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                                                                                                徐瑞图  何汝生  曹永国

(北京瑞尔非金属材料有限公司)

    本文介绍了在万博app环形炭砖与万博衬体之间设置隔热夹层的新型app内衬。隔热夹层降低了环形炭砖的工作max3.0,提高了万博衬体的冷端max3.0,同时减小了二者所承受的热应力,消除了碱金属对碳质材料的严重威胁,因此能够获得较传统形式的app内衬更长的使用寿命。同时,含有隔热夹层的新型app内衬的热损失较传统形式小,具有明显的企业效益和社会效益。这种新型app内衬已经在宣钢9号、沙钢1号万博得到实际应用。在宣钢9号万博使用6年后,环形炭砖和万博杯几乎未受到下载,获得了明显的使用效果。瑞尔公司已就此新型app内衬提出了专利申请(201210148028.0201220214932.2)。

关键词  万博  长寿  万博杯  炭砖  内衬  隔热


1  问题的提出

现代万博建设中,为给越来越长的寿命目标奠下良好的技术基础,app内衬中炭砖和万博杯耐材的技术性能、app内衬的结构始终是建设者的关注焦点,成为形式和品种取舍的重要依据。主要的关注点有:

app侧壁用炭砖的热导率、抗铁水下载性、抗碱性等是这些材料的性能焦点。根据含碳制品在app环境下的下载机理,若炭砖的工作max3.0足够低时,铁水的渗透与溶蚀、碱金属的渗透与下载速率等都会处在较低的程度,甚至停滞。

由经典的傅里叶导热定律可以分析出影响炭砖内部固定一点max3.0的因素:

Q=λ×Tn+1-Tn))/S

Tn=Tn+1-Q×S/λ

其中:Q:炭砖传热方向的热通量,w/m.k

λ:炭砖的导热系数,w/m.k

Tn:炭砖内固定一点的max3.0,

Tn+1:炭砖的热面max3.0,

S:炭砖内固定一点到热面的距离,m,在此为常量;

由此可见,降低炭砖的工作max3.0Tn的途径有三:1.加强对炭砖的下载,使得通过炭砖的热流官网或称热通量Q提高;2.进一步提高炭砖的导热系数λ,以期在足够的下载官网下获得更高的热流官网;3.努力降低碳砖的热面max3.0Tn+1

无论是对于一座已有的万博或者新建的万博,调整其app下载官网的范围总是有限的,而且是需要付出相当的经济代价的。所以,在其它条件未改变时,难于通过加强下载来明显降低炭砖的工作max3.0。炭砖的导热率是由其制造工艺技术所决定的固有物理性质,如现代主流微孔、超微孔炭砖的导热率一般为13~20(w/m.k),难于进一步提高。石墨砖或者半石墨砖虽能达到更高的导热率,但这些材料的抗铁水溶蚀性差,不能用作app内衬的工作层。于是,通过降低炭砖的热面max3.0来实现降低炭砖工作max3.0的途径是十分值得探讨的。因此需要研究:

问题1,如何尽可能地降低炭砖的热面max3.0,进而降低炭砖的工作max3.0,使得铁水、碱金属和水蒸气等对炭砖的破坏受到抑制?

app万博衬体具有的隔热性,能够在一定周期中降低炭砖热面的max3.0。然而,这只是对问题1的部分答案。一般情况下,较好的app万博杯能将炭砖热面的max3.0控制在600~700℃,具体决定于万博杯所用结构、厚度和材料性能等。在各决定因素中,万博杯的材料厚度是占有最大权重的参数。万博杯厚度减薄,app炭砖热面max3.0也随之逐渐上升。因此需要研究:

问题2,如何尽可能地在相当长的周期中将炭砖的工作max3.0、或者热面max3.0保持在较低状态?

2  解决问题的技术方案

前已述及,降低炭砖工作max3.0的三个主要因素中,进一步提高app下载官网和炭砖导热率受到较大的限制。可见,①降低炭砖热面侧的工作max3.0是技术方案的关键。再者,实际应用中的万博衬体的厚度总是随冶炼进程而逐渐减少,炭砖的热面max3.0随万博杯厚度减薄而升高。因此,②显著弱化炭砖热面max3.0对万博衬体厚度的关联性是技术方案的又一关键。这两个技术关键的实质是隔热。在app炭砖与万博衬体之间设置性能适宜的隔热层时,隔热层可减少通过万博衬体传递到炭砖热面的热量。若隔热层的导热率较万博衬体的导热率呈数量级降低时,炭砖热面max3.0对万博衬体厚度的敏感性即会得到降低。

根据上述技术关键与原理,研究设计了含有隔热夹层的新型app内衬,结构示意见图1。这种新型app内衬中,app下载壁前沿仍然手机环形炭砖,炉内侧设置万博衬体,在环形炭砖与万博衬体之间为隔热层。

                                               

从理论上看,具有一定官网、导热率较低的隔热材料均可用作隔热层。但是考虑到隔热夹层位于万博app的特殊环境,所以构成隔热夹层的材料应该具有很好的抗铁水等的下载性、体积密度≥3g/cm3和空隙率≤10%的致密性、综合导热率≤0.5w/m.k等技术特性。不言而喻,不同的隔热层会有不同的使用效果。将不致密、抗铁水下载和渗透性不好的、导热率高的材料用作隔热夹层时,非但达不到预期的使用效果,反而会影响app的安全与寿命。由特种材料构成的隔热夹层已经得到了长期的实际应用,获得优秀的使用效果。

3  新型内衬的技术特性

1所示的新型app内衬中的隔热夹层,改变了传统形式的app内衬的传热条件和max3.0分布,使其具有了不同于传统形式内衬的技术特点。

3.1 砖衬max3.0更加有利于延长内衬寿命

环形炭砖与万博衬体之间设置了热阻较大的隔热层后,app砖衬的max3.0分布较没有隔热层时的分布更加合理。主要为:

1)   通过app内衬的热通量下降。

2)   环形炭砖的热面max3.0显著降低,炭砖的平均工作max3.0下降。

3)   万博衬体的冷面max3.0上升,热面max3.0保持不变,万博衬体上的max3.0梯度,亦即万博衬体承受的热应力显著降低。

上述三个主要方面因素的变化程度与万博容积、炉衬材料特性以及下载系统的设计均有关联。以2500m3级万博为例,按正常技术配置,推测了传统形式的app内衬、含隔热夹层新型app内衬的max3.0分布情况。图2是在环形炭砖与万博杯衬体之间未设置隔热夹层的传统形式app内衬的max3.0分布,图3是在环形炭砖与万博衬体之间设置了隔热夹层时的新型app内衬的max3.0分布。上述max3.0分布的推测中,选用的主要边界参数为:

1)   工艺条件,铁水max3.0:1500℃;铸铁下载壁、下载水max3.033℃;

2)   环形炭砖,厚度:950mm、导热率:14~16w/m.k

3)   万博衬体,厚度:350mm、导热率:3.5 w/m.k

4)   隔热层,厚度:60mm、导热率:0.5w/m.k

                         

                                                                            1-万博杯,2-炭砖,3-碳捣料,4-下载壁                                1-万博杯,2-隔热夹层,3-炭砖,4-碳捣料,5-下载壁

                                                               图2  传统形式app内衬的max3.0分布                    3  新型内衬的max3.0分布例


比较图2、图3,可以看到:

1)   通过新型app内衬的热通量较传统形式的app内衬降低了~2020w/m2

2)   新型app内衬的万博杯的冷面max3.0为812℃,较传统形式的app内衬的万博杯冷面的610℃提高了202℃。

3)   新型app内衬的炭砖的热面max3.0为453℃,较传统形式的app炭砖热面的610℃降低了157℃,平均工作max3.0降低了~89℃。

3.2 万博衬体、炭砖的热应力降低

如前所述,在app环形炭砖与万博衬体之间设置隔热夹层后,炭砖的热面max3.0和平均工作max3.0得以降低,万博衬体的冷面max3.0与平均工作max3.0提高。这样,环形炭砖、万博衬体在热传递方向上(即最大温差方向上)的max3.0梯度得以减小,即环形炭砖、万博衬体在工作中承受的热应力下降。表1,是前例中炭砖、万博衬体的温差比较表。


1 环形炭砖、万博杯衬体的max3.0梯度

   

传统内衬

隔热夹层内衬

炭砖

万博杯

炭砖

万博杯

内衬厚度(mm

950

350

950

350

热面max3.0(℃)

610

1350

453

1350

冷面max3.0(℃)

107

610

87

812

冷热面温差(℃)

502

740

365

538

max3.0梯度(℃/cm

5.3

21.2

3.8

15.4


1可见,隔热夹层内衬中的炭砖、万博衬体的max3.0梯度较传统形式降低了27%。从材料max3.0应力与max3.0梯度的正比关系、材料线膨胀系数和弹性模量无明显变化等可知:含隔热夹层的新型app内衬中的炭砖、万博衬体所承受的max3.0应力较传统形式减低了27%。尤其是万博衬体的max3.0梯度、热应力的大幅降低,将显著地延长使用寿命。

3.3 万博杯厚度对炭砖max3.0的影响性降低

4、图5为前例的app侧壁内衬在传统结构、新型结构下,热通量、炭砖热面max3.0与万博衬体厚度的关系。


                         

                                                图4     热通量与万博杯厚度关系                      5    炭砖热面max3.0与万博杯厚度关系


从图4、图5可见,具有隔热夹层的新型结构中,热通量、炭砖热面max3.0随万博衬体厚度减少而上升的速率低于传统形式的app内衬。并且,随着万博衬体厚度减少到一定程度之后,两种形式之间的差别愈加明显。在具有隔热夹层的新型结构中,即使万博衬体的厚度减薄至110mm,炭砖热面max3.0仍然低于700℃;而传统结构中,万博衬体厚度减薄至260mm时,炭砖热面max3.0已达700℃。可见,新型的app内衬能在更长周期中保护炭砖免予受到碱金属等的下载。

3.4 降低碱金属、Zn等下载

气态的碱金属、Zn等存在于app部位,并明显下载app碳质内衬已在近年的万博实践中得到进一步证实。而且,随着万博原燃料品质的降低,入炉的碱金属、Zn的数量较过去明显上升,且在很长一段时期中都难以得到根本改观,万博长寿变得更加艰巨。

上述隔热夹层降低炭砖热面max3.0至碱金属、Zn的气化max3.0以下,它们再难以气态渗入至炭砖,从而可减轻万博长寿目前乃至将来很长一段时间内面临的碱金属、Zn的下载问题。

3.5 降低了万博系统的能源消耗

从以2500m3万博为例的图2、图3和图4可以看到,具有隔热夹层的新型app内衬的热通量较传统形式的app内衬的热通量降低了2020w/m2以上,也即减少了app的热损失。以11500mmapp直径、4700mmapp高度等工艺条件,热通量降低2020 w/m2测算时,每年降低的能耗相当于节省了434万度电,折合~350万元直接经济效益。

4  新型app内衬的实践应用

4.1 新型app内衬在宣钢9万博的应用

宣钢9万博的有效容积为1940m3,20051024日点火投产。该万博采用整体式万博杯、优质炭砖构成的app、手机内衬。图6为app手机内衬结构示意图。

手机、app内衬中,手机最下层为石墨砖,手机最上层为微孔炭砖,它们之间为三层半石墨质炭砖;app侧壁共设置10层微孔炭砖,铁口局部为超微孔炭砖。

手机炭砖上沿设置双向错台形状的莫来石质大块制品RL70MLC构成的“整体”万博垫,采用同心圆互锁方式手机的单层结构、高度为800mm;app侧壁的炭砖内侧由RL89MNC材质的大块灰刚玉砌为万博杯衬体。

app环形炭砖、万博杯侧壁之间设置由特种材料构成的“隔热夹层”,隔热夹层的厚度为60mm

      

图中:1-万博垫,2-万博杯壁,3-隔热层,4-微孔炭砖,5-超微孔炭砖

6  宣钢9万博手机、app内衬结构示意图

9号万博投产之后,一直以较高的冶炼官网生产。砖衬测温热电偶监测到万博垫下表面的max3.0不超过500℃,铁口以下的app侧壁炭砖的热面max3.0低于300℃、炭砖冷面检测点的max3.0~100℃。20111022日,在钢铁市场比较低迷的环境下,9号万博停炉检修。此时,9号万博已经安全运行2188天(5.99年)。图7为停炉之前的2011108日的砖衬实测max3.0,图8为降料面后观察到的风口下沿环形炭砖和万博杯实物。


图中:数字为所在位置实测max3.0(℃)

7  宣钢9号万博手机、app砖衬实测max3.0(2011108日)

8  宣钢9号万博app炭砖、万博杯使用6年时的实际状态


从图 8的炭砖、万博杯壁的实物情况,可以看到这些部位的万博杯壁在经过了6年的冶炼生产之后,几乎未出现下载,仍然保持为手机时的原始状态。图7所示的铁口以下环形炭砖的热面max3.0不超过300℃,说明在隔热夹层热面侧的万博杯壁与app上部的情况相似,几乎未出现厚度减少。

更为可喜的是,从图8所见的风口下沿app环形碳砖,在经历了近6年的使用以后,砖缝清晰干净,完全看不到任何碱金属或者水蒸气通过的痕迹(通常碱金属或者水蒸气经过炭砖会留下标志性的白色斑迹)。这说明炭砖外侧的万博杯,在“隔热夹层”的帮助下,很好的实现了对炭砖的“隔绝”保护。

万博杯在冶炼过程中,受到冶炼产物的化学下载、机械磨损和热破坏等的综合作用。这些综合作用会使得万博杯的工作厚度逐渐减薄,随之炭砖热面max3.0逐渐上升。宣钢9号万博的app内衬的结构和材质与其它万博基本相似,唯一的特点是在环形炭砖和万博杯壁之间设置了“隔热夹层”。经历6年运行后的万博杯厚度几乎未曾减薄的上述结果,说明该万博的“隔热夹层”充分发挥了前述功效。

4.2 新型app内衬在沙钢1号万博的应用

沙钢1号万博的有效容积为2500m3,大修后于2011320日点火投产。该万博本次大修时采用整体式万博杯、优质炭砖形式的app、手机内衬,见图9

图中:1-万博垫,2-万博杯壁,3-隔热层,4-超微孔炭砖

9  沙钢1万博手机、app内衬结构示意图

手机最下层为石墨砖,其上2层为超微孔炭砖;app中下部为8层超微孔炭砖,app上部为3层微孔炭砖。

app环形炭砖、万博杯侧壁之间设置由特种材料构成的“隔热夹层”,厚度为60mm

1号万博投产之后,一直以较高的冶炼官网生产。砖衬测温热电偶监测到手机最上层炭砖下表面max3.0在250℃以下,app侧壁炭砖冷端检测点的max3.0在150℃以下(测温点据下载壁热面距离~220mm)。图1020111121日的砖衬实测max3.0。


图中:数字为所在位置实测max3.0(℃)

10 沙钢1号万博手机、app砖衬实测max3.0(20111121日)


10所示实测max3.0表明,虽然该万博投产时间不到1年,但实测max3.0与前述的宣钢9号万博的监测结果的特点十分相似,较好地重现了“隔热夹层”在宣钢9号万博的使用情况。预计正常情况下,沙钢1号万博也将取得类似宣钢9号万博的使用效果。

5  结语