Влияние андалузита на свойства бокситовых низкоползучих высокоглиноземистых кирпичей
Для создания низкоуглеродистых, энергосберегающих, высокоэффективных, высокотемпературных, долговечных и крупномасштабных доменных печей предъявляются более высокие требования к характеристикам огнеупорных материалов, используемых в доменных печах. Однородные материалы на основе боксита, полученные путем гомогенизации и спекания, обладают равномерным распределением микроструктуры и стабильными химическими и механическими свойствами. Андалузит обладает превосходной химической стабильностью, объемной стабильностью, высокотемпературной механической прочностью и термостойкостью. Добавление андалузита к однородным материалам на основе боксита может улучшить и повысить высокотемпературные характеристики низкоползучих высокоглиноземистых кирпичей на основе боксита, удовлетворяя требованиям к низкоползучим высокоглиноземистым кирпичам в ключевых компонентах доменных печей.
Факторы, влияющие на характеристики низкоползучести высокоглиноземистых кирпичей
В данном исследовании, используя в качестве основных сырьевых материалов гомогенный материал на основе боксита и андалузит, изучалось влияние формы добавления андалузита и температуры спекания на характеристики низкоползучести высокоглиноземистых кирпичей на основе боксита.
В качестве сырьевых материалов использовались 55% андалузита, 80% гомогенного материала на основе боксита и белая глина Гуанси. В процессе спекания андалузит разлагается на муллит и аморфные фазы SiO₂ или высококремнистые стеклообразные фазы (в присутствии примесей). Он может реагировать с большим количеством Al₂O₃ с образованием вторичного муллита in situ, что сопровождается определенным расширением объема, демонстрируя хорошую ползучесть и термостойкость. Однородный материал на основе боксита изготавливается из бокситовой руды с помощью таких процессов, как дозирование, гомогенизация, тонкое измельчение, формование и высокотемпературная кальцинация, и обладает плотной и однородной микроструктурой, однородным составом и стабильными характеристиками.
Образцы спекались при температурах 1450℃, 1500℃ и 1550℃. Также учитывалась температура разупрочнения при нагрузке. Образцы, спеченные при 1550℃, подвергались испытаниям на ползучесть под давлением, и измерялась скорость ползучести. Были сделаны следующие выводы:
- В низкоползучих высокоглиноземистых кирпичах на основе боксита повышение температуры спекания улучшает температуру разупрочнения при нагрузке.
- Добавление андалузита в однородные материалы на основе боксита значительно повышает температуру разупрочнения при нагрузке.
- В бокситовых высокоглиноземистых кирпичах с низкой ползучестью добавление андалузита в виде мелкодисперсного порошка улучшает высокотемпературные характеристики лучше, чем добавление его в гранулированной форме.
- Добавление андалузита к однородным бокситовым материалам значительно улучшает сопротивление ползучести, при этом эффект от добавления мелкодисперсного порошка андалузита превосходит эффект от добавления гранул андалузита.
Низкопеечные андалузитовые высокоглиноземистые кирпичи
Низкопеечные андалузитовые высокоглиноземистые кирпичи содержат андалузит, который, подобно силлиманиту, обладает превосходными высокотемпературными структурными прочностными свойствами. Андалузитовые кирпичи демонстрируют более высокую скорость высокотемпературной ползучести, чем бокситовые, корундовые и большинство муллитовых кирпичей, что делает андалузит одним из идеальных материалов для низкокопеечных огнеупоров.
Процесс производства андалузитовых высокоглиноземистых кирпичей аналогичен процессу производства высокоглиноземистых кирпичей, с использованием высокоглиноземистых бокситов, корунда или муллита в качестве заполнителей и добавлением ряда частиц андалузита.
Наблюдаются изменения температуры разупрочнения под нагрузкой и скорости ползучести изделий из андалузитовых высокоглиноземистых кирпичей с различным содержанием андалузитового концентрата. По мере увеличения количества андалузита температура разупрочнения под нагрузкой соответственно возрастает. При содержании андалузита 15% температура размягчения под нагрузкой достигает приблизительно 1600℃.
Физико-химические свойства низкоползучих высокоглиноземистых кирпичей с добавлением андалузита. В высокоглиноземистых огнеупорных материалах добавление андалузита или андалузитовых композитных добавок приводит к очень высоким значениям прочности конструкции при высоких температурах. Комплексные исследования и экспериментальная работа показывают, что при добавлении 15–20% или 25–30% концентрата андалузита температура размягчения под нагрузкой высокоглиноземистых изделий может достигать 1600℃ или 1700℃, хотя это может незначительно варьироваться в зависимости от состава заполнителя и матрицы высокоглиноземистого изделия.
Существует значительная корреляция между количеством добавленного андалузита и температурой размягчения под нагрузкой и скоростью ползучести высокоглиноземистых изделий. Добавление андалузита в высокоглиноземистые изделия может эффективно повысить температуру размягчения под нагрузкой и снизить скорость ползучести (которая варьируется в зависимости от содержания андалузита в самом изделии), тем самым улучшая эксплуатационные характеристики изделия и обеспечивая более эффективную работу высокотемпературных частей печей.
В среднетемпературной зоне доменной печи используются высокоглиноземистые кирпичи с низкой ползучестью
Доменная печь — важнейший элемент доменной плавки. В зависимости от температуры каждой зоны используются различные огнеупорные кирпичи. В традиционных конструкциях доменных печей используется комбинация огнеупорных кирпичей из кремнезема, высокоглиноземистых материалов и глины. Например, среднетемпературная зона доменной печи в основном строится с использованием высокоглиноземистых кирпичей с низкой ползучестью. Почему для среднетемпературной зоны доменной печи выбирают высокоглиноземистые кирпичи с низкой ползучестью? Каковы их эксплуатационные характеристики?
Рабочая среда в среднетемпературной зоне доменной печи
Среднетемпературная зона доменной печи имеет относительно низкую температуру, обычно от 600 до 1200 °C. Эта зона в основном включает сторону камеры сгорания, сторону регенератора и область вблизи входа горячего воздуха — все это переходные зоны от высоких к низким температурам. Ключевой характеристикой этих зон является большая разница температур; поэтому следует выбирать низкоползучие высокоглиноземистые кирпичи с хорошими свойствами быстрого нагрева и охлаждения.
Характеристики низкоползучих высокоглиноземистых кирпичей
В вышеупомянутой среднетемпературной зоне мы в основном используем низкоползучие высокоглиноземистые кирпичи с превосходной ползучестью. Низкопеечные высокоглиноземистые кирпичи изготавливаются из высококачественного высокоглиноземистого боксита в сочетании с высококачественным огнеупорным сырьем, таким как кианит, андалузит и силлиманит, и обжигаются вместе. В процессе обжига эти три минеральных компонента претерпевают две муллитовые трансформации, в конечном итоге образуя структурно стабильную кристаллическую фазу муллита, что обеспечивает высокоглиноземистым кирпичам превосходную ползучесть.
Эффекты применения
Успешно реализовано использование низкоползучих высокоглиноземистых кирпичей в среднетемпературной зоне доменных печей. Их превосходные высокотемпературные характеристики позволяют им хорошо адаптироваться к изменениям рабочей среды. Длительное применение обеспечивает стабильность эксплуатационных характеристик кирпича, эффективно продлевая срок службы доменной печи.
