耐火砖在熔融还原炉的应用

 

熔融还原炉还原法的分类

(1)按工艺阶段划分，可分为一步法和两步法。一步法是在冶金反应中完成矿石还原熔炼的全过程。工艺流程短，设备简单，但在应用中存在能耗高、FEO渣严重侵蚀炉衬的问题，尚未解决。

两步法将熔融还原过程分为固相预还原和熔态终还原，分别在两种反应中完成，提高了熔融还原过程的可用性，降低了渣中的FEO浓度，使熔融还原法取得了突破。

（2）根据能源使用情况，可分为氧煤法和电煤法。氧煤法依靠氧煤在高温熔池或风口区燃烧，提供过程中的热量，以煤为还原剂。目前开发的大部分工艺都是氧煤法。

电煤法提供熔融还原过程所需的热量。煤是一种还原剂。电热转换方法包括电弧放热和等离子体技术。该方法仅适用于电力充足、价格低廉的地区

(3)根据预还原装置的类型，可分为流化床法、垂直炉法、回转窑法和闪速炉法。

(4)根据终还原装置的类型，可分为垂直炉法、电流法和旋转炉法。

 

还原炉通常采用粘土耐火砖，轻质耐火砖作为保温砖，保温砖外层为石棉板或铝硅酸棉保温材料。但罐砖和罐砖推荐使用高铝砖。炉拱顶可采用高铝砖或高铝耐火泥，炉顶须铺设50-100mm铝硅酸棉作为保温层。炉底烟道采用粘土耐火砖砌筑。

 

还原炉须按设计图纸进行，从下到上，即从炉底到炉顶，保持水平，后封顶，筑炉时上下垂直无斜度。耐火砖接缝越小越好，内表面无明显凹凸。因此，要求炉内使用的砂浆有一定的要求，并按一定的比例配合(原料和熟料各50%)，并且要调整均匀。砂浆中不允许夹带生面或疙瘩，更不用说异物了。

 

一般耐火砖接缝小于2mm，耐火砖表面的砂浆要刮掉，不允许滴浆。耐火砖不得淋雨、缺角、缺边，损坏的耐火砖不得砌炉。

熔融还原炉使用的耐火材料须满足各部位的工作环境，延长炉的使用寿命。(1)预还原炉的选材。要求:须使其具有较高的抗剥落性、耐磨性和抗冲击性，因此应使用质粘土耐火砖或高铝耐火砖。(2)终还原炉的选材。要求:须具备以下特点:A.耐冲击性和耐磨性；B.耐碱金属腐蚀性；C.铁的腐蚀性；D.铁的流动性和冲刷性。对于使用转炉和电炉的装置，其耐火材料主要是Mgo-C砖和Mgo-Cr2o。对于垂直炉和熔融还原炉装置，耐火材料多为铝碳砖、低蠕变高铝耐火砖、碳砖和Al2o3-C-SiC砖。

熔融还原炉通常采用粘土耐火砖，轻质耐火砖作为保温砖，保温砖外层为石棉板或铝硅酸棉保温材料。然而，罐砖和罐砖的理想效果是高铝砖。炉拱顶可采用高铝砖或高铝耐火泥捣固，炉顶须铺设50-100mm铝硅酸棉作为保温层。炉底烟道采用粘土耐火砖砌筑。

 

需要根据设计图纸自下而上修复炉子，即从炉底到炉顶，保持水平，终封顶，筑炉时上下垂直无斜度。耐火砖接缝越小越好，内外无明显凹凸现象。因此，要求炉内使用的砂浆有一定的要求，并按一定的份额合作(原料和熟料各50%)，并均匀调整。砂浆中不允许夹带生面或疙瘩，更不用说异物了。

一般耐火砖接缝小于2mm，耐火砖表面的砂浆应刮掉，不得有滴浆现象。耐火砖不能淋雨、缺角、缺边，损坏的耐火砖不能砌炉。

熔融还原炉各部位的工作环境。

 

常见的熔融还原炉分为预还原炉和终还原炉。以下是两种还原炉各部位的工作环境。

一、预还原炉。

该炉多采用竖炉和流化床。

预还原炉材料从上部进入炉内。由于高温气流的加热和还原，材料自上而下的温度逐渐升高。炉上部温度为300℃400℃，炉中部温度为400℃700℃，炉下部温度为700℃900℃。同时，炉内耐火材料始终受到材料的机械冲刷、高温气流冲刷和高温热振动的破坏。

二、终还原炉。

该炉多采用垂直炉、熔融还原炉、电炉或转炉。

预还原材料进入还原炉上部，温度800℃900℃，开始软化，达到炉中部温度900℃1100℃。随着温度的持续升高，到达炉下部的温度约为1500℃。炉上耐火材料承受机械冲刷、高温气流冲刷、热振动损伤和碱金属侵蚀，炉中耐火材料承受渣铁冲刷、气流冲刷和碱金属侵蚀，炉下耐火材料承受渣铁腐蚀和流动冲刷、热应力损伤和碱金属侵蚀。

 

如何选择还原炉用耐火材料？

还原炉的选材，须使其满足各部位的工作环境，延长炉的使用寿命。

（1）预还原炉的选材。须使其具有较高的脱落性、耐磨性和抗冲击性，因此应选用质粘土砖或高铝砖。

（2）终还原炉的材料选择。须具有以下特点：（1）耐冲击性和耐磨性；（2）耐碱金属腐蚀性；（3）耐渣铁腐蚀性；（4）耐渣铁活性冲刷性。对于选用转炉和电炉的设备，其耐火材料多为Mgo-C砖、Mgo-Cr2o3砖和镁白云石砖。对于垂直炉和熔融还原炉设备，其耐火材料多为Al2o3-C砖、高铝砖、碳砖和Al2o3-C-SiC砖。

铁浴熔融还原炉耐火材料。

铁浴熔融还原炉使用条件严格，耐火材料要求高。在铁浴熔融还原炉运行过程中，炉内高二次燃烧率导致温度升高，二次燃烧带炉渣层温度可达1700-1900℃，耐火材料腐蚀严重。长期高温装载和铁连续交替运行加剧了耐火材料的损坏。低碱度(CaO/SiO2=1.2?1.5)高FEO(4%~13%0)炉渣严重侵蚀耐火材料。

 

还原炉主要采用碱性耐火材料，如镁铬砖、镁白石砖、含碳耐火材料Al2o3-C砖、Mgo-C砖等。以下是5t铁浴还原炉的初步使用结果。

(I)Mgo-Cr2o3砖。镁铬砖用于渣线。在正常的连续操作下，剥落引起的蚀损较小，主要是高温熔损引起的蚀损。这与镁铬砖的纯度有关。砖中SiO2等杂质产生液相进入炉渣反应，产生低熔体，促进熔损。为了提高熔融还原炉等低碱性渣的耐腐蚀性和耐磨性，开发了高铬镁铬砖。砖中Cr2o3含量越高，耐腐蚀性越好。添加70%镁铬矿(MgO·Cr2o3)的砖，其可用性是添加25%镁铬矿的1.7倍，腐蚀速度低于lmm/h。但随着砖中熔剂成分(SiO2、Fe2O3、CaO、Al2O3)的增加，耐腐蚀性呈下降趋势。因此，采用由电恪镁铬砂和氧化铬组成的合成砖，提高了耐腐蚀性，以高铬铁矿为原料。然而，使用后的铬砖受到环境沉积的污染，因此无铬砖的开发和应用十分迫切。

(2)Al2O3-C砖。Al2O3-C砖的腐蚀主要是由于Al2O3颗粒在高温下的熔化和基质石墨的氧化脱碳引起的。研究了石墨含量和金属添加剂对Al2O3-C砖耐腐蚀性的影响。Al3O3-C砖具有10%的石墨含量和金属Al，具有理想的耐腐蚀性。

高温氧化气氛，低碱度(Ca0/Si02=l.2?1.5)高FEO炉检，Al2o3-SiO-C砖耐蚀性不如Al2o3-C砖，MgO-Cr2o3砖侵蚀率小，约为Al2o3-C砖的I/2，其次是含碳量10%的Mga-C砖，其腐蚀率比A12o3-C砖小1/5。

（3）Mgo-C砖。Mgo-C砖的腐蚀受炉渣温度和气氛的影响很大，尤其是渣线。当铁氧化物含量增加时，C液相氧化引起的腐蚀加剧，渣线上部尤为严重。对于高温氧化气氛和低碱度炉渣，Mgo-C砖采用电熔氧化镁，C含量从20%降至10%。

U)Al2o3-SiC-C砖，在Al2o3-C耐火材料中加入SiC，可以提高耐融还原炉渣对耐火材料的耐腐蚀性。1)添加SiC超过5%后，随着SiC量的增加，铁浴中的腐蚀率变化不大。随着SiC量的增加，率随着SiC量的增加而直线下降。2)在铁渣共存熔体中，渣线处Al2o3-SiC-C的侵蚀率高，铁浴中的侵蚀率低。随着时间的推移，熔体对耐火材料的侵蚀率降低。3)加入SiC后，由于SiC与CO之间的反应沉淀，砖内的脱C率降低。此外，SiO2膜对SiC的保护作用使SiC稳定存在，降低了Al2o3-SiO-C砖的孔隙率，防止熔体渗入耐火材料。