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CN115611617B - 欧冶炉气化炉用耐火材料配制工艺及其耐材配制系统 - Google Patents

欧冶炉气化炉用耐火材料配制工艺及其耐材配制系统 Download PDF

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CN115611617B CN202211275048.4A CN202211275048A CN115611617B CN 115611617 B CN115611617 B CN 115611617B CN 202211275048 A CN202211275048 A CN 202211275048A CN 115611617 B CN115611617 B CN 115611617B
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Abstract

本发明公开了一种欧冶炉气化炉用耐火材料配制工艺及其耐材配制系统，包括定型耐火材料配制以及高强喷涂料配制，其中定型耐火材料以α‑Al2O3为主原料，按照配比加入适量氧化铬粉和铬刚玉熟料细粉，再加入适量水作为混合剂，经成型，在高温下烧成，其中所述高强喷涂料配制相较于定型耐火材料配制将混合剂由水改为溶剂胶结合。本发明使用铬刚玉材质替换气化炉拱顶关键部位的耐火材料，在开炉前无需特殊烘烤过程，控制拱顶升温速率即可实现烧结，且铬刚玉系耐材采用溶胶结合方式，能够快速修复熔融还原气化炉；喷涂耐材能够快速紧密结合，实现材料体稳定，体积密度控制有效，使用寿命长。

Description

欧冶炉气化炉用耐火材料配制工艺及其耐材配制系统
技术领域
本发明涉及熔融还原气化炉用耐火材料技术领域，特别是一种欧冶炉气化炉用耐火材料配制工艺及其耐材配制系统。
背景技术
目前，欧冶炉熔融还原气化炉拱顶多采用高铝系耐火材料，在使用煤气化以及生产的工艺过程中出现了拱顶材料剥落和侵蚀消失的问题，造成拱顶炉壳高温发红的安全隐患，且由于拱顶采用的是高铝系耐火材料工作层，采用喷涂工艺则导致体积密度较低、孔隙率高、整体性差，及其重要的一点是耐火材料中的Al2O3与煤气中的CL-发生反应，造成砌筑砖体出现疏松腐蚀等问题，然而检修更换又是一项及其庞大的工作，必须全系统停炉清空拆除新建，即费时又费工，不仅会造成经济上的损失，同时还增加了耐火材料的消耗量，且目前的耐火材料任旧存在使用寿命等问题，因此，提供一种用于欧冶炉熔融还原气化炉拱顶的新型耐火材料，包含其组份、配比、混炼工艺以及施工方法，开发了新的耐材品种，实现高质量长寿运行。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种欧冶炉气化炉用耐火材料配制工艺及其耐材配制系统，开发并生产出铬钢玉系耐火材料，替换原有熔融还原气化炉拱顶关键部位的耐火材料，优化耐火材料施工，实现高质量长寿运行。
为实现上述目的，本发明的一种欧冶炉气化炉用耐火材料配制工艺及其耐材配制系统，包括定型耐火材料配制以及高强喷涂料配制，所述定型耐火材料以及高强喷涂料皆以α-Al2O3为主原料，按照配比加入适量氧化铬粉和铬刚玉熟料细粉；其中定型耐火材料配制通过耐材配制系统完成制备，具体包括以下步骤：
步骤一，原料筛分：首先对原料进行粉碎，再通过筛分获得满足要求的原料粒度；其中，氧化铝粒度要求：3-5mm占比达到35%；氧化铬粒度要求：细磨粒度>0.088mm；氧化锆粒度要求：细磨粒度190目；
步骤二，配比称量：通过配比称量系统按照技术指标中预设配比称取筛分后的原料；
步骤三，混合混炼：将按配比称取的耐材原料混合并加入混合剂，通过耐材混炼装置进行强制混碾，其中混合剂为3%-5%的水；
步骤四，检验成分配比：通过对混碾后的耐材混料进行抽样检验，化验成分配比，判断是否符合预设配比指标，反馈检验结果给配比称量系统，调整各组份称量量，其中化学成分的质量波动±1.5%均在指标范围内；
步骤五，压制成型：通过压砖装置在500Mpa压力下压制成型，获得成品砖胚；
步骤六，强制干燥：采用烘烤工艺对成品砖胚进行干燥处理；
步骤七，高温烧制：在1600℃的高温条件下烧制3-5天获得铬刚玉系耐火砖；
其中所述高强喷涂料配制相较于定型耐火材料配制将上述步骤三中混合剂由水改为溶剂胶结合，同时省去上述步骤五至步骤七的制砖步骤，获得铬刚玉系喷涂耐火材料。
进一步地，步骤二中，所述技术指标包含高强喷涂料指标以及铬刚玉质定型耐火材料的指标，其中，化学成分配比指标：70.29%Al2O3、20.32%Cr2O3、0.29%Fe2O3、4.06%ZrO2。
进一步地，其中，成品砖坯体积密度指标控制范围为3.42±0.02g/cm3。
进一步地，其中，控制成品砖坯尺寸误差小于±0.5%。
进一步地，其中，显气孔率指标控制范围为15.5±0.01%。
进一步地，所述高强喷涂料配制采用硅溶胶结合剂，硅溶胶为纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液，硅溶胶中的SiO2含有大量的水及羟基，表述为SiO2.nH2O。
进一步地，步骤三中，所述耐材混炼装置的混合混炼包括以下步骤：首先将称取的各原料从加料口加入，原料落入到旋转的初混筛分转盘中心，在离心力的作用下，原料由初混筛分转盘中心向边缘依次进行初混、筛分，最终由初混筛分转盘边缘的布料口旋转布料到环形混合腔内，初混筛分后的原料按照颗粒大小区间由大至小逐层铺设，同时，将混合剂由加料管加入到环形布液腔，再由环形布液腔底部的布液管进行混合剂布料，使得混合剂均匀覆盖于新铺设的原料层上，随后通过边铲组将环形混合腔两侧腔壁的原混合物料流向中间铲起，并翻压覆盖于新铺设的原料层上构成新混合物料流，接着通过行星铲自转对新混合物料流进行翻转搅拌，最后通过碾轮对新混合物料流进行碾压，在碾压后的料层上重复上述步骤，以此往复进而实现连续的混合混炼作业。
进一步地，所述耐材混炼装置包括混炼桶，所述混炼桶上端口固定设置有上密封盖，所述上密封盖中心设置有所述加料口，所述上密封盖边缘设置有所述加料管，所述混炼桶内为所述环形混合腔，所述环形混合腔内转动设置有所述初混筛分转盘以及混炼组件，所述初混筛分转盘相对固定设置于主轴顶端，所述初混筛分转盘的上端口贴合于所述上模密封盖的内端面相对转动设置，所述初混筛分转盘的外圆面贴合于所述环形混合腔外侧内腔壁相对滑动设置，所述混炼组件设置于所述初混筛分转盘下方，且相对固定套设于所述主轴上，所述主轴竖向设置于所述混炼桶的中心轴线上。
进一步地，所述初混筛分转盘上对应于所述加料口位置设置有中心初混腔，所述中心初混腔周侧环绕设置有若干筛分腔，所述中心初混腔通过腔壁上的匀孔格栅与所述筛分腔连通，所述筛分腔通过外侧腔壁上开设的筛分格栅对应到所述布料口，所述筛分格栅上的筛分孔沿所述初混筛分转盘转动方向由前至后由宽至窄排列设置，所述初混筛分转盘最外圈对应于所述加料管设置有所述环形布液腔。
进一步地，所述混炼组件包括相对所述主轴固定套设安装的横梁，所述横梁底端面沿所述混炼组件转动方向由前至后依次排列设置所述边铲组、所述行星铲以及所述碾轮，所述边铲组前侧设置有所述布液管，所述布液管连通于所述环形布液腔，所述布液管前侧对应于所述布料口。
有益效果：本发明的一种欧冶炉气化炉用耐火材料配制工艺及其耐材配制系统，开发了新的耐材品种，至少包括以下优点：
（1）使用铬刚玉材质替换气化炉拱顶关键部位的耐火材料，在开炉前无需特殊烘烤过程，控制拱顶升温速率即可实现烧结，且铬刚玉系耐材采用溶胶结合方式，能够快速修复熔融还原气化炉；
（2）通过定型的铬刚玉材质耐火砖砌筑拱顶，再由非定型的铬刚玉耐火材料喷涂施工于拱顶，优化了耐火材料施工，喷涂耐材能够快速紧密结合，实现材料体稳定，体积密度控制有效，使用寿命长；
（3）在气化炉内实际施工后使用，观测到气化炉拱顶温度良好，运行稳定，热负荷平稳，结构稳固，降低检修次数以及耐材更换的检修费用，实现了高质量长寿运行；
（4）有效保证了耐材长寿技术的发展，奠定了欧冶炉耐材技术的发展基础，适应于同类企业的生产需求，具有明显的经济、环境效益，有较高的实用价值和推广意义。
附图说明
附图1为定型耐火材料配制工艺方法框图；
附图2为高强喷涂料配制工艺方法框图；
附图3为本申请耐火材料化学成分指标以及产品理化指标的表格；
附图4为耐材混炼装置的混合混炼工艺流程图；
附图5为耐材混炼装置的外观图及结构爆炸图；
附图6为初混筛分转盘的结构图；
附图7为混炼组件的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1-7所述的一种欧冶炉气化炉用耐火材料配制工艺及其耐材配制系统，包括定型耐火材料配制以及高强喷涂料配制，所述定型耐火材料以及高强喷涂料皆以α-Al2O3为主原料，按照配比加入适量氧化铬粉和铬刚玉熟料细粉；其中定型耐火材料配制通过耐材配制系统完成制备，具体包括以下步骤：
步骤一，原料筛分：首先对原料进行粉碎，再通过筛分获得满足要求的原料粒度；其中，氧化铝粒度要求：3-5mm占比达到35%；氧化铬粒度要求：细磨粒度>0.088mm；氧化锆粒度要求：细磨粒度190目；
步骤二，配比称量：通过配比称量系统按照预设配比指标称取筛分后的原料；
步骤三，混合混炼：将按配比称取的耐材原料混合并加入混合剂，通过耐材混炼装置进行强制混碾，其中混合剂为3%-5%的水；
步骤四，检验成分配比：通过对混碾后的耐材混料进行抽样检验，化验成分配比，判断是否符合预设配比指标，反馈检验结果给配比称量系统，调整各组份称量量，其中化学成分的质量波动±1.5%均在指标范围内；
步骤五，压制成型：将符合配比指标范围的耐材混料通过压砖装置在500Mpa压力下压制成型，获得成品砖胚；
步骤六，强制干燥：采用烘烤工艺对成品砖胚进行干燥处理；
步骤七，高温烧制：在1600℃的高温条件下烧制3-5天获得铬刚玉系耐火砖；
其中所述高强喷涂料配制相较于定型耐火材料配制将上述步骤三中混合剂由水改为溶剂胶结合，同时省去上述步骤五至步骤七的制砖步骤，获得铬刚玉系喷涂耐火材料。
所述预设配比指标在生产试验的基础上确定，所述预设配比指标包含铬刚玉质溶胶结合的高强喷涂料指标以及铬刚玉质定型耐火材料的指标，所述预设配比指标包括化学成分配比指标：70.29%Al2O3、20.32%Cr2O3、0.29%Fe2O3、4.06%ZrO2。
步骤五中，所述压砖装置采用模框浮动式压制方式，通过精确的控制压制主油缸与活动模框油缸在压制过程中的速度匹配，实现双向压制的效果，使制品的上下密度均匀，制品质量高，其中，成品砖坯体积密度指标控制范围为3.42±0.02g/cm3。
所述压砖装置采用高性能线性位移传感器精确测量压制油缸和活动模框位移，采用闭环的控制方式进行制品尺寸控制，自动比较调整，使得成品砖坯尺寸误差小于±0.5%。
所述压砖装置采用压制力闭环控制，通过压力传感器的反馈，经过PLC的数据处理可按需要实现精确的分级变速加压，多次排气成型，大限度地减少制品的气孔率，增大制品密度，其中，显气孔率指标控制范围为15.5±0.01%；
所述压砖装置采用容积式填料装置，配以物料粉碎器和搅拌机构，以及通过比例阀技术控制料车，有效的解决粉料结团及偏析现象，保证落入模腔的粉料均匀，从而达到控制砖的重量误差在制品的要求范围之内。
所述高强喷涂料配制采用硅溶胶结合剂，硅溶胶为纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液，硅溶胶中的SiO2含有大量的水及羟基，表述为SiO2.nH2O。
步骤三中，所述耐材混炼装置的混合混炼包括以下步骤：首先将称取的各原料从加料口1加入，原料落入到旋转的初混筛分转盘2中心，在离心力的作用下，原料由初混筛分转盘2中心向边缘依次进行初混、筛分，最终由初混筛分转盘2边缘的布料口3旋转布料到环形混合腔4内，初混筛分后的原料按照颗粒大小区间由大至小逐层铺设，同时，将混合剂由加料管5加入到环形布液腔6，再由环形布液腔6底部的布液管7进行混合剂布料，使得混合剂均匀覆盖于新铺设的原料层上，随后通过边铲组8将环形混合腔4两侧腔壁的原混合物料流向中间铲起，并翻压覆盖于新铺设的原料层上构成新混合物料流，接着通过行星铲9自转对新混合物料流进行翻转搅拌，最后通过碾轮10对新混合物料流进行碾压，在碾压后的料层上重复上述步骤，以此往复进而实现连续的混合混炼作业。
所述耐材混炼装置包括混炼桶11，所述混炼桶11上端口固定设置有上密封盖12，所述上密封盖12中心设置有所述加料口1，所述上密封盖12边缘设置有所述加料管5，所述混炼桶11内为所述环形混合腔4，所述环形混合腔4内转动设置有所述初混筛分转盘2以及混炼组件13，所述初混筛分转盘2相对固定设置于主轴14顶端，所述初混筛分转盘2的上端口贴合于所述上模密封盖12的内端面相对转动设置，所述初混筛分转盘2的外圆面贴合于所述环形混合腔4外侧内腔壁相对滑动设置，所述混炼组件13设置于所述初混筛分转盘2下方，且相对固定套设于所述主轴14上，所述主轴14竖向设置于所述混炼桶11的中心轴线上，保证初混筛分转盘与混炼组件的同步转动关系，主轴由电机等动力系统提供动力驱动转动。
所述初混筛分转盘2上对应于所述加料口1位置设置有中心初混腔15，所述中心初混腔15周侧环绕设置有若干筛分腔16，所述中心初混腔15通过腔壁上的匀孔格栅17与所述筛分腔16连通，所述筛分腔16通过外侧腔壁上开设的筛分格栅18对应到所述布料口3，所述筛分格栅18上的筛分孔沿所述初混筛分转盘2转动方向由前至后由宽至窄排列设置，所述初混筛分转盘2最外圈对应于所述加料管5设置有所述环形布液腔6；
中心初混腔位于初混筛分转盘的中心，且腔底为圆锥状的凸起，进而当原料由上方落入到腔底中心后，在离心力以及重力的双重作用下，原料以螺旋状向周侧扩散，过程中不同原料颗粒相互碰撞混合，实现原料的初混；
当到达初混腔最外侧时，则在离心力的作用下继续穿过匀孔格栅进入筛分腔，此处匀孔格栅的孔隙允许全部原料通过，主要用于拦截较大的异物，避免有误混入原料的铁块等大型异物进入混炼桶内部影响设备的稳定性，完成对原料的初筛分；
混合原料进入筛分腔后，在离心力的作用下继续向周侧扩散，过程中进一步的进行混合，当原料流靠近筛分格栅时，由于匀孔格栅相对设置于筛分格栅运动方向的后侧，原料流则先经过窄缝再经过宽缝，使得初混后的原料流经过筛分格栅后分成前后多股不同颗粒直径范围的原料流，从而使得在旋转布料的过程中，由最前侧的宽缝出来的原料流先均匀铺设到环形混合腔内，随后逐层铺设颗粒直径依次递减的原料流，这样后一层铺设的原料刚好可以填充前一层原料的空隙，这样不仅实现了原料中各组份的分布均匀同时也保证了颗粒粗细度的分布均匀。
所述混炼组件13包括相对所述主轴14固定套设安装的横梁19，所述横梁19底端面沿所述混炼组件13转动方向由前至后依次排列设置所述边铲组8、所述行星铲9以及所述碾轮10，所述边铲组8前侧设置有所述布液管7，所述布液管7连通于所述环形布液腔6，所述布液管7前侧对应于所述布料口3；
布液管相对设置于布料口运动方向的后侧，可以在完成逐层布料后立刻添加混合剂，混合剂通常都为液态，能够很好的渗透到原料层的颗粒间隙内，本申请则采用了水以及一种硅溶胶结合剂，那么布液管口可根据不同的混合剂选用不同的布液孔，作为优选实施例，选择水作为混合剂时，可以选择阵列设置的多个雾化喷口，保证水能够喷洒均匀；而选择溶胶类结合剂时，可以选择单列设置的大口径布液孔，布液孔间距根据溶胶类结合剂滴落到新原料层表面自然扩散的状态进行设置，保证结合剂能在料层表面均匀的铺设开即可；
边铲组则包括有两个成八字形相对设置的料铲，两个料铲靠近运动方向前侧的一边相互远离且分别贴近于环形混合腔的两侧腔壁设置，而靠近运动方向后侧的一边则相互靠近，从而在随主轴公转的过程中，可将两侧靠近腔壁的物料铲起，物料沿铲面向上推移堆积，最终翻压覆盖在新铺设的原料层上，实现将腔内先加入混练过一段时间的物料包裹新加入的原料，再由后续的行星铲进行搅拌，碾轮进行碾压，可以避免行星铲与碾轮直接与混合剂接触，尤其是溶胶类混合剂，避免出现物料粘连结块的现象；
作为一种优选实施例，所述筛分腔，布料口，布液管、边铲组、行星铲以及碾轮皆对应设置有两个，且皆两两相对主轴对称设置。
以上描述仅为本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明上述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也同样视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种欧冶炉气化炉用耐火材料配制工艺，其特征在于：包括定型耐火材料配制以及高强喷涂料配制，所述定型耐火材料以及高强喷涂料皆以α-Al2O3为主原料，按照配比加入适量氧化铬粉和铬刚玉熟料细粉；其中定型耐火材料配制通过耐材配制系统完成制备，具体包括以下步骤：
步骤一，原料筛分：首先对原料进行粉碎，再通过筛分获得满足要求的原料粒度；其中，氧化铝粒度要求：3-5mm占比达到35%；氧化铬粒度要求：细磨粒度>0.088mm；氧化锆粒度要求：细磨粒度190目；
步骤二，配比称量：通过配比称量系统按照技术指标中预设配比称取筛分后的原料，所述预设配比指标包括化学成分配比指标：70.29%Al2O3、20.32%Cr2O3、0.29%Fe2O3、4.06%ZrO2；
步骤三，混合混炼：将按配比称取的耐材原料混合并加入混合剂，通过耐材混炼装置进行强制混碾，其中混合剂为3%-5%的水；
其中，所述耐材混炼装置的混合混炼包括以下步骤：首先将称取的各原料从加料口（1）加入，原料落入到旋转的初混筛分转盘（2）中心，在离心力的作用下，原料由初混筛分转盘（2）中心向边缘依次进行初混、筛分，最终由初混筛分转盘（2）边缘的布料口（3）旋转布料到环形混合腔（4）内，初混筛分后的原料按照颗粒大小区间由大至小逐层铺设，同时，将混合剂由加料管（5）加入到环形布液腔（6），再由环形布液腔（6）底部的布液管（7）进行混合剂布料，使得混合剂均匀覆盖于新铺设的原料层上，随后通过边铲组（8）将环形混合腔（4）两侧腔壁的原混合物料流向中间铲起，并翻压覆盖于新铺设的原料层上构成新混合物料流，接着通过行星铲（9）自转对新混合物料流进行翻转搅拌，最后通过碾轮（10）对新混合物料流进行碾压，在碾压后的料层上重复上述步骤，以此往复进而实现连续的混合混炼作业；
步骤四，检验成分配比：通过对混碾后的耐材混料进行抽样检验，化验成分配比，判断是否符合预设配比指标，反馈检验结果给配比称量系统，调整各组份称量量，其中化学成分的质量波动±1.5%均在指标范围内；
步骤五，压制成型：通过压砖装置在500MPa压力下压制成型，获得成品砖胚；
步骤六，强制干燥：采用烘烤工艺对成品砖胚进行干燥处理；
步骤七，高温烧制：在1600℃的高温条件下烧制3-5天获得铬刚玉系耐火砖；
其中所述高强喷涂料配制相较于定型耐火材料配制将上述步骤三中混合剂由水改为溶剂胶结合，同时省去上述步骤五至步骤七的制砖步骤，获得铬刚玉系喷涂耐火材料。
2.根据权利要求1所述的一种欧冶炉气化炉用耐火材料配制工艺，其特征在于：步骤二中，所述技术指标包含高强喷涂料指标以及铬刚玉质定型耐火材料的指标。
3.根据权利要求2所述的一种欧冶炉气化炉用耐火材料配制工艺，其特征在于：其中，成品砖坯体积密度指标控制范围为3.42±0.02g/cm3。
4.根据权利要求3所述的一种欧冶炉气化炉用耐火材料配制工艺，其特征在于：其中，控制成品砖坯尺寸误差小于±0.5%。
5.根据权利要求4所述的一种欧冶炉气化炉用耐火材料配制工艺，其特征在于：其中，显气孔率指标控制范围为15.5±0.01%。
6.根据权利要求1所述的一种欧冶炉气化炉用耐火材料配制工艺，其特征在于：所述高强喷涂料配制采用硅溶胶结合剂，硅溶胶为纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液，硅溶胶中的SiO2含有大量的水及羟基，表述为SiO2.nH2O。
7.根据权利要求1所述的一种欧冶炉气化炉用耐火材料配制工艺中的耐材配制系统，其特征在于：所述耐材混炼装置包括混炼桶（11），所述混炼桶（11）上端口固定设置有上密封盖（12），所述上密封盖（12）中心设置有所述加料口（1），所述上密封盖（12）边缘设置有所述加料管（5），所述混炼桶（11）内为所述环形混合腔（4），所述环形混合腔（4）内转动设置有所述初混筛分转盘（2）以及混炼组件（13），所述初混筛分转盘（2）相对固定设置于主轴（14）顶端，所述初混筛分转盘（2）的上端口贴合于所述上密封盖（12）的内端面相对转动设置，所述初混筛分转盘（2）的外圆面贴合于所述环形混合腔（4）外侧内腔壁相对滑动设置，所述混炼组件（13）设置于所述初混筛分转盘（2）下方，且相对固定套设于所述主轴（14）上，所述主轴（14）竖向设置于所述混炼桶（11）的中心轴线上。
8.根据权利要求7所述的一种欧冶炉气化炉用耐火材料配制工艺中的耐材配制系统，其特征在于：所述初混筛分转盘（2）上对应于所述加料口（1）位置设置有中心初混腔（15），所述中心初混腔（15）周侧环绕设置有若干筛分腔（16），所述中心初混腔（15）通过腔壁上的匀孔格栅（17）与所述筛分腔（16）连通，所述筛分腔（16）通过外侧腔壁上开设的筛分格栅（18）对应到所述布料口（3），所述筛分格栅（18）上的筛分孔沿所述初混筛分转盘（2）转动方向由前至后由宽至窄排列设置，所述初混筛分转盘（2）最外圈对应于所述加料管（5）设置有所述环形布液腔（6）。
9.根据权利要求8所述的一种欧冶炉气化炉用耐火材料配制工艺中的耐材配制系统，其特征在于：所述混炼组件（13）包括相对所述主轴（14）固定套设安装的横梁（19），所述横梁（19）底端面沿所述混炼组件（13）转动方向由前至后依次排列设置所述边铲组（8）、所述行星铲（9）以及所述碾轮（10），所述边铲组（8）前侧设置有所述布液管（7），所述布液管（7）连通于所述环形布液腔（6），所述布液管（7）前侧对应于所述布料口（3）。
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