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自焙碳砖在矿热炉中石墨化的三个优异性能

添加时间:2019年7月3日  浏览次数:

自焙碳砖这种炉衬材料除了具有普通炭质炉衬的优点外,还具有接缝强度很高的特点。自焙碳砖在使用过程中,逐步“自焙”成致密而坚实的整体,从而使用寿命比高铝或粘土耐火砖炉衬提高1~3倍。

云南地区一电石厂采用自焙碳砖做炉衬材料,连续正常生产五年多,按计划停炉后,现场考察发现:自焙碳砖之间的缝隙已完全“愈合”而不易察觉。整个炉衬形成致密而坚实的整体,炉底渣口以下部位和炉底部位的自焙碳砖基本未被侵蚀,炉底内径比筑炉竣工时数值仅仅增大2厘米。

为了进一步分析这种新型炉衬材料的性能,在该炉底上部的内侧,炉底下部的内、外侧分别取样,进行了较全面地理化性能测试分析发现炉底内侧的自焙碳砖性能优于炉底下层:这表明铁水和熔渣直接接触的那部分自焙碳砖的性能,优于非直接接触的部分。由此,我们可得到启示:自焙碳砖炉衬在使用过程中,长期与铁水、熔渣接触,承受高温(1300~1500℃)高压,又有金属作催化剂,正是这些特定的条件,形成了这种炉衬材料特有的优异性能。自焙碳砖炉衬在长期使用过程中产生了热解炭,这是其性能优异的第一个原因,这种热解炭在各个试样中随处可见。

自焙碳砖

炉衬在烘炉和生产过程中,热量由其内侧向外侧传递,内侧表面的沥青粘结剂首先焦化形成多孔结构。当热量逐渐向外侧传递时,与内侧表面紧邻的内侧次表面的温度也逐渐升高,该处的沥青粘结剂产生出大量的含碳挥发物。由于更外侧的粘结剂尚未挥发,或为熔融态,或为固态,对上述挥发物的阻力极大。因而大量的挥发物只能向内侧表面的多孔结构中扩散,在某一合适的温度与压力下裂解。从而在内侧表面部位的焦粒内部以及焦粒之间的孔隙侧壁上沉积成热解炭。这既增加了强度,又降低了孔度。这样的过程由炉衬内侧逐步向外侧发展,越接近炉衬内表面,沉积的时间越长,质地就越致密。因而炉衬内侧的抗压强度较外侧的更高,内侧的孔度也较外侧的更小。

形成自焙碳砖优异性能的第二个原因是其在使用过程中逐步石墨化,因而具有很好的导热性能以及很好的抗侵蚀能力,大大提高了炉衬的使用寿命。其石墨化成都接近于石墨化电极,而邻近铁水部位的比远离部位的更高。这是由于在矿热炉中,有一些金属元素作触媒,起着催化作用的结果。由此可见,金属触媒在碳的石墨化过程中的催化作用是十分明显的其次尽管铁水温度不太高,但自焙碳砖炉衬在这样的温度下所经历的时间特别厂(长达五年之久),在低温长时间条件下,碳同样可以石墨化。

自焙碳砖在使用过程中,形成金属/碳类复合结构,这是性能优异的第三个原因,自焙碳砖炉衬的电阻率较小,都在60Ω·mm2/m以上,而炉衬样品的真比重、假比重很高,孔度很低。其原因就是炉衬中渗入了大量的铁、锰等金属元素。自焙碳砖在使用过程中“自焙烧”生成的多孔结构中,渗入了大量的铁水,从而使其理化性能有了改变。这样形成的金属/碳复合结构(类似与电碳制品),质地致密,强度较高(抗压强度比石墨电极高一至三倍),有利于炉衬寿命的延长。

寿命长的另一个重要因素是自焙碳砖炉衬耐侵蚀,在砌炉时留上的接缝已不明显,正是由于沥青粘结剂熔融时,固态粒子位移,沥青的结焦—热解炭作用以及铁水渗入接缝形成金属/碳类复合结构等几方面的因素,共同“愈合”了原有的接缝。从而是整个炉衬一体化,有效地阻止了矽铁对炉衬的钻透破坏作用。通过对自焙碳砖炉衬的试样分析认为

1:自焙碳砖炉衬在长期生产过程中,产生了热解炭

2:具有石墨结构

3:形成金属/碳类复合结构

4:整个炉衬一体化

正是这些结构上的特点,材使得这种新型炉衬材料耐侵蚀,寿命长。自焙碳砖炉衬工艺是碳素制品的焙烧—石墨化工艺

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