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鋁硅系耐火澆注料在氫基豎爐中的抗還原性能

添加時間:2024年10月11日  瀏覽次數:

氫基豎爐直接還原工藝使用富氫或全氫還原氣體作為還原劑,在鐵礦石達到軟化溫度前將鐵礦石直接還原成固態海綿鐵,工藝能耗低、減碳能力強,在氫冶 金主要技術路線中發展前景廣闊。隨著氫基豎爐直接還原工藝的發展,爐內氣氛 中氫氣含量逐漸增多,最終將走向純氫。相對于一氧化碳而言,氫氣的還原性更高,滲透性更強,熱傳導更大,因此對于氫基豎爐用耐火材料的性能也提出了新的要求。


爐襯耐火材料應具備更高的化學穩定性和體積溫度性,此外,對于耐火材料的熱導率、強度、以及抗熱震性能等方面也有一定的要求。 鋁硅系耐火材料的性能特點基本符合氫基豎爐的實際工作環境需求,因而具備作為氫基豎爐爐襯用耐火材料的潛力。但是,對于其在還原氣氛下的服役性能、化學及結構穩定性影響因素和侵蝕機理等方面的研究尚未完善。因此,本文以鋁硅系耐火澆注料為研究對象,首先,對其典型組分進行還原氣氛下的熱力學模擬; 其次,通過還原氣氛模擬試驗研究其服役性能的變化;最后,改變還原條件,探 究不同因素對于耐火材料服役性能的影響。主要得到以下結論:

1 H2/CO 還原氣氛下,鋁硅系耐火材料的各主要成分抗還原性能及熱穩定性強弱的排序為:MgO>CaO>Al2O3CA6>A3S2SiO2>TiO2>Fe2O3。而在 H2/CO混合氣氛條件下,Al2O3MgOCaO CA6等組分幾乎不會被還原,而 A3S2SiO2TiO2Fe2O3等組分則較為容易被還原。

2經過 900℃純氫常壓還原 100h 后,四種試樣的性能下降程度從大到小依 次為礬土、莫來石、剛玉莫來石和剛玉。剛玉試樣的質量損失在 0.05%以內,強度 衰減率不足 5%,三種含莫來石成分的試樣常溫強度下降明顯,均達到 10%以上, 鋁硅系澆注料中的 Al2O3 SiO2含量的比值越高、Fe2O3的含量越低,抗還原氣體 侵蝕的性能越好。

3由于碳沉積的影響,相比于純氫氣氛,H2/CO 混合氣氛對于鋁硅系澆注 料的還原侵蝕更為嚴重,含莫來石成分試樣的常溫強度衰減率由純氫氣氛下的不 10%提高到了 20%以上。

4)隨著還原壓力的升高,含莫來石成分試樣的常溫強度衰減率由常壓下還 原后的 10%左右提高到了高壓還原后的 25%以上;且隨著保溫時間的延長,保溫150h 后試樣的強度衰減率可達到保溫 50h 后的兩倍甚至三倍以上,分材料來看, 時間延長對于礬土試樣的影響明顯更大。

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