高炉用电煅煤基炭砖中高导热网络的构筑及其性能研究
发布时间：2021-11-27 07:57
炭砖是炼铁高炉炉缸炉底部位的重要耐火材料,其寿命决定着高炉的一代炉役。随着高炉强化冶炼技术的发展,高炉炉缸炉底部位工作环境日益严苛,要求高炉炭砖具有较高的导热系数。对于提高炭砖的导热系数,人们往往是通过引入高导热物质,如采用人造石墨取代传统电煅煤;也有报道在炭砖制备过程中添加硅粉,并复合引入铝粉或硅微粉等,利用高温下原位形成大量的AlN、Al3C4和SiC等高导热陶瓷相填充气孔来提高炭砖的导热系数。然而,目前高炉炭砖仍以电煅煤基炭砖为主,大量引入人造石墨必然会造成炭砖成本大幅度上升。因此,如何进一步提高电煅煤基炭砖的导热系数是目前亟待解决的问题。本论文首先通过热活化处理电煅煤,提高其石墨化度和反应活性,促进电煅煤参与反应生成大量碳化硅晶须,提高炭砖导热系数;其次,通过在电煅煤骨料表面和树脂结合剂中负载催化剂,高温下催化裂解树脂碳生成碳纳米管,优化骨料与基质间的界面结合,降低界面间的传热热阻,从而改善炭砖的导热系数;再次,在炭砖制备过程中引入活性石墨碳源,促进基质中原位形成大量碳化硅晶须,构筑基质高导热网络提高炭砖的导热系数;另外,采用真空浸渍...
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：156 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
炉缸炉底炭砖的损毁机理模型
武汉科技大学博士学位论文61.3炭砖性能要求及发展趋势炭砖的技术指标众多，常见有：导热系数、抗铁水侵蚀性能、抗炉渣侵蚀性、抗碱性、平均孔径、<1μm孔容积率、透气度和抗氧化性等[56]。根据高炉炉缸炉底炭砖的侵蚀机理，普遍认为最为关键的指标是导热系数和抗铁水侵蚀性能。高导热系数和高抗铁水侵蚀性能是高炉炉缸炉底炭砖应具备的主要特征[57-59]。（1）高导热系数炭砖具有高的导热系数，可以缓解烘炉和投产初期温差应力对炉缸砌体的破坏，同时还可以改善炭砖炉衬的温度分布，若将炉衬温度降至900℃以下，碱金属对炭砖的化学侵蚀破坏作用就会降低或消失；更重要的是，高的导热系数有助于将1150℃渣铁凝固线向炭砖热面推移，从而有利于在炭砖炉衬热面形成渣皮状附着物，进而保护炭砖炉衬免受磨损[24,60-61]。（2）高抗铁水侵蚀性能炭砖长期与铁水接触，其抗铁水侵蚀性能的优劣直接决定了炭砖的寿命。炭砖具有高的抗铁水侵蚀性能，可以缓解铁水对炭砖表层的溶解和侵蚀，延长炭砖使用寿命[62-65]。图1.2日本炭砖的发展历史Fig.1.2DevelopmentofJapanesecarbonblocks国外炭砖的研究起步早、技术先进，以日本炭砖的发展历史（图1.2）和相应炭
武汉科技大学博士学位论文14管引入到铝碳材料中，发现添加0.05wt%碳纳米管的试样具有最优的力学性能，而过量添加碳纳米管会导致其在材料中团聚，导致材料性能恶化。李亚伟等人[119]将碳纳米管引入到炭砖中，研究了碳纳米管对炭砖导热系数的影响，结果表明：碳纳米管的添加有助于提高炭砖的导热系数，当添加量为4wt%时炭砖的导热系数达到最大，这是由于材料中大量碳化硅晶须的生成以及碳纳米管本身的高导热性能造成的；而碳纳米管添加量过多时，由于碳纳米管团聚严重，炭砖的导热系数提升不明显（图1.3），同时炭砖的平均孔径降低，微孔性能恶化（图1.4）。图1.3含CNT炭砖经不同温度处理后的导热系数Fig.1.3ThermalconductivityofcarbonblockscontainingCNTfiredatdifferenttemperature图1.4含CNT炭砖经不同温度处理后的微孔特性Fig.1.4PorositycharacteristicsofcarbonblockscontainingCNTfiredatdifferenttemperature（3）原位形成陶瓷相
【参考文献】：
期刊论文
[1]耐火材料的气孔特性与物理性能相关性的研究进展[J]. 郭童双,邓承继,祝洪喜,丁军,余超,宋云飞,樊国栋,冷光辉. 陶瓷学报. 2018(03)
[2]温度和铁水成分对炭砖溶解行为的影响[J]. 邓勇,张建良,焦克新. 钢铁. 2018(05)
[3]长钢9号高炉炉缸温度升高的护炉措施[J]. 王继萍,曹锋. 炼铁. 2017(04)
[4]通钢3号高炉炉缸侵蚀的原因及护炉措施[J]. 任振东,于海新. 炼铁. 2017 (01)
[5]高炉中碱金属和锌的循环及危害控制[J]. 张伟,王再义,张立国,邓伟,韩子文,王亮. 鞍钢技术. 2016(06)
[6]含孔隙及界面热阻的复合材料有效导热系数[J]. 庞旭明,周剑秋,杨晶歆,廖铭宏. 中国有色金属学报. 2016(08)
[7]石墨的应用及其发展前景[J]. 刘丹丹. 黑龙江冶金. 2016(01)
[8]Formation mechanism of the graphite-rich protective layer in blast furnace hearths[J]. Ke-xin Jiao,Jian-liang Zhang,Zheng-jian Liu,Feng Liu,Li-sheng Liang. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2016(01)
[9]首钢长钢八高炉炉况失常分析[J]. 杨军昌,宁晓波. 山西冶金. 2015(06)
[10]高炉炉缸用炭砖在高温含水条件下的氧化行为[J]. 刘彦祥,张建良,侯新梅,焦克新,刘福军,赵永安. 矿冶. 2015(S1)
博士论文
[1]环氧树脂基轻质隔热复合材料制备及隔热机理研究[D]. 王晓东.哈尔滨工程大学 2017
[2]含膨胀石墨的铝碳耐火材料组成、结构与力学性能研究[D]. 王庆虎.武汉科技大学 2015
[3]镁碳耐火材料组成、结构与力学性能研究[D]. 朱天彬.武汉科技大学 2015
[4]高炉炉底炉缸耐火材料结构与性能优化研究[D]. 李亦韦.武汉科技大学 2014
[5]铝碳耐火材料中碳纳米管结构演变、原位形成及材料力学性能研究[D]. 罗明.武汉科技大学 2013
[6]高导热炭材料的制备研究[D]. 袁观明.武汉科技大学 2012
[7]定向金属氮化法制备氧化镁—氮化铝复相材料[D]. 金胜利.武汉科技大学 2007
硕士论文
[1]氮化硼填充导热高分子复合材料的制备与性能研究[D]. 孙娜.安徽大学 2018
[2]焦宝石制备轻质隔热耐火材料的微孔化设计及性能[D]. 刘建博.武汉科技大学 2018
[3]通钢7号高炉长寿生产实践[D]. 孟凡强.辽宁科技大学 2016
[4]MgO-SiC-C复合粉体对低碳镁碳砖性能的影响[D]. 李歆琰.武汉科技大学 2015
[5]轻量Al2O3-MgO质浇注料基质增强及熔渣渗透数值模拟[D]. 邹阳.武汉科技大学 2014
[6]高炉炉缸部炉壳开裂的炉墙热应力分析[D]. 刘昊.东北大学 2013
本文编号：3521862
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：156 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
炉缸炉底炭砖的损毁机理模型
武汉科技大学博士学位论文61.3炭砖性能要求及发展趋势炭砖的技术指标众多，常见有：导热系数、抗铁水侵蚀性能、抗炉渣侵蚀性、抗碱性、平均孔径、<1μm孔容积率、透气度和抗氧化性等[56]。根据高炉炉缸炉底炭砖的侵蚀机理，普遍认为最为关键的指标是导热系数和抗铁水侵蚀性能。高导热系数和高抗铁水侵蚀性能是高炉炉缸炉底炭砖应具备的主要特征[57-59]。（1）高导热系数炭砖具有高的导热系数，可以缓解烘炉和投产初期温差应力对炉缸砌体的破坏，同时还可以改善炭砖炉衬的温度分布，若将炉衬温度降至900℃以下，碱金属对炭砖的化学侵蚀破坏作用就会降低或消失；更重要的是，高的导热系数有助于将1150℃渣铁凝固线向炭砖热面推移，从而有利于在炭砖炉衬热面形成渣皮状附着物，进而保护炭砖炉衬免受磨损[24,60-61]。（2）高抗铁水侵蚀性能炭砖长期与铁水接触，其抗铁水侵蚀性能的优劣直接决定了炭砖的寿命。炭砖具有高的抗铁水侵蚀性能，可以缓解铁水对炭砖表层的溶解和侵蚀，延长炭砖使用寿命[62-65]。图1.2日本炭砖的发展历史Fig.1.2DevelopmentofJapanesecarbonblocks国外炭砖的研究起步早、技术先进，以日本炭砖的发展历史（图1.2）和相应炭
武汉科技大学博士学位论文14管引入到铝碳材料中，发现添加0.05wt%碳纳米管的试样具有最优的力学性能，而过量添加碳纳米管会导致其在材料中团聚，导致材料性能恶化。李亚伟等人[119]将碳纳米管引入到炭砖中，研究了碳纳米管对炭砖导热系数的影响，结果表明：碳纳米管的添加有助于提高炭砖的导热系数，当添加量为4wt%时炭砖的导热系数达到最大，这是由于材料中大量碳化硅晶须的生成以及碳纳米管本身的高导热性能造成的；而碳纳米管添加量过多时，由于碳纳米管团聚严重，炭砖的导热系数提升不明显（图1.3），同时炭砖的平均孔径降低，微孔性能恶化（图1.4）。图1.3含CNT炭砖经不同温度处理后的导热系数Fig.1.3ThermalconductivityofcarbonblockscontainingCNTfiredatdifferenttemperature图1.4含CNT炭砖经不同温度处理后的微孔特性Fig.1.4PorositycharacteristicsofcarbonblockscontainingCNTfiredatdifferenttemperature（3）原位形成陶瓷相
【参考文献】：
期刊论文
[1]耐火材料的气孔特性与物理性能相关性的研究进展[J]. 郭童双,邓承继,祝洪喜,丁军,余超,宋云飞,樊国栋,冷光辉. 陶瓷学报. 2018(03)
[2]温度和铁水成分对炭砖溶解行为的影响[J]. 邓勇,张建良,焦克新. 钢铁. 2018(05)
[3]长钢9号高炉炉缸温度升高的护炉措施[J]. 王继萍,曹锋. 炼铁. 2017(04)
[4]通钢3号高炉炉缸侵蚀的原因及护炉措施[J]. 任振东,于海新. 炼铁. 2017 (01)
[5]高炉中碱金属和锌的循环及危害控制[J]. 张伟,王再义,张立国,邓伟,韩子文,王亮. 鞍钢技术. 2016(06)
[6]含孔隙及界面热阻的复合材料有效导热系数[J]. 庞旭明,周剑秋,杨晶歆,廖铭宏. 中国有色金属学报. 2016(08)
[7]石墨的应用及其发展前景[J]. 刘丹丹. 黑龙江冶金. 2016(01)
[8]Formation mechanism of the graphite-rich protective layer in blast furnace hearths[J]. Ke-xin Jiao,Jian-liang Zhang,Zheng-jian Liu,Feng Liu,Li-sheng Liang. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2016(01)
[9]首钢长钢八高炉炉况失常分析[J]. 杨军昌,宁晓波. 山西冶金. 2015(06)
[10]高炉炉缸用炭砖在高温含水条件下的氧化行为[J]. 刘彦祥,张建良,侯新梅,焦克新,刘福军,赵永安. 矿冶. 2015(S1)
博士论文
[1]环氧树脂基轻质隔热复合材料制备及隔热机理研究[D]. 王晓东.哈尔滨工程大学 2017
[2]含膨胀石墨的铝碳耐火材料组成、结构与力学性能研究[D]. 王庆虎.武汉科技大学 2015
[3]镁碳耐火材料组成、结构与力学性能研究[D]. 朱天彬.武汉科技大学 2015
[4]高炉炉底炉缸耐火材料结构与性能优化研究[D]. 李亦韦.武汉科技大学 2014
[5]铝碳耐火材料中碳纳米管结构演变、原位形成及材料力学性能研究[D]. 罗明.武汉科技大学 2013
[6]高导热炭材料的制备研究[D]. 袁观明.武汉科技大学 2012
[7]定向金属氮化法制备氧化镁—氮化铝复相材料[D]. 金胜利.武汉科技大学 2007
硕士论文
[1]氮化硼填充导热高分子复合材料的制备与性能研究[D]. 孙娜.安徽大学 2018
[2]焦宝石制备轻质隔热耐火材料的微孔化设计及性能[D]. 刘建博.武汉科技大学 2018
[3]通钢7号高炉长寿生产实践[D]. 孟凡强.辽宁科技大学 2016
[4]MgO-SiC-C复合粉体对低碳镁碳砖性能的影响[D]. 李歆琰.武汉科技大学 2015
[5]轻量Al2O3-MgO质浇注料基质增强及熔渣渗透数值模拟[D]. 邹阳.武汉科技大学 2014
[6]高炉炉缸部炉壳开裂的炉墙热应力分析[D]. 刘昊.东北大学 2013
本文编号：3521862
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