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新闻资讯

采用镁质新材料解决“高硫焦 对罐式炉罐体腐蚀”的新技术推

日期:2019-11-16 03:19
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摘要:

目前国内石油焦煅烧设备一般采用罐式煅烧炉或回转窑。罐式煅烧炉在中国和独联体国家的炭素厂使用较多,在正常使用合格石油焦时,罐式煅烧炉的*大优点是炭质烧损率低于回转窑,炉体使用寿命长;煅烧质量稳定、技术成熟,在国内碳素厂有广泛的使用。而回转窑的生产能力大、操作自动化程度高。其主要缺点是煅烧炭质烧损比较大,运转率较罐式炉低。在目前碳素企业越来越普遍的使用高硫焦的情况下,造成炉窑严重蚀损已成为生产企业迫切需要解决的现实问题。

由于石油焦原料成本方面的较大差异,近年来将高硫焦作为生产铝用阳极的主要原料,已是大势所趋。但煅烧高硫焦却造成了罐式煅烧炉料罐的严重蚀损,直接导致了罐式煅烧炉使用寿命的大幅度降低,又从设备费用方面增加了阳极生产成本。因此生产企业迫在眉睫需要解决罐式煅烧炉料罐蚀损的问题,以降低石油焦煅烧过程的生产成本。

 

鉴于此,我们从提高料罐抗渣浸蚀能力出发,参考其它行业的已有经验,围绕这一思路做了一系列试验研究工作,提出了采用我公司自主研发的选用高纯烧结镁砂MgO97%及高纯镁铝尖晶石(MgO+Al2O3);作为主体原料的镁质新材料砖(简称:镁质新材料)代替硅砖砌筑罐式煅烧炉料罐、火道的新途径。

一、针对罐式煅烧炉现状的试验研究结果

在生产现场我们实地提取了溶蚀损坏的罐体硅砖样品,对其蚀损后的渣体进行了成份检测,并对其作了晶相分析,从理论上搞清了传统硅砖在高硫焦生产条件下的蚀损机理(见《高硫石油焦灌式煅烧炉用硅砖损毁机理分析及新材质推荐方案》) 

1、硅砖理化性能分析

硅砖制造时为了使石英砂中的α-SiO2石英全部转化成高温稳定相鳞石英,故制砖时要在细粉部分加入矿化剂,主要是消石灰[Ca(OH)2]与铁磷(FeO,Fe2O3,使砖的CaO含量达到3%以上(细粉中CaO达到7%~8%以上);Fe2O3的含量在砖中也有很高的含量,约2%~3%

1)石英质耐火材料对其它氧化物杂质在高温时的反应敏感性很强,按高温性能的影响程度来评估。

一价氧化物(K2O,Na2O)影响*大。Fe2O3影响也大。二价氧化物如CaO,MgO等也有较强影响。如中频炉石英砂炉衬捣打料的要求是:石英砂纯度为:SiO299%,其中Fe2O3必须小于0.02%,总之在SiO2体系中杂质氧化物种类越多总量越多则体系的熔点下降也越严重。

如果罐式炉硅砖炉衬在工作中有来自石油焦灰分中含有的几种无机氧化物多数量增多时,将使硅砖基质(细粉)的熔点大幅下降,造成熔化。

2)钒V的严重影响。

钒的通常存在形式为V2O5V2O3:钒的氧化物对CaO,SiO2的化合物具有严重熔化作用。可对存在于硅砖中的2CaO.SiO23CaO.SiO2产生熔化作用。

2CaO.SiO2与(3CaO.SiO2V2O5或(V2O3)→CaV O4  

其熔化温度很低,在更高温度下会气化。

对此,我公司认真开展了有关技术机理分析工作,前期在鞍钢维苏威耐火公司技术开发中心对蚀损炭物进行剖析的基础上,组织鞍钢和辽宁科技大学等单位的多位权威耐火材料专家进行了研讨分析后又进一步得出结论性意见:

1、根据蚀损砖的显微分析结果,蚀损全部在硅砖的基质(细粉)中进行,砖的骨料毫无侵蚀损坏现象。

2、根据所提供的高硫石油沥青的成分,硫(S)并不是侵蚀的原因,因为硫(S)的单质及氧化物对无机耐火材料并不产生化学反应。而在石油沥青中,矾(V)的存在却是造成硅砖蚀损的主要原因。因为矾(V)的氧化物对CaO·SiO22CaO·SiO2有无限互熔的性质。而且只要有V(矾)的氧化物存在并有砖内基质(细粉)部分有CaO·SiO2存在,共侵蚀反应就长期持续的发生。在我们去现场取回的样品中确实有部分蚀损样,只剩下石英骨料,而基质已全部变为熔体了。

3、硅砖生产过程中,为促进晶型的磷石英转化,加入了矿化剂、石灰乳与铁磷,在烧成后,在基质中存在大量的CaO·SiO22CaO·SiO2

4、为使适应石油焦生产过程中抵抗V(矾)氧化物的熔蚀,应采用低CaO·SiO2的耐火材料。

附表:快速导热砖与硅砖、黏土砖理化性能指标对照表

项目

单位

HY-MAC快速导热砖

硅砖

传统黏土砖

备注

主要成分含量

%

MgO75%

SiO94%

Al2O342

 

显气孔率(平均)

%

17.8

22

24

 

常温耐压强度

MPa

60

30

25

 

荷重软化温度

1550

1650

1350

 

热震稳定性

水冷/

1100℃水冷>10

1-2

10

 

二、用镁铝尖晶石砖取代硅砖是*佳的方案

根据以上分析实验研究结果, 我们所推荐的镁铝尖晶石其主体原料采用高

我们所推荐的镁铝尖晶石其主体原料采用高纯镁砂,其MgO97%,配入镁铝尖晶石中除MgO外,仅含Al2O3,整个体系中CaOSiO2作为少量杂质存在,含量极少,大量研究实验表明,石油焦中任何成分灰分均不会对该材 质造成侵蚀融化,包括钒V的氧化物,由于镁铝尖晶石砖中CaOSiO2总量极少,不能被钒V的氧化物所溶入,并且镁铝尖晶石对所有渣系材料均有很强的抗渗透性,故不能被侵蚀。我们对镁铝尖晶石砖的选用原则:

1、材料要选用高纯的镁铝尖晶石砖

     其主体骨料选用高纯烧结镁砂(MgO97%)及高纯镁铝尖晶石作为主体原料。尽量减少杂质CaOSiO2的含量,确保不被钒V的氧化物所溶解侵蚀。

2、工艺上高压成型,高温烧成,保证制品良好的致密性与强度。

3、制品理化指标(为保证值项目)

        Al2O38~12%      

  MgO+Al2O3,≥95%

        SiO2:≤1.5%         

CaO :≤1.5%

       常温耐压强度:≥45Mpa

       显气孔率:≤17%

       荷重软化温度:≥1550.

  这种经过处理的镁质耐火材料为我们寻找新的代替材料提供了理论支持。通过试验研究和理论分析,我们得出的结论是:镁质材料将会是我们提高罐式煅烧炉料罐抗渣蚀能力的*佳选择,同时也是提高罐式煅烧炉使用寿命的*好途径。

    三、与通常使用的硅砖相比呈现的主要特点

  镁质耐火材料在高温下具有很强的抗渣蚀性能,在使用高硫焦原料的条件下同样有很好的抗渣蚀效果,我们的大量试验表明了这一点。这方面的工作也在上述的机理分析中做了详细的叙述。

1、适宜使用高硫和高微量元素的石油焦,抗渣蚀能力强。

2、采用镁质材料后,耐材总重增加 47% 

      采用镁质材料砌筑罐体和火道以后,由于镁质材料的密度为2.8g/cm3,而原来的硅砖密度仅为1.9 g/cm3。这样,每组炉子的总重量将会增加1718吨。

3、镁质材料耐压强度高50%

    镁质材料的常温耐压强度可达到60Pa以上,远远高于硅砖的40Pa,加之镁质材料的良好抗渣蚀性能和较好的抗热震性能,估计罐体使用寿命将会成倍增加,预计整台炉子的使用周期将会达到8年以上。同时,由于罐体材料强度的提高,为减小罐壁厚度提供了可能性。

4、镁质材料导热率高;

镁质材料具有很高的导热率,大约相当于硅砖的22.5倍。这就是说,料罐中的石油焦受热条件大大改善,不仅可以提高料罐中的物料温度,还可明显提高其加热速度。这种影响带来的直接结果是一方面提高了石油焦煅烧质量,另一方面还可在一定程度上加宽料罐宽度尺寸,有效提高单罐的排料量,*终提高罐式煅烧炉的产能。

四、采用镁质材料砌筑料罐和火道对造价的影响

采用镁质材料砌筑料罐和火道时对炉子造价以24罐炉子为例;

   这将罐体硅砖改换成新材料镁质砖,其余都不改变,总造价按目前价只提高65万元左右。用硅砖与镁砖相比其使用寿命可延长至4-5年,并且还可以提高产能等价值因素等,一年内可收回超出部分的投资,同时可享受长期使用。

五、结论

这种镁铝尖晶石砖耐火材料应用于碳素罐式炉内衬、火道替代硅砖材料,可以有效解决煅烧高硫焦(一价氧化物(K2O,Na2O)、Fe2O3、二价氧化物如CaO,MgO和高钒V2O5V2O)导致罐式煅烧炉料罐的严重蚀损,可以避免因蚀损造成罐式煅烧炉使用寿命的大幅度降低的现象。从而进一步拓宽了碳素企业对不同石油焦的使用范围。有效的解决了低质高硫石油焦原料长期困扰碳素行业生产的这一突出难题。实验表明,镁质材料将会是提高罐式煅烧炉料罐抗渣蚀能力的*佳选择,同时也是提高罐式煅烧炉使用寿命和产能的*好途径。

这种新型材料还广泛用于铝用阳极焙烧炉、煤焦化炉、钢铁行业用阳极焙烧炉、铝用阴极焙烧炉等炉窑领域,同样具有显著的节能、增产和提高质量的效果。为促进”十三五”节能减排、实现可持续发展具有重大意义。

我公司依靠科技驱动**,为铝用阳极行业有效的实现节能降耗提供了新途径、找到了新方法、实现了新突破。愿与广大用户分享这一研究成果,欢迎贵方来电来函洽谈合作和选用。






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