖耗损能源较大,成本比硅砖高得多。 西安建建科技大学硕士论文 (3)热风炉的换热效率。正在操做前提不异的环境下,热风炉的换热效率次要 取决于耐火材料的蓄热能力、热导率和耐火砖的外形。 正在si02.舢203系耐火材猜中,耐火材料的蓄热能力跟着~203含量的添加而提 高,如图1.3所示。高铝类耐火材料的蓄热能力要比粘土砖和硅砖的蓄热能力高, 因而,格子砖采用蓄热能力的高铝耐火材料时,热风炉可变得比力紧凑,削减占 地面积。这对现有的热风炉出格有益,由于它可避免为提高热风炉的蓄热能 力而使热风炉的布局做大的变更,同时还可避免受现有场地的。 耐火材料的导热机能影响格子砖正在加热和放热过程中的热量储存和的速 度。格子砖为高导材质时,加热时热量可敏捷传入砖的内部储存起来,冷却时则 可敏捷向外内部储存的热量。因而,采用高导热耐火材料有益于提高热风炉 的热效率。正在Si02-A1203系耐火材猜中,耐火材料的热导率跟着A1203含量的添加 而提高。影响耐火材料的热导率的次要要素还有体积密度和气孔率,耐火材料的 体积密度越高,气孔率越低,耐火材料的热导率也就越大。因而,热风炉格子砖 应为高密度低气孔率的材质。 温度/U 图1.3几种热风炉待的蓄热能力比力 l—红柱石砖.A1203为60%.体积密度为2.509:cm.% 2—牯土砖,A1203为42%,体积密度为2.209,cm3; 3—硅砖,体积密度为1.859:cnd 热风炉的热效率还取格子砖的设想有亲近的关系,单元容积内的格子砖的总 概况积越大,热互换效率也越高。保守上,热风炉格子砖用长方形耐火砖码砌, 但因为热效率低,已被其它效率高的砖型代替。现正在遍及用的格子砖可分为4 类,见表1.2。此中每一类又可分为尺度型和高效型两种。表中列出了各类格子砖 的一些几何参数。高效型格子砖具有较大的加热面积,所以热效率高。但因为它 们的砖壁较薄,可能发生变形,同时因为烟道较小,压力丧失较大,容易形成堵 西安建建科技大学硕士论文塞。因而,高效型格子砖应采用优良耐火材料制制,同时对高炉煤气应采纳响应 净化办法【”。 表1.2热风炉格子砖的几何特征比力 每立方米格子砖 加热概况积^n2 每立方米格子砖 分量俺 尺度型 高效型 尺度型 高效型 尺度型 高效型 尺度型商效型 静。圆圆圆 2&2 42.2 25.7 38.0 28.9 41.9 39.4 39.5 1317 1370 1473 1396 1385 1401 1332 1365 烟道尺寸(周长或半径)/cm 流体力q:g:d:/cm压力丧失因DR2 33 5.1 3.8 1.5本课题研究意义、目标及次要内容 1.5.1课题研究的意义及目标 堇青石(2MgO 2A1203 5si02),具有低的热膨缩系数,一般正在1.76x10’6 ~-2.30x10。6’1(20-1100"C)。堇青石是优良的热震不变材料,被普遍做为优良的 耐火材料、电子封拆材料、催化剂载体、泡沫陶瓷、生物陶瓷和低温热辐射材料 等。天然的堇青石含量很少,工业上用的都为人工合成的堇青石。纯氧化物合成 的堇青石纯度高,但其合成温度高,合成温度范畴窄,并且成本高,目前多用天 然原料为从合成堇青石。国外合成的堇青石纯度高,热膨缩系数小,而国内的堇 青石成品取国外还有必然差距。可否合成更高质量的堇青石具有现实的使用价 郑卅I豫兴耐火材料无限公司位于河南省新密市岳村工业区,是一个专业出产高炉热风炉用耐火材料的新型耐材企业。次要产物有陶瓷燃烧器、热风炉用各部 西安建建科技大学硕士论文位组合砖、格子砖、各类机制耐火球等特色耐火材料成品,此中锆刚玉质耐火球 被评为河南省高新手艺产物。堇青石做为热风炉组合砖(莫来石一堇青石制)中的 主要构成部门,都是以购入合成的堇青石。由本厂内本人合成堇青石,能够大大 降低出产成本,提超出跨越产效益。 1.5.2课题研究的次要内容 本课题研究的次要内容有: (1)设想以高岭土、滑石、镁砂或工业氧化铝为原料合理的配料构成,正在一 定烧成温度合成堇青石原料。 (2)别离添加碳酸锂、碳酸钡、二氧化钛和锆英砂,研究其对合成堇青石烧 结、物相构成和热膨缩系数等机能的影响 (3)以未合成的堇青石配料替代热风炉组合砖配方中的合成堇青石,研究其 对组合砖的机能影响。 14 西安建建科技大学硕士论文2.1堇青石的布局特征 2理论根本 堇青石的化学式为2MgO 2A1203"5Si02,理论化学构成(、vt%)为:MgO-13.7; A1203.34.9;Si02-51.4。其熔点为1460,堇青石(M92A14Si50ls)和绿柱石 (A12Be3Si6018)是同布局的硅酸盐。堇青石的布局式能够暗示为 M&v1舢2Si(Si4A12)018,收集布局见图2.1,为清晰起见仅画出一层。图中6个 T2四面体共顶角构成六元环,4个四面体(T1和T2)构成四元环,取M八面体 一路毗连六元环构成沿C轴的链并围成通道,相当于每单元有两个布局空 穴,此中1个布局空穴C2位于六元环内,另一个空穴C1正在上下两个六元环之间。 操纵图2.2能够看出布局空穴的。 图2.1 图2.2 堇青石具有两个变体,即低温(B)堇青石和高温(a)堇青石。高温堇青石又 叫印度石(Indialite),低温董青石即为人们凡是所说的董青石(Cordierite)。若是多 面体骨架收集中si、舢是有序的,则构成斜方晶系的堇青石,若是si、舢正在布局 中是无序的,则构成六方晶系的印度石。对于堇青石,因为硅、铝有序,其键角 为170.179度;对于印度石,因为硅、铝无序,其键角为179.180度。即印度石晶 体布局中的六元环几乎是正六元环。工业出产中合成的“堇青石”大大都是六方晶 系的印度石。表2.1中列出了这两种变体中阳离子占位环境【19J。 西安建建科技大学硕士论文 表2.1堇青石中离子的填充环境 2.2热膨缩理论 正在任一特定温度下,我们能够定义材料的线膨缩系数 VdT一般来说,膨缩系数的数值是温度的函数, 值就脚够了。即: 可见,口是温度的函数,给出膨缩系数时必需标明所测定的温度范畴。材料发生膨缩的底子缘由能够从原子间的非简谐振动进行注释。任何晶体的体积随温 度的添加而添加,而且晶体趋于变得愈加对称。体积随温度的添加,次要取决于 原子环绕一平均振动时振幅的加大。原子之间的斥力跟着原子间距的变化比 引力的变化更快。因而,最小能谷对称的,跟着点阵能的添加,正在均衡能量