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耐材行業資訊

耐火材料在直流電弧爐的應用介紹

編輯:耐火磚???瀏覽:???時間:2020-09-11




 
直流電弧爐爐蓋及耐火材科
以前我國爐蓋一直采用高鋁磚砌筑,隨著直流電弧爐的發展,國外紛紛用擴大剛玉質搗打料來提高爐蓋使用壽命,再加上UHP的應用,要求耐火材料必須具有良好的高溫力學性能、耐侵蝕、抗熱震性好以及體積穩定等特點,更促使爐蓋耐火材料使用要求的提高。目前,我國的爐蓋中心三角區域都采用了剛玉澆注料(其Al2O3含量不小于92%),取得了較好的效果,壽命高達120爐以上。
 
直流電弧爐爐墻及耐火材料
進入20世紀90年代,UHP的電弧爐爐墻幾乎全部采用鎂炭磚砌筑,以解決渣線上的爐渣侵蝕和爐體上部爐墻的高溫熱蝕。直流電弧爐也同樣如此,這是因為鎂炭磚在當代超高功率的直流電弧爐上體現了高的抗熱震性,極好的抗渣性,高熱導率有助于水冷,可控制的氣孔尺寸和分布(顯氣孔率較低)等優越性。
當然,決定鎂炭磚質量水平的關鍵因素仍是磚中的鎂砂純度和晶體結合狀態、石墨的純度和結晶程度以及結合劑的選用。
目前,國內一般在爐墻上部采用瀝青結合鎂炭磚,爐墻下部采用樹脂結合鎂炭磚。
 
直流電弧爐爐底及耐火材料
前面已經介紹直流電弧爐爐底電極有四種形式,因而帶來的耐火材料有導電耐火材料爐底和非導電型搗打耐火材料爐底兩大類。
(一)導電耐火材料爐底
從導電耐火材料爐底來看,其主要特點為:使用導電耐火材料作為正陽極的爐底電極,然后再由此爐底電極傳導直流電流。;其爐型特點是:用普通的砌磚襯技術,將三層導電的鎂炭耐火磚砌筑在爐底的一塊銅板上面(該銅板是爐子的正極),然后用石墨膏抹平任何不平整之處。導電鎂炭磚砌筑下面的兩層磚,應保持水平,磚與磚要求緊密。至于爐底鎂炭磚砌好后,上面可覆蓋一層搗打導電的耐火材料。
導電耐火材料應該具備下列性能:電阻應盡可能小(約10-3~10-4m&Omega;),均勻穩定,即比電阻不隨溫度變化;熱傳導率低;抗熱化學和熱物理學的蝕損系數高;壽命長;消耗低。其優點有:實現大面積電接觸;可采用普通砌磚方法和維修制度;能保證質量穩定,不出事故。
(二)非導電型搗打耐火材料爐底
非導電型以搗打耐火材料為爐底的直流電弧爐的爐底耐火材料(搗打料),其爐底電極分別采用金屬觸針、水冷金屬棒或網狀。
該爐型的特點是:無論是金屬觸針,還是金屬棒,其材質是用低碳鋼,并分別連接在爐底的集電板上。爐底用搗打自密型耐火材料打結。隨著使用過程中耐火材料的熔損,導電金屬材料也相應縮短。
此類耐火材料必須具有下列性質:能在適當的溫度下,燒結成堅實的整體;具有良好的高溫結構強度;具有佳粒度組成;能控制燒結爐底的氣孔率大小和氣孔徑分布,從而確保低的滲透。
(三)爐底的砌筑
直流電弧爐爐底的結構一般分為三層:絕熱層、保護層和工作層。絕熱層是爐底下層,其作用是降低電弧爐的熱損失,并保證降低熔池上下鋼液的溫度差距。一般是鋪一層石棉板,再平砌一層輕質耐火磚。保護層的作用是保護熔池的堅固性,防止漏鋼,通常保護層用燒成鎂磚砌筑。工作層直接與鋼液接觸,熱負荷高,化學侵蝕和機械沖刷嚴重,須使用優質耐火材料。該層可分打結、振動(適合散狀搗打料)及砌筑(適合導電耐火磚)。
無論采用何種底電極形式的直流電弧爐的爐底襯都不能采用像交流電弧爐那樣傳統的修補料,即使處于高溫時的爐底也是不足的,因為這種材料的電阻過大。針對這種困難,開發了干式、無碳的含金屬粉末的導電熱補料,該熱補料是由70%氧化鎂和30%鐵粉組成的混合料。
四、水冷式棒狀底電極用耐火材料
我國的銅鋼復合水冷式棒狀底陽極電極,一次性使用壽命已經超過1000爐以上。為了增加工作端的鋼棒的導電量,在銅鋼連接周圍砌筑導電耐火材料鎂炭磚,底陽極為圓形時,用特制導電鎂炭質套磚,方形時用交錯咬合鎂炭磚直接砌筑。無論是鑲砌或用套磚包括導電鋼棒),總面積應為頂電極截面積的2倍。實踐中證明在電爐的熔化期,水冷點上25mm處溫度為100~150℃之間,出鋼前為200~250℃。如果精煉時間長,氧化期高溫度可達300℃。一般更換底電極方法十分簡單,只要把底陽極上部鋼砣吊走,再安裝一根同樣的底電極,周圍套上導電鎂炭磚,在鎂炭磚周圍用高鐵合成鎂砂干打平整,即可投入使用。如果在修砌爐襯時不需要更換底陽極時,可不拆除底陽極而采用修復底陽極鋼棒即可,這樣更加會延長底陽極的使用壽命。
ABB型直流電弧爐用耐火磚的性能簡介
ABB型直流電弧爐的技術核心是導電耐火磚爐底。爐殼的底部是一個活動的球形爐底,內層為銅板,外層為耐熱鋼板,導電耐火磚直接砌在銅板上,耐火磚與銅板之間的空隙用石墨材料填充,以減少接觸電阻。這種形式的爐底對鎂-石墨質的耐火磚要求高,為保證足夠的導電性,耐火磚的a達到15%,而且需要經高溫處理。通常砌三層耐火磚,下面兩層為性襯,厚度為 250mm。爐底有一個垂直的環形法蘭,由一個環形溝槽支撐著,并與爐殼相焊接。球形爐底通過環形法蘭支承在爐殼的環形槽內,在法蘭和溝槽之間墊上絕緣耐火磚,兩側的間隙用耐火混合料封閉。在爐底銅板上焊有4個銅制接線柱,用來與底部的電纜相連接。為防止爐底過熱,爐底通過軸流式風機強制冷卻。
導電耐火磚除要求具有所有煉鋼用耐火磚的各種性能以外,還必須具有以下特征:
1、電阻率應盡可能小,一般要求應低于5*10-2Ω?cm;
2、熱導率要低,以減少爐內熱量散失;
3、應具有高的耐侵蝕能力。
 
鎂炭磚在直流電弧爐爐底的應用
耐火材料導電的直流電弧爐爐底是在導電爐底銅板上直接砌筑導電的鎂炭磚,共分為三層:下兩層為層,厚度約為200 ~ 250mm,上層為工作 層,厚度為400 ~450mm,層和工作層的鎂炭磚中的碳含量各異,然后再在砌好的爐底上覆蓋一層導電性良好的搗打料。生產過程中可用含碳的鎂質料進行修補,其中導電鎂炭磚是整個爐襯砌筑的關鍵。田守信等人在研究導電鎂炭磚時發現:(1)采用酚醛樹脂作結合劑的鎂炭磚的導電性比用瀝青作結合劑的導電性要高;采用鱗片狀石墨的導電性比含碳粉的鎂炭磚的導電性高;隨石墨含量的增加,鎂炭磚的導電性增加。當石墨的含量大于5%時,鎂炭磚在室溫和高溫下均可以導電。⑵由于石墨是片狀結構的材料,所以鎂炭磚的導電性與石墨方向性有明顯的關系。研究發現平行于石墨層狀方向鎂炭磚的導電性明顯高于垂直方向的導電性,所以鎂炭磚的成型方向應當保持水平,因而作為直流電爐爐底的鎂炭磚使用時應當立砌。(3)鎂炭磚的導電性與熱處理溫度有直接的關系。研究發現:當熱處理的溫度在900℃時,鎂炭磚的導電性良好。(4)浸油對鎂炭磚性能的影響。通過浸油工藝可以改善制品的組織結構,降低鎂炭磚的透氣性,增加材料的致密度和機械強度。鎂炭磚浸油后,還可以增加材料中的炭素沉積,使材料的氣孔細化,從而使得鎂炭磚的性能進一步改善,耐侵蝕性、抗氧化性和高溫強度均得到提高。
在實際使用過程中工作層由于受到鐵水、廢鋼和直接還原鐵投入時產生的熱震剝落, 
鎂炭磚中碳含量以20%為宜;層為了減少熱量的傳導,可使用碳含量為10%的鎂炭磚,同時為了保證直流電弧爐在使用過程中電阻率的穩定性,仍需采用燒成鎂炭磚。
直流電弧爐用石墨電極的質量要求
直流電孤爐用的石墨電極,電流通過時沒有集膚效應,電流在電流截面上均勻分布,與交流電弧爐相比,可適當提高通過電極的電流密度。對相同輸入功率的超高功率電爐而言,直流電弧爐只使用1根電極,電極的直徑要大一些,如100t的交流電弧爐使用直徑600mm的電極,而100t的直流電弧爐使用直徑700mrn的電極,更大一些的直流電弧爐甚至需要直徑750?800mm的電極,電流負荷也越來越高,因此對石墨電極的質量提出了如下要求:
(1) 
電極本體及接頭的電阻串應更小,如電極本體的電阻率降至5μΩ·m左右,接頭的電阻率降至左右。降低石墨電極電阻率,除了應選擇優質針狀焦原料外,還應相應提高石墨化溫度。
(2)電極本體及接頭的線膨脹系數要低,同時電極本體的軸向和徑向線膨脹系數與接頭相應熱膨脹系數值應根據通過電流密度的大小保持適當比例關系。
(3) 電極的熱導率要高。熱導率高,可使石墨電極體內熱量傳遞快,徑向溫度梯度縮小,從而降低熱應力。
(4)具有足夠的機械強度,如電極本體的抗折強度達到 
12MPa左右,并且接頭的強度要遠離于電極本體,一般應高出1倍左右,對于接頭,應測定其抗拉強度,并在電極連接后施加額定的扭矩,使電極兩端面保持一定的緊壓力。
(5)電極的氣孔率要低,以降低電極表面的氧化消耗。
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