• on 11 Sep 2026
• By rongsheng
• Промышленные новости

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:

1. В низкоползучих высокоглиноземистых кирпичах на основе боксита повышение температуры спекания улучшает температуру разупрочнения при нагрузке.
2. Добавление андалузита в однородные материалы на основе боксита значительно повышает температуру разупрочнения при нагрузке.
3. В бокситовых высокоглиноземистых кирпичах с низкой ползучестью добавление андалузита в виде мелкодисперсного порошка улучшает высокотемпературные характеристики лучше, чем добавление его в гранулированной форме.
4. 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.

• on 28 Jun 2026
• By rongsheng
• Промышленные новости

Повреждение высокоглиноземистых кирпичей на верхней части электропечи

Высокоглиноземистые огнеупорные кирпичи для крыш электродуговых печей — это огнеупорные изделия, изготовленные из бокситового клинкера и небольшого количества глины, с содержанием Al2O3 более 65%, используемые для крыш электродуговых печей. Первоначально для выплавки некоторых специальных сталей в качестве крыш печей как в основных, так и в кислых электродуговых печах использовались кремнеземистые кирпичи. Кремнеземистые кирпичи обладают высокими температурами размягчения под нагрузкой, малой массой и могут выдерживать крышу печи без разрушения при температурах плавки в течение длительного времени. В ранней Британии для крыш небольших электродуговых печей использовались силлиманитовые кирпичи. Другие варианты включают равномерное термическое расширение, низкий коэффициент линейного расширения и отсутствие необходимости в деформационных швах. Однако из-за того, что их цена в 3-4 раза выше, чем у кремнеземистых кирпичей, их использование не получило широкого распространения.

Высокоглиноземистый огнеупорный кирпич для крыш электродуговых печей

Высокоглиноземистый огнеупорный кирпич для крыш электродуговых печей. С развитием технологии плавки в электродуговых печах (ЭДП), использованием кислорода для плавки и рафинирования, температура плавки постоянно повышалась, а объемы ЭДП увеличивались. Расплавленные капли с кремнеземистых кирпичных покрытий стали появляться, стекая на стенки печи и влияя на срок их службы и состав шлака. При использовании извести для корректировки состава шлака, образующаяся известковая пыль еще больше усугубляет коррозию кремнеземистых кирпичей. Начиная с 1960-х годов, в Соединенных Штатах проводились эксперименты с обожженными магнезиально-хромовыми кирпичами, хромомагнезиальными кирпичами, специальными магнезиальными кирпичами и доломитовыми кирпичами, используемыми в крышах ЭДП для производства специальной стали. В печах мощностью от 5-8 тонн до 100-160 тонн отслаивание кирпича было повторяющейся проблемой. Хотя встраивание стальных листов в кирпичные швы могло предотвратить отслаивание, это приводило к утечке электричества и локальному перегреву. В больших печах кирпичи деформировались из-за чрезмерного веса, что требовало добавления механических несущих конструкций. Хотя обычные кирпичи обладают лучшей шлакостойкостью, чем высокоглиноземистые кирпичи… Испытания не дали идеальных результатов; срок службы был даже меньше, чем у высокоглиноземистых кирпичей для крыш печей, а стоимость была выше.

Из-за нехватки бокситовых ресурсов бывший Советский Союз мог разрабатывать только обычные кирпичи для крыш печей. В 1970 году доля стали, используемой в электродуговых печах, в Советском Союзе составляла всего 9,2%, в то время как доля обычных кирпичей для крыш печей, используемых в электродуговых печах, достигла 95%.

Китай начал использовать высокоглиноземистые кирпичи для крыш электродуговых печей в 1953 году благодаря своим обильным природным бокситовым ресурсам. Простой процесс производства и низкая стоимость создали благоприятные условия для широкого использования, заменив таким образом кремнеземистые кирпичи.

Характеристики высокоглиноземистых кирпичей для крыш электродуговых печей

Технические характеристики высокоглиноземистых кирпичей для крыш электродуговых печей варьируются в зависимости от содержания Al2O3. В Китае они классифицируются на три марки: DL-80, DL-75 и DL-65, с стандартизированными конструкциями для типов кирпичей и способов укладки.

Кристаллическая фаза высокоглиноземистых кирпичей для крыш печей – муллит-корунд. Высокосортный кирпич DL-80 в основном состоит из корундовой фазы, обладающей высокой огнеупорностью и хорошей устойчивостью к различным шлакам.

Коэффициент теплового расширения высокоглиноземистых кирпичей, используемых в крышах электродуговых печей, увеличивается с повышением температуры, особенно для высококачественных кирпичей, достигая 0,8%-0,9% при 1200℃.

Из-за различий в кристаллической структуре основной кристаллической фазы количество и вязкость стекловидной фазы в высокоглиноземистых кирпичах, используемых в крышах электропечей, варьируются, что приводит к различным модулям упругости и деформациям под напряжением при высоких температурах. Например, высокоглиноземистые кирпичи, изготовленные из боксита с содержанием Al2O3 85–86%, демонстрируют изменяющиеся модули упругости в зависимости от температуры, достигая максимальных значений (6,69 МПа и 8,97 МПа) при 1230℃ и 850℃ соответственно, при этом модуль упругости выше при охлаждении, чем при нагреве.

Ключевые технологические моменты для высокоглиноземистых кирпичей в крышах электропечей

Выбор высококачественного, высокочистого и хорошо спеченного боксита. Использование небольшого количества связующей глины с хорошей пластичностью и низким содержанием примесей, таких как K2O, Na2O и Fe2O3. Глину добавляют в виде суспензии с максимальным критическим размером частиц 4-3 мм для клинкера. Для формования используются высокотоннажные прессы, чтобы предотвратить расслоение раствора. Размеры кирпичей строго соответствуют чертежам, чтобы избежать скручивания и растрескивания.

Использование высокоглиноземистых кирпичей для крыш электропечей

При строительстве крыши печи необходимо равномерно распределять нагрузку и оставлять соответствующие деформационные швы в радиальном и окружном направлениях. Кирпичи необходимо обжигать перед использованием. При повреждении отслоением во время плавки предпочтительнее использовать кирпичи более низкого качества; при повреждении от эрозии расплава предпочтительнее использовать кирпичи более высокого качества. Во время непрерывной высокотемпературной плавки необходимо проводить продувку сажи с крыши печи.

Факторы, влияющие на высокоглиноземистый кирпич в крышах электропечей

Основными причинами повреждения высокоглиноземистого кирпича в крышах электропечей являются химическая коррозия и отслаивание/царапание кирпичной массы.

Условия эксплуатации высокоглиноземистого кирпича в крышах электропечей чрезвычайно суровы, максимальная рабочая температура составляет 1650℃. Особенно в период восстановления высокоглиноземистый кирпич в крыше печи подвергается воздействию высоких температур в течение длительного времени. После выпуска расплава, при ремонте печи, температура падает до 1350℃. Во время загрузки печи сверху крыша подвергается воздействию атмосферы и быстро остывает до температуры ниже 800℃. Помимо воздействия высоких температур и резких перепадов температуры, высокоглиноземистый кирпич в крыше печи также подвергается коррозии от оксидов, таких как CaO, MgO и FeO, из шлакообразующих и ремонтных материалов печи. Это вызывает многогранное разрушительное напряжение. Степень повреждения зависит от физико-химических свойств высокоглиноземистых кирпичей, их высокотемпературных и механических свойств, а также тесно связана с процессом плавки и конструированием высокоглиноземистых кирпичей в крыше печи.

При осмотре поврежденных фрагментов кирпичей можно выделить примерно три зоны: зону реакции, переходную зону и зону неизмененности. Визуально зона реакции состоит из серовато-коричневых и желтовато-коричневых участков. Серовато-коричневый участок имеет жирный блеск, отличается исключительной плотностью и твердостью. На поверхности зоны реакции образуется слой сажи, по краям – толстый, неравномерно распределенный слой железного шлака. Железный шлак имеет диаметр 1-10 мм, достигая примерно 50 мм в толщину по краям, что является результатом потока расплавленного металла вдоль арочного верха печи в процессе обжига. Переходная зона имеет коричневато-коричневый или желтовато-коричневый цвет, плотную и твердую. Неизменная зона имеет бежевый цвет с видимыми желтовато-белыми частицами клинкера. Высокотемпературная зона реакции имеет длину 15 мм, а переходная зона — 10 мм. В переходной зоне наблюдается образование кристаллов корунда и муллита, а также вторичное муллификацию.

Судя по оставшимся кирпичам, процесс коррозии высокоглиноземистых кирпичей, используемых на крыше электропечи, в основном вызван CaO и MgO из извести, флюорита и металлургического доломитового песка, используемых при производстве шлака и ремонте печи. В зоне реакции также содержится значительное количество оксидов железа, участвующих в реакции. При чрезвычайно высоких температурах сам кирпич не только образует жидкую фазу, но и реагирует с внешним флюсом, в результате чего на поверхности кирпича образуется многокомпонентная расплавленная система. В конце каждого цикла плавки, после 20-25-минутного интервала, когда плавится следующая партия стали, верхняя часть печи быстро охлаждается до температуры ниже 800 °C. На этом этапе из жидких фаз различного состава выпадают различные кристаллы, и охлажденный материал становится стекловидным. При повторном повышении температуры для плавки стекловидный материал плавится, а кристаллическая фаза растворяется. В ходе этого процесса часть расплава стекает в шлак, а часть непрерывно проникает внутрь кирпича и взаимодействует с ним. Это приводит к тому, что неизменные зоны кирпича постепенно становятся переходными зонами, а переходные зоны — зонами реакции, и этот процесс повторяется многократно, вызывая непрерывный износ кирпича.

Износ высокоглиноземистых кирпичей в верхней части электропечей происходит не только из-за химического воздействия; во время плавки кирпичи часто отслаиваются или шелушатся. Наблюдение за высокоглиноземистыми кирпичами после использования показывает, что отслаивание вызвано поперечными трещинами, возникающими в результате быстрого сжатия переходных зон. Основная причина заключается в том, что примеси и флюс из исходных кирпичей переносятся на холодный конец высокоглиноземистых кирпичей, накапливаясь в переходной зоне. При высоких температурах образуется большое количество жидкой фазы. Одновременно, под воздействием внешних примесей и высокой температуры, корунд перекристаллизуется и растет в переходной зоне. Это особенно характерно для случаев, когда процессы кристаллизации и перекристаллизации корунда и муллита в высокоглиноземистых кирпичах недостаточны, что приводит к увеличению усадки при рабочих температурах. Кроме того, существуют различные причины, связанные с процессом плавки.

В целом, повреждения высокоглиноземистых кирпичей в крышах электропечей в основном обусловлены химической коррозией и отслаиванием/царапанием кирпичного тела. Однако с точки зрения химической коррозии предпочтительны высокоглиноземистые кирпичи с содержанием Al₂O₃ не менее 75%. Отслаивание/царапание высокоглиноземистого кирпичного тела сокращает срок службы крыши печи, что является неизбежным следствием химической коррозии. Колебания температуры печи являются условием, вызывающим растрескивание и отслаивание/царапание.

На основе анализа повреждений высокоглиноземистых кирпичей в крышах электропечей, для увеличения срока службы крыш электропечей необходимо улучшить качество высокоглиноземистых кирпичей, стремясь к производству высокочистых, высокоплотных и трещиностойких кирпичей для крыш электропечей. В то же время, на основе текущих обновлений и усовершенствований огнеупорных кирпичей для крыш электропечей, огнеупорный материал для крыш электропечей может быть изготовлен в виде необожженных сборных блоков с использованием хромокорундового литьевого материала в качестве цельного сборного материала, что устраняет недостатки растворных швов и эрозионной стойкости, возникающие при использовании высокоглиноземистых кирпичей для стыковки.