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        煉銅廠用耐火磚及鎂鉻磚優化配制介紹

        時間:2018-07-02 來源:耐火材料廠 作者:寰洋實業 瀏覽次數:

        煉銅廠用耐火磚有多個設備,下面由寰洋實業為大家簡單介紹一下煉銅廠各個高溫設備用耐火磚,以及鎂鉻磚優化配制,感興趣的朋友可以一起來了解下。
         


         

        冰銅熔煉爐用耐火磚

        冰銅的冶煉目前應用廣的為鼓風爐,反射爐、電爐、閃速爐。由于原料、燃料及工藝技術條件的差異,爐用耐火材料也有差別。熔煉的原料為銅精礦(成燒結塊、熔劑,硅石及石灰石)。產物為:冰銅、爐渣及含SO2的爐氣。冰銅品位一般為25—55%。爐料和產品對耐火材料的侵蝕都很強。

        1、反射爐,爐頂:采用高鋁耐火磚、鎂鉻磚等等作吊掛爐頂材料;爐墻:采用鎂磚或鉻磚、鎂鉻磚砌筑內襯,非工作層一般為粘土磚外加輕質耐火磚;爐底:采用鎂磚或鎂鉻磚砌筑。

        2、閃速爐,反應塔:上部內襯用高質量鉻鎂磚,外包鋼殼。塔體下部高溫段(1400-1500℃)內襯用熔鑄鎂鉻磚砌筑,外殼采用水套冷卻,或采用銅管埋人澆注料內通水冷卻。塔體與沉降池結合部位一般采用鎂質耐火澆注料,或鎂鉻質耐火澆注料;沉降池:采用燒結鎂鉻磚或直接結合鎂鉻磚,由下至上依次為:輕質粘上磚、粘土磚、鎂鉻質搗打料船形墊層、鎂鉻磚工作襯。

        3.礦熱電爐用耐火材料,礦熱電爐爐體由爐頂、爐墻、爐底等部分組成。用鎂磚或鎂鉻磚砌筑爐墻。渣線以上部位多為鎂磚砌筑,或采用優質粘土磚或高鋁耐火磚。爐底下層為粘土磚。

        轉爐用耐火磚

        轉爐用耐火材料大致相同:在緊靠鋼制爐殼一層為用鹵水結合鎂質耐火搗打料搗制襯,厚度為50—100mm,然后砌筑鎂磚或鎂鉻磚工作襯,厚度為300—500mm。風口區及渣線區域內襯極易損毀,為轉爐的薄弱環節,一般采用直接結合鎂鉻磚或熔鑄鎂鉻磚。國外有的采用熔融鎂砂制成的鎂磚、熔融鎂鉻粒制成的鎂鉻磚、MgO含量為70%的熔鑄鎂鉻磚、鎂尖晶石磚和氧化鈣磚,使用效果較好。

        轉爐爐襯壽命低,耐火材料單耗高。吹煉1噸粗銅消耗鎂磚11kg,鎂鉻磚3kg。為了延長爐子壽命,除使用優質耐火材料外,主要是嚴格操作制度和熱工制度。新砌的爐襯或大修后的爐襯,先經過嚴格的烘烤,達到指定溫度之后,直接裝入冰銅,不加造渣劑而直接吹煉,又便形成大量的Fe2O3等物質,讓其粘附在爐襯表面上,掛渣皮,形成保護層后,方可投入正常吹煉。如不這樣,鎂鉻磚難以抵擋熔融爐渣的強烈侵蝕作用,極易損毀。

        火法煉銅轉爐用鎂鉻磚的結構優化與配置要求

        火法煉銅生產過程中,從銅锍到粗銅的冶煉過程絕大部分是在轉爐中進行的,目前世界各國多采用大中型臥式堿性轉爐,也稱Kerce-Smith轉爐,簡稱為P-S轉爐。因具有工藝方法簡單,操作容易、效率高等特點,因而被長期廣泛應用于銅锍的吹煉過程中,目前,約有80%以上的銅锍是在這種設備中吹煉的。

        本文將結合轉爐用耐火材料的熱場分布結果,詳細討論轉爐用鎂鉻耐火材料及其損毀機理。

        P-S轉爐內襯主要為鎂鉻耐火材料,內襯的易損部位主要是風口及風口區、爐口和端墻等部位。尤其是風口及風口區,使用條件為苛刻,也是易損的部位。解決風口及風口區用耐火材料的使用壽命,既可以降低整個轉爐爐襯的蝕損,也可以大幅度地提高轉爐爐齡。

        轉爐用耐火材料的消耗在重有色金屬的火法冶金中所占比例,所以解決轉爐用耐火材料的使用壽命不僅可以大幅度地降低消耗,還可以充分挖掘吹煉的生產潛力,解決好此問題具有顯著的社會效益和經濟效益。

        1、轉爐用耐火材料的優化配置

        P-S轉爐用耐火材料在各個部位的損毀情況不一樣,風口與風口區不僅溫度波動大而且頻繁,因此要求耐火材料不僅要抗熔蝕和沖刷,而且要有良好的抗熱剝落和結構剝落等性能。

        根據熔體及爐襯的溫度場仿真和鎂鉻耐火材料性能、損毀的研究,我們確定選材原則為:熱穩定性好,抗SO2氣氛侵蝕性能好,抗爐渣侵蝕性好,抗锍滲透性強以及高溫強度大等。根據這一原則,風口及風口區爐襯材料選用電熔再結合鎂鉻耐火材料,其他部位選用直接結合鎂鉻耐火材料。

        2、爐體結構及砌筑方法優化

        為了消除由于爐襯砌筑不合理而引起的結構應力和熱應力,在采用優質鎂鉻耐火材料的同時對磚型和砌筑結構進行了調整。

        1)磚型改進

        風口區是吹煉反應強烈、熔體沖刷嚴重的部位。加上風口維護時捅風眼機鋼釬的沖擊,風口區損壞而停爐修理。風口耐火材料的使用壽命代表著轉爐爐齡(在一個風口耐火材料更換期內轉爐作業的爐次)。

        風口耐火材料一般采用直接結合鎂鉻耐火材料或電熔再結合鉻鎂耐火材料,以往的磚型設計為每個風口由兩塊風口磚組成,磚的寬度為風口中心距減去磚縫厚度2mm。由于大型轉爐采用多釬式捅風眼機進行風口維護,因此,對風口中心距、風口角、風口中心線的水平度等都有嚴格的要求。一般風口磚每隔一塊磚插入2mm厚紙板一塊,不鉆風眼的部分每隔3塊磚插入2mm厚的紙板一塊。風眼砌磚如圖6-94a所示。以往風口磚的磚型設計為每個風口由兩塊風口磚組成。根據減小爐襯應力集中和銅锍沿磚縫滲透的原則,設計了新型風口耐火材料。

        該磚型由于一頭大一頭小,風口直接在磚中鉆成。因此,在砌筑時無需添加異形磚,而且風口磚砌好后,其受力中心和轉爐的中心位于同一圓心上,從而緩解了結構應力。同時,由于該磚是一整體,減少了銅锍等沿磚縫的滲透。

        2)爐口處爐襯的改進

        轉爐爐口砌磚是結構強度薄弱的部位,特別在爐口與圓形筒體的交接處,形狀復雜,磚的加工量多,磚縫多而厚度難以掌握;而爐口又是加料(銅锍、石英熔劑、冷料)、倒渣、排煙的通道,工藝操作極為頻繁,吹煙時排煙溫度高達1450℃以上。溫度周期性的波動、銅渣噴濺和煙氣的沖刷、爐口清理的機械碰撞磨損、Cu2S和S02的侵蝕等,內襯工作條件極為惡劣,使用壽命短。生產過程中往往因爐口掉磚或損壞被迫停爐修理,影響轉爐的工作效率。

        爐口橫截面形狀為鼓形,上、下口是半徑為的拱形壁面,左、右拱形壁面的襯磚厚度有兩種結構形式,a式襯磚厚度不變,均為230mm,b式襯磚厚度是變化的,對上爐口的內口襯磚厚度為230mm,外口厚度為180mm,對下爐口的外口襯磚厚度為230mm,內口厚度為180mm。貴溪冶煉廠銅硫吹煉轉爐爐口襯磚原為b式結構,現改為a式結構(取消上爐口襯板,并取消連接部的加強筋板而增硇一道反拱,下爐口襯板下移50mm并加長至爐殼,上下爐口襯磚厚度均改為230mm),改善了上爐口的結構強度,提高了爐口區爐襯使用壽命。

        3)端墻砌磚的改進

        轉爐端墻有兩種結構形式:直形端墻和球形端墻。

        以前,轉爐多采用直形端墻。球形端墻在砌筑時采用環形砌筑法,因而有效地減輕了應力集中,改善了爐襯的受力狀態。

        3、操作制度優化

        1)吹煉制度

        轉爐的吹煉制度有三種:單爐吹煉、爐交換吹煉和期交換吹煉。目前,國內多采用單臺吹煉爐交換吹煉。

        A.單爐吹煉

        工廠一般只有兩臺轉爐,其中一臺操作,一臺備用。一爐吹煉作業完成后,重新加入銅锍,進行另一爐次的吹煉作業。

        B.爐交換吹煉

        工廠一般有三臺轉爐時,一臺備用,兩臺交替作業。在2號爐結束全爐吹煉作業之后,1號爐立即進行另一爐次的吹煉作業。但1號爐可在2號爐結束吹煉之前預先加入銅锍,2號爐可在1號爐投人吹煉作業之后排出祖銅,從而縮短了停吹時間。

        C.期交換吹煉

        工廠一般有三臺轉爐時,一臺備用,兩臺交替作業m在1號爐的S1期與S2期之間,穿插進行2號爐的B2期吹煉。將排渣、放粗銅、清理風眼等作業安排在另一臺轉爐投入送風吹煉后進行。僅在兩臺轉爐切換作業時短暫停吹,縮短了停吹時間。

        以每爐處理145t品位為50%的銅锍為例,按三種吹煉制度進行比較,鼓風量為32000m3/h(標準狀態)。

        貴冶采用期交換吹煉,其目的在于提高轉爐車間送風時率,改善向硫酸車間供煙氣的連續性,保證閃速熔煉爐比較均勻地排放銅锍。

        2)熔體溫度

        爐齡是轉爐工作好壞的一項重要的技術經濟指標。爐襯損毀的主要原因有三:化學侵蝕、機械損毀以及熱應力。轉爐損毀的三個主要原因都與溫度有關。因此,在實際操作過程中,應杜絕高溫作業。根據耐火材料的性質,一般造渣期溫度控制在(1250&plusmn;10)℃,造銅期溫度控制在(1180&plusmn;10)℃。影響爐溫的主要因素有:

        (1)銅锍量。銅锍初始溫度與開始吹煉的時間有直接的關系,銅锍初始溫度越高、銅锍量越大,至開吹的時間越短,則爐溫越高;反之,則爐溫越低。

        (2)熔劑加入速度。熔劑加人速度越快,會使熔體溫度局部降低,加入速度過慢,則化學反應放出的熱量不足以使溫度迅速升高。

        (3)鼓風強度。鼓風強度處于合理的風料比時,反應比較強烈,導致熔體溫度顯著上升;鼓風強度過小,反應所需的氧供應不足,熔體溫度的升高將會受到限制。

        (4)冷料量。在銅锍吹煉過程屮,加人冷料是為了消耗掉反應生成的過剩熱量,避免高溫作業,以減少爐壁用耐火材料的損耗。冷料量是決定轉爐熱狀態的重要因素,冷料量過少,則爐內溫度高,徒然加速內襯磚的消耗;冷料量過多,則爐內溫度過低,給吹煉過程造成困難,或者不能形成好的爐渣,或者吹煉時間異常地延長。

        3)操作停風時間

        操作間隙停風時間將影響熔體溫度,停風時間越長,溫度下降越大。表明了停風時間對爐襯內不同部位溫度時變速率的影響。停風時間越長,爐襯溫度時變速率越大。

        4)氧氣含量范圍

        盡管富氧吹煉能使生產率得到提高,并可解決利用煙氣制酸問題,但目前世界上所有銅轉爐富氧鼓風的氧含量仍低于30%。若氧含量高于這個水平,則轉爐風口帶的耐火材料的損壞會加大。

        4、爐口尺寸優化

        爐口面積的大小對轉爐生產有著直接影響,爐口過小會使銅锍加入和爐渣、粗銅的排出速度變慢,冷料加人困難,煙氣流速過快,惡化操作條件,使爐口經常黏結大量的熔渣,增加停風清理次數;爐口過大則削弱了筒體的強度和剛度,熱損失過大,特別是當加料、排料等停風時,爐體過多的熱損失會引起爐溫大的波動,使爐襯過早損壞。為此,本部分將利用仿真技術優化爐口尺寸范圍。

        1)造渣期爐口面積大小對熔體溫度的影響

        在造渣期,鼓風強度相同時,隨著爐口尺寸的變大,熔體的溫度降低;爐口尺寸固定時,隨著鼓風強度的增加,熔體的溫度逐漸升高。

        造銅期與造渣期的趨勢相似,即鼓風強度相同時,隨著爐口尺寸的變大,熔體的溫度降低;爐口尺寸固定時,隨著鼓風強度的增加,熔體的溫度逐漸升高。

        爐口面積的大小對轉爐生產有著直接影響,從仿真結果中可以看出:在相同的鼓風強度下,熔體的溫度隨爐口面積比(爐口面積與爐膛面積之比)增大而明顯降低。

        爐口過小會使銅锍加入和爐渣、粗銅的倒出速度變慢,冷料加入困難,使爐口經常黏結大量的熔渣,增加停風清理次數;爐口過大則削弱了筒體的強度和剛度,熱損失過大,特別是當加料、排料等停風時,爐體過多的熱損失會引起爐溫波動大,使爐襯過早損壞。

        根據熱場仿真計算和實際操作經驗,爐口面積與熔體表面積之比在0.18~0.25之間為宜,爐口處煙氣流速約為6~8m/s。爐口面積確定后,爐口的長寬比在1.15~1.35之間。

        總結

        (1)對大型銅轉爐用耐火材料的配置進行了優化。選用電熔再結合鎂鉻耐火材料/半再結合鎂鉻耐火材料作為風口區用耐火材料,而在其他操作環境不太苛刻的區域選用半再結合鎂鉻耐火材料/直接結合鎂鉻耐火材料作為爐襯材料;同時對磚型、爐體結構以及爐襯的合理砌筑進行了優化;此配置在貴溪冶煉廠200t轉爐上使用,效果良好,將爐襯壽命提高到250爐次以上。

        (2)爐口面積對熔體溫度影響的仿真結果表明,在相同的鼓風強度下,熔體穩定溫度隨爐口面積比(爐口面積與爐膛面積之比)增大而明顯降低;爐口面積與熔體表面積之比在0.18~0.25之間為宜,爐口的長寬比在1.15~1.35之間。

        關于煉銅廠用耐火磚及鎂鉻磚優化配制就介紹到這里,希望對大家有所幫助,寰洋實業作為專業的耐火材料生產廠家,產品齊全,耐火磚有:粘土磚、高鋁耐火磚、剛玉磚、莫來石磚產品質量優良,耐火材料價格實惠,歡迎大家來電咨詢和選購。

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