耐火材料工艺-含碳耐火材料1

推广使用MgO-C质耐火材料作为转炉和电炉的炉衬。
耐火材料工艺-含碳耐火材料1
（3）地位 碳复合耐火材料是目前钢铁冶金工业中应用最广
泛的一种耐火材料，图示说明。
炼铁系统 炼钢系统 连铸系统
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高炉
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高炉出铁场
主沟 铁沟 渣沟
Al2O3-SiC-C Al2O3-SiC-C Al2O3-SiC-C
➢ 1、耐火材料制备过程中的物理、化学以及工程学 问题；
➢ 2、耐火材料的组成、结构与性质以及它们之间的 关系；
➢ 3、耐火材料使用过程中的物理与化学过程及其损 毁机理。
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已学知识点回顾
二、耐火材料研究的目标——过去，现在和将来
➢ 1、使用寿命百度文库降低消耗——过去及大多现在； ➢ 2、耐火材料的功能化——现在及未来； ➢ 3、节能减排——未来。
压下升华温度:2200 ℃,其强度随温度的升高而
增加。
六角网状平面上的每个碳原子与周围碳原
子形成三个共价键,另一个电子在该平面上自由
移动,且与相邻平面上碳原子的剩余电子作为电
子云存在于网状平面间,使石墨具有良好的导热
和导电性。
石墨具有各向异性,宏观膨胀系数不大;在温 度骤变时其体积变化小,同时具有良好的导热性
新的冶炼技术的需要
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上个世纪80年代初至80年代末的二伊战争 石油危机
重油紧缺----如何节能降耗？ 能源危机的需要
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上世纪70年代末期，日本九洲耐火材料公司渡
国外 边明等人研制成功镁碳砖，在多国申报专利；镁碳
砖最先用于电炉电极的热点部位；1978年用于转炉
石墨结构
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石墨作为耐火原料时的特性
（1）对炉渣的不湿润性（ non-wetting for slag ） （2）高的导热性（ high thermal conductivity ） （3）低的热膨胀性（ low thermal expansion ） 此处，石墨与耐火材料在高温下不发生共熔。
墨 片之分。品位10～25%之间。可浮性好。
类
隐晶质石墨（土状石墨）。晶体直径<1
型 微米，特点是表面呈土状，缺乏光泽，润滑 性差。品位较高。一般的60～85%。少数高
达90%以上。
石墨外观
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是以石油焦、沥青焦等为主要原料，
以沥青为结合剂，压制成型后，经
2500~3000℃高温非氧化气氛下进行石
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（4） “碳”与“炭”的区别
“碳”是一种元素，符号为C。 “炭” 是碳，且以无定形碳为主 的人造物质(artifact, non-natural )。 炭的化学成分主要是碳，且其中 的碳以无定形(非晶)结构存在。 “碳”与“炭”的关系： 炭=无定形碳+杂质。实际应用时 重点看是不是无定形碳，从而确定该 用何字。
人 墨化处理而得。
造
特点：含碳量高（99％以上），灰
石 分少（不超过0.5％），但其结晶程度
墨
不如天然鳞片状石墨，且生产工艺复 杂。
含碳耐火材料中大量使用的是天然
鳞片石墨（自然界的薄片石墨）。
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石墨（Graphite）的基本性质
真空中熔点为3850℃,挥发点为4250℃；低
•具有高的热震稳定性； •良好的抗熔渣和钢水的侵蚀性
使用寿命长
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（7）碳复合耐火材料使用现状
所有的电炉、转炉炉衬材料均为含碳耐火材料； 使用寿命大多在一万炉以上，通过采用溅渣护炉技术后, 武钢、济钢等钢厂的炉衬寿命均超过三万炉次。但吨钢耐材 消耗还有待努力降低!
炼钢现场
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1、考虑耐火材料的耐火度。例如粘土砖的耐火度为 1730℃，而其使用温度仅为1350℃。
➢ 2、考虑耐火材料的高温结构强度，通过其荷重软化 点来表征。耐火材料的使用温度必须要低于其荷重软 化点。例如粘土砖的耐火度为1730℃，而其荷重软化 点为1350℃，因此最高使用温度仅为1350℃。
➢ 3、考虑耐火材料要具有高的热稳定性；
（2）
底吹转炉供气嘴，1979年用于转炉的各个部位。
历程
1980前后年开始研究含碳耐火材料，且列入国
家“七五”(1985~1989)科技攻关项目。
1987年9~12月在鞍钢三炼钢厂转炉上试用镁碳
国内 砖后，仅用一年时间就超额完成了“七五”转炉炉
龄达千次的攻关目标。
上世纪80年代后期，在全国各大中小钢厂普遍
高炉出铁口用
Al2O3-SiC-C炮泥 Al2O3-SiC-C铁沟浇注料
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高炉出铁口组成 渣沟
主沟
沟盖 出铁口
铁沟 摆动流槽
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Al2O3-SiC-C质炮泥
高炉出铁口
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Ironmaking——torpedo ladle（鱼雷罐）
SEN（submerged entry nozzle）浸入式水口
SES（Submerged entry shroud）浸入式水口
连 铸 系 统
滑板 中间包底
执行机构
双板滑动式水口工作示意
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钢包渣线MgO-C
包衬: Al2O3-MgO-C Al2O3-MA-C
长水口Al2O3-C
炼铁——鱼雷罐(运送铁水、铁水预处理脱P,S)
Al2O3-SiC-C砖
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Al2O3-MgO-C砖
Al2O3-SiC-C砖 低水泥浇注料
红柱石砖 红柱石砖或Al2O3-SiC-C砖
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顶吹氧气管
转炉系统
底吹氩气管
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转炉 MgO-C砖(MgO-CaO-C砖)
鞍钢250T转炉
铁水包 Al2O3-SiC-C砖
转炉炼钢系统
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内
衬 转炉炉口
全
部
是
碳 复
耳轴
合
耐
火
材
料
转炉
氧枪 出钢口
气体空间 渣层
金属液 耐火材料内衬
吹气时的流动状态
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工 作 衬 全 部 是 含 碳 耐 火 材 料
三相交流电炉炼钢示意图
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已学知识点回顾
三、钢铁冶金的过程 高炉炼铁——将铁矿石制备还原成含碳铁 水的过程：
✓Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2, ✓Fe3O4+4CO=3Fe+4CO2
炼钢过程——将含碳铁水中的碳氧化、除 杂、合金化的过程
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已学知识点回顾
四、高温工业选择耐火材料的依据
直
流
电
弧 炉
内衬：MgO-C，高碳导电 炉底砖（MgO-C砖）及
MgO-C捣打料(阳极)
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钢包: 渣线——MgO-C砖 包衬——Al2O3-MgO-C砖 连铸三大件 塞棒——Al2O3-C质 长水口——Al2O3-C质 浸入式水口——Al2O3-C质 滑板——Al2O3-ZrO2-C
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已学知识点回顾
➢ 具有高温化学稳定性 。例如，硅砖只能做酸性熔渣的 耐火材料，而不能做为碱性熔渣的耐火材料；而镁砖 则恰好相反，只能做碱性熔渣的耐火材料。
➢ 考虑材料的致密度。满足前述条件下，尽量选择体积 密度小的材料，以减少蓄热增强体温。
➢ 在用作电炉内衬时，还需考虑其导电性。 耐火材料的性能必须要满足生产要求，在此基础上， 考虑其经济要求，尽量使生产成本最低。
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2020/12/15
耐火材料工艺-含碳耐火材料1
本节课主要内容
• 了解碳复合耐火材料发展的背景、历程及 地位
• 理解“碳”与“炭”的区别 • 掌握石墨的特性及含碳耐火材料的优点 • 熟知目前含碳耐火材料急需解决的问题
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已学知识点回顾
一、耐火材料学主要研究的内容
石墨结构示意图
能,因而石墨抗热震性能优良。
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石墨的性质
①耐高温性能好；
②导热、导电性好；
③特殊的抗热震性能；
④润滑性，石墨层间结合力弱,使之具有润 滑性;鳞片越大,润滑性越好。石墨在常温 下具有很好的化学稳定性,不受任何强酸 强碱及有机溶剂的侵蚀.
⑤良好的化学稳定性和抗侵蚀能力。但石 墨在空气中易氧化，用于碳复合耐火材 料时应该采取必要的防氧化措施。
三维结构
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（5） 石墨的特性及含碳耐火材料的优点
石墨是元素碳的一种同素异形体（金刚石、
C60、石墨烯、纳米碳管）。
致密结晶状石墨 （块状）:结晶明显,晶
天 体肉眼可见，直径>0.1毫米 ，品位高，含碳
然 量为60～65%，有时达80～98%。
石
鳞片石墨，呈鳞片状，有大鳞片和细鳞
(8) 目前含碳耐火材料急需解决的问题
石墨的高导热
作为炉衬材料
往钢液中渗碳
热损失大,不利于节能! 不利于冶炼低碳钢等品种钢
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3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/12/15
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抗渣性 热震稳定性
接触角或润湿角?
湿润角与润湿性的关系
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(6)碳复合耐火材料的特点及优点
碳复合耐火材料既可以保持原耐火材料的特点，又能发挥 复合后的新特性，可根据需要进行设计，取长补短，最大限度 地达到使用要求的性能。
如MgO-C砖利用了镁砂的抗碱性渣侵蚀能力强和碳的高导 热性及低膨胀性，补偿了碱性制品抗剥落性差的最大缺点。
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4.1 碳复合耐火材料发展概况(背景、历程和地位) （1）背景
传氧统化耐物火为材主料：MgO、Al2O3 、MA、A3S2…… 特点：离子晶体、熔点高、储量丰富
与炉渣亲和性润湿性好、脆性材料、热导率小 抗渣性与热震稳定性差
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铁水的预处理 顶吹、顶底复吹、超高功率电炉 炉外精炼、连铸比的不断提高。 要求耐火材料使用寿命(service life)要高。
钢包—中间包系统
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渣线：镁碳砖 包衬：铝镁碳砖
钢壳
钢包结构示意图
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钢包(盛钢桶)内衬耐火材料
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精炼炉钢包
钢水作用区
渣线
出完钢后的钢包
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碳复合耐火材料的种类
炼铁系统（高炉炮泥、铁沟、渣线、鱼雷罐等）： Al2O3-SiC-C、Al2O3-MgO-C系列 炼钢系统（转炉、电炉）： MgO-C、MgO-CaO-C系列 连铸系统（钢包、钢包滑板、水口、长水口、中间包滑板、 浸入式水口、塞棒等）： MgO-C、Al2O3-C、MgO-Al2O3-C系列