¿Cuáles son los principales materiales refractarios utilizados por las grandes acerías de mi país? ¿Cuáles son las características del alquitrán anhidro?
Los materiales refractarios son caros y cualquier accidente con los materiales refractarios resultará en una gran pérdida de tiempo y equipo de producción y, a veces, incluso en el desperdicio del producto mismo. El tipo de material refractario también afecta al consumo energético y a la calidad del producto. Por ello, es muy importante elegir el material refractario más adecuado para cada aplicación. La eficiencia económica tiene una gran influencia en esto. El material refractario más adecuado para una determinada aplicación no es el material refractario que dura más, sino el material refractario que logra un equilibrio entre el costo de instalación y el rendimiento del servicio. Este equilibrio no es fijo sino que cambia constantemente a medida que se introducen nuevas tecnologías o nuevos materiales refractarios. La historia ha demostrado que la exploración y el desarrollo continuos de tecnologías metalúrgicas más razonables han promovido en gran medida el desarrollo de materiales refractarios, y la rápida solución de estos problemas de materiales refractarios se ha convertido en un factor importante en el desarrollo continuo de la tecnología moderna del acero. El objetivo de este artículo es analizar los numerosos factores que incluyen estos problemas y proporcionar información para resolverlos.
Los materiales refractarios se pueden clasificar de muchas formas, ninguna de las cuales es satisfactoria.
Desde el punto de vista químico, los materiales refractarios, al igual que las sustancias ordinarias, se pueden dividir en tres categorías: ácidos, alcalinos y neutros. Teóricamente, los materiales refractarios ácidos no se pueden utilizar en escoria alcalina, gases alcalinos o gases de combustión, pero en los medios alcalinos mencionados anteriormente, es mejor utilizar materiales refractarios alcalinos. De hecho, estas reglas se infringen constantemente por diversas razones. Por lo tanto, la clasificación química ha sido académica durante mucho tiempo y tiene poco valor para guiar aplicaciones prácticas. Además, resulta dudoso que existan realmente materiales refractarios neutros. La clasificación por aplicación es un método ampliamente utilizado, como los refractarios de alto horno o los refractarios de acería al oxígeno, y estas clasificaciones se revisan constantemente.
Por ello, clasificamos los materiales refractarios según las materias primas preparadas y los principales minerales tras su procesamiento. Creemos que este método de clasificación ofrece la mayor posibilidad para una comprensión clara de las propiedades de los materiales refractarios en las plantas siderúrgicas.
A. Óxido de magnesio u óxido de magnesia-calcio
En esta categoría se incluyen todos los materiales refractarios derivados de magnesita, hidromagnesita y dolomita naturales o sintéticas. Son los refractarios alcalinos más importantes utilizados en el proceso de fabricación de acero. Todos estos materiales se utilizan como fuentes de óxido de magnesio.
El óxido de magnesio sintético (periclasa), sintetizado a partir de agua de mar o salmuera, es la materia prima refractaria más importante en los equipos modernos de fabricación de acero. La producción de óxido de magnesio sintético denso requiere muchos pasos, un breve resumen es el siguiente:
(1) Cloruro de magnesio y calcio, hidróxido de magnesio = hidróxido de magnesio y cloruro de calcio
Nubes blancas maduras en agua de mar o salmuera Sal de hidróxido de magnesio que queda en la piedra
(2) Hidróxido de magnesio 2℃ Óxido de magnesio (baja densidad)
(3) MgO℃ Mgo (denso)
La pureza del óxido de magnesio denso producido generalmente puede alcanzar 95-99, dependiendo del proceso de producción y los requisitos de la aplicación final. Como se muestra arriba, el óxido de magnesio se puede obtener a partir de agua de mar y cal hidratada. La densidad del producto final se obtiene mediante tostación a alta temperatura en hornos de cuba, calcinación de grandes superficies y compactación mecánica. Es extremadamente importante eliminar fundamentalmente la contracción o el alargamiento permanente de las materias primas refractarias mediante la precocción. Esto es obvio, porque no podemos esperar que materiales que se encojan o alargan excesivamente durante el uso puedan usarse para almacenar metal fundido o escoria. la medida adecuada. Hay grandes fábricas que producen óxido de magnesio sintético (periclasa) en todo el mundo. En el estado estadounidense de Michigan se producen a partir de pozos de salmuera, mientras que en Florida, Texas, California y Maryland hay plantas que producen óxido de magnesio a partir de agua de mar.
B. Cromo y Magnesio
El mineral de cromo natural está compuesto de espinela refractaria, de la cual la espinela es MgO, FeO, Al2O3, Cr2O3, Fe2O3 y una pequeña cantidad de silicatos mezclados. diferentes proporciones. El mineral de cromo con composiciones muy variables es adecuado para materiales refractarios. Los materiales refractarios reticulares más adecuados se producen en Filipinas y Sudáfrica. Algunos minerales de cromo deben seleccionarse antes de su uso para reducir el contenido de ganga (principalmente sílice). En los productos refractarios, el mineral de cromo se utiliza principalmente en combinación con óxido de magnesio, que combina las mejores propiedades de ambos materiales. El mineral de cromo no requiere tostado antes de su aplicación.
C. Materiales refractarios de sílice
Arena de cuarzo La arena de cuarzo o sílice es la materia prima que contiene silicio más pura y más utilizada. Grandes cantidades de roca producida en Pensilvania, Wisconsin, Alabama, Utah y California contienen más del 98% de sílice, que se ha utilizado durante mucho tiempo para producir ladrillos de sílice. En la actualidad, una gran cantidad de ladrillos de sílice utilizados en hornos de coque todavía se producen a partir de arena de cuarzo. Se puede producir sílice de alta pureza lavando guijarros y bloques de guijarros de temporada.
La arenisca, arenisca o pedernal es básicamente una roca sedimentaria compuesta por granos de arena adherentes, que suelen contener de 90 a 96 SiO_2, de 3 a 5 Al2O_3, y algo de óxido de hierro y cal. La arenisca es blanda, estriada y se corta fácilmente en bloques u otras formas.
La sílice fundida de alta pureza se puede utilizar para producir sílice fundida amorfa o criptocristalina. Es una briqueta con propiedades especiales y se utiliza para materiales refractarios de baja temperatura.
El circonio y los materiales refractarios de circonio (ZrO 2 SiO 2 ) se fabrican a partir de arena especial de circonio producida en Australia y Florida mediante flotación y separación magnética. El dióxido de circonio estabilizado se produce a partir de la misma arena de circonio mediante electrofusión y eliminación de sílice y otras impurezas.
Arcilla refractaria.
Arcilla refractaria semisilícea La arcilla refractaria semisilícea se refiere a arcilla con un amplio rango de contenido de SiO_2. Se refiere a la arcilla que contiene al menos 75 SiO_2 utilizada en la producción de ladrillos de semisílice. Casi no tienen impurezas como metales alcalinos, óxidos de metales alcalinotérreos y óxidos de hierro.
La arcilla refractaria plástica es un material refractario con plasticidad natural suficiente para unir materiales no plásticos.
La arcilla refractaria de pedernal es una arcilla refractaria dura o similar al pedernal que existe como una roca sin capas, casi sin plasticidad natural y con una fractura en forma de concha.
La arcilla refractaria esférica también se conoce como arcilla refractaria Burley o arcilla dura Burley. La arcilla refractaria esférica se presenta en forma de roca, con esferas que contienen aluminio o hierro, o ambos, unidas por arcilla.
Aunque el caolín no es una arcilla refractaria, algunos caolines son materiales refractarios avanzados y se utilizan cada vez más para fabricar ladrillos refractarios. El caolín se puede depositar y retener y es bastante puro. Generalmente está muy cerca de la composición teórica de la arcilla, representada por AI2O3 · 2SiO2 · 2H2O.
Como se describirá más adelante, la arcilla refractaria se suele elaborar mezclando arcilla precocida con arcilla verde o sin cocer.
E. Alto Aluminio
Esta categoría incluye aquellos materiales refractarios que no se pueden utilizar para producir arcilla refractaria y contienen hasta 44 al2o 3. Hay muchos tipos de materiales refractarios con diferentes contenidos de alúmina, que se presentan a continuación:
Las materias primas que contienen 50-70 al2o 3 se pueden obtener a partir de caolín depositado en Georgia y Alabama mediante beneficio y concentración. Estos productos contienen muy pocas impurezas nocivas (como metales alcalinos y óxidos de hierro) y se utilizan ampliamente en materiales refractarios. En los últimos años, se han utilizado equipos de tostación avanzados para convertir este caolín que contiene aluminio en un material denso y estable.
Las fórmulas químicas de la silimanita, andalucita y cianita son todas Al2O3 SiO2, conteniendo teóricamente 62,9 Al2O3 y 37,1 SiO3. La mullita (2Al2O3 2SiO2) y el vidrio silíceo se forman cuando se calientan, pero la facilidad de descomposición es diferente. La cianita es la más fácil de transformar, con una temperatura de transformación de 1.325°C, mientras que la silimanita es la más difícil de transformar, con una temperatura de transformación de 1.530°C. En los últimos años, la cianita producida en Virginia y Carolina del Norte se ha utilizado ampliamente en China como materia prima o forma calcinada de materiales refractarios.
La bauxita de alta pureza es esencialmente bauxita calcinada producida a partir de nitrato de aluminio obtenido del proceso Bayer. La bauxita densa y pura se puede obtener mediante sinterización o fusión. Aunque la alúmina es costosa, puede agregar propiedades especiales a los refractarios cuando se usa en su forma pura o con arcilla, alúmina u otros materiales refractarios.
La bauxita se puede hacer reaccionar previamente con sílice pura para producir relleno de mullita, o se pueden producir ladrillos in situ durante el procesamiento.
F. Carbon
Esta categoría incluye el grafito natural o artificial, varios tipos de carbón, el coque, el carburo de silicio y el nitruro de silicio. El grafito se distribuye ampliamente en el país y en el extranjero. Debido a que el grafito a menudo se mezcla con piedra caliza o rocas de silicato, su purificación es muy costosa. El grafito en escamas que se encuentra en Silen y Madagascar es adecuado para la producción de crisoles y tapones, que están hechos de grandes trozos de arcilla unidos entre sí. Cuando se mezcla con otros materiales refractarios, el grafito amorfo y en escamas puede aumentar la resistencia a la escoria de muchos materiales refractarios.
Los ladrillos o bloques de carbono se utilizan ampliamente como materiales refractarios y pueden fabricarse a partir de coque fundido, coque de petróleo o antracita calcinada. En este material refractario también se puede utilizar betún como aglutinante. El carburo de silicio se fabrica fundiendo coque de petróleo y arena de cuarzo en un horno eléctrico de alta temperatura. El carburo de silicio puro se puede utilizar directamente o como aditivo junto con arcilla refractaria, bauxita de alta pureza o materiales refractarios de carbono para otorgar a los materiales refractarios algunas propiedades especiales. Materiales refractarios
En la producción o uso, los aglutinantes se utilizan para aumentar la resistencia de los materiales refractarios. Los aglutinantes incluyen:
(a) Aglutinantes temporales, como papel, azúcar o algunos subproductos de la arcilla, para aumentar la resistencia del transporte en la producción.
(b) Adhesivos químicos que añaden resistencia a todo el material durante, después o durante su instalación. Los ejemplos incluyen silicato de sodio, ácido fosfórico, fosfato de vidrio, ácido crómico, ácido bórico y sulfato de magnesio.
(c) Adhesivos cementosos que al mezclarse con agua forman enlaces hidráulicos. El agente adhesivo de este material refractario es principalmente cemento de calcio y aluminio, que puede adherirse rápidamente y mantener la fuerza de unión a una temperatura moderada.
(d) Los aglutinantes orgánicos, como el alquitrán, el betún y las resinas, se utilizan para reducir los residuos de carbono atmosféricos que garantizan la resistencia de la unión o evitan cambios.
Antes de la producción de materiales refractarios, el proceso de procesamiento de la materia prima tiene un impacto importante en la composición y prestaciones del producto final.
Materiales refractarios en altos hornos y equipos auxiliares;
Los materiales refractarios de alto horno se dividen en tres partes según el lugar de uso: materiales refractarios para la fundición, materiales refractarios para el horno carrocería, estufas de aire caliente y materiales refractarios para equipos auxiliares.
El material de los orificios de un pequeño alto horno se elabora normalmente mezclando arcilla, coque y lixiviación, añadiendo luego agua y extruyéndolo. Sin embargo, para altos hornos grandes con condiciones difíciles, es necesario utilizar materiales anhidros para orificios de drenaje y compactarlos con alquitrán y otros agregados que puedan mejorar la resistencia a la corrosión (incluidos aglomerados con alto contenido de aluminio, sílice, aleaciones de silicio-níquel, etc.). ). La naturaleza de esta sustancia anhidra requiere que cuando esté inicialmente blanda, la pistola de lodo del grifo permanezca en su lugar por un corto período de tiempo. Cuando fluya en su lugar, se calentará.
El diseño de materiales refractarios para el grifo también depende del volumen del alto horno. En el caso de los altos hornos pequeños con un solo orificio para el grifo, el orificio para el grifo está diseñado para funcionar con regularidad y luego vaciarse, a menudo manteniéndose mediante pulverización o llenado con algunos materiales de bajo coste. En el caso de los altos hornos grandes con múltiples orificios para grifo, los orificios para grifo a menudo funcionan durante mucho tiempo y están constantemente en contacto con hierro fundido caliente. Es necesario revestirlos periódicamente con costosos materiales plásticos con alto contenido de aluminio y materiales que contienen carbono y silicio. Es necesario reemplazar los altos hornos.
Las condiciones dentro del alto horno varían mucho, existiendo varios mecanismos para la pérdida de materiales refractarios. Los cuerpos de hornos nuevos generalmente utilizan productos con alto contenido de aluminio (contenido de alúmina entre 6o y 99), materiales de carbono de alta conductividad térmica o materiales refractarios SIC especiales. Un buen revestimiento de alto horno depende principalmente del sistema de enfriamiento utilizado y de su capacidad para proporcionar un enfriamiento efectivo y continuo en las condiciones de envejecimiento del alto horno. Para los altos hornos modernos, aunque el uso de materiales refractarios costosos ha extendido la vida útil del material refractario, no hay duda de que la vida útil prolongada se debe principalmente a un enfriamiento más eficiente (como placas de enfriamiento de doble chimenea) y una carga estable ideal del alto horno. condiciones de funcionamiento. Los ladrillos de alta conductividad térmica tienen refrigeración externa, mientras que los materiales de baja conductividad térmica utilizan placas de refrigeración para proporcionar un espesor de revestimiento estable.
Además de su alta conductividad térmica, los ladrillos refractarios en la zona del vientre deben resistir los diversos factores de pérdida mencionados anteriormente, y sólo los materiales refractarios más avanzados pueden hacerlo.
En el horno, debido a que la línea de solidificación del acero fundido puede permanecer en una posición estable durante muchos años, el diseño de ladrillos de carbono gruesos con o sin enfriamiento inferior hace que la vida útil del horno sea cada vez más larga.
La vida útil de los revestimientos de los altos hornos depende en gran medida del diseño inicial y de las condiciones operativas, lo que dificulta comparar el rendimiento de diferentes materiales refractarios para hornos de diferentes tamaños en diferentes prácticas. La vida útil del revestimiento del horno es generalmente de 3 a 10 años, o la producción es de 3 a 20 millones de toneladas. Rociar el alto horno con bloques de vertido especiales aglutinados con cemento puede extender la vida útil del alto horno en poco tiempo. Después de este proceso de rociado, el alto horno que necesita revisión se puede extender de 1 a 3 años. Recientemente, se han utilizado lechadas especiales sin agua para reparar las áreas del bosh y del horno inferior, rociando la lechada bajo presión en las áreas que necesitan reparación.
Los vagones (tanques torpedo) utilizados para transportar hierro fundido a las plantas siderúrgicas suelen utilizar ladrillos refractarios densos o ladrillos con alto contenido de alúmina para construir sus paredes interiores. En los últimos años, los tanques de torpedos se han equipado con revestimientos impregnados de asfalto que son altamente resistentes a la corrosión del metal por escoria, aumentando así la vida útil de los tanques de torpedos. La vida útil de un tanque de torpedos depende en gran medida de las condiciones de uso (distancia de transporte, número de transportes por día), de la cantidad de escoria en el tanque y del número de veces que se vierte la escoria. Normalmente, la vida útil de un carro torpedero oscila entre 100.000 y 200.000 toneladas métricas. Si se puede utilizar de forma intermitente, limpiar y rociar con materiales refractarios aglutinados con cemento después del enfriamiento, su vida útil puede alcanzar de 300.000 a 600.000 toneladas métricas, y el consumo total por tonelada de ladrillos u operaciones de pulverización es aproximadamente el mismo. La elección de la mampostería o del revestimiento por pulverización depende de las intenciones de la acería. La desulfuración del hierro fundido en tanques de torpedos reduce la vida útil del material refractario, lo que requiere el uso de materiales refractarios más caros.
El alquitrán anhidro normal se refiere al alquitrán de hulla, que es un líquido viscoso de color negro o marrón oscuro que se obtiene durante la carbonización del carbón. Tiene un olor especial, es inflamable y corrosivo. Es una mezcla compleja de hidrocarburos muy aromática.
El alquitrán de hulla se produce durante el proceso de coquización del carbón. El alquitrán de hulla contiene decenas de miles de ingredientes, muchos de los cuales son materias primas importantes para la producción de plásticos, fibras sintéticas, tintes, caucho, medicamentos, materiales resistentes a altas temperaturas, etc. Por tanto, la industria de la coquización del carbón ocupa una posición importante en la industria química del carbón en el siglo XXI debido a su irreemplazabilidad.