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電爐是黃磷生產(chǎn)的主要設(shè)備,是將合格的磷礦、硅石和焦炭按一定的比例制成混合爐料加入電爐,在1300~1500℃下進(jìn)行還原反應(yīng),產(chǎn)生的含磷爐氣經(jīng)除塵、冷凝、精制得到成品黃磷,副產(chǎn)物爐渣和磷鐵從爐底定期排出。因而對爐襯中的絕熱材料、耐火材料及爐襯耐火磚結(jié)構(gòu)都有嚴(yán)格的要求。
制磷電爐爐體是由鋼殼和耐火材料砌筑構(gòu)成,爐料在爐內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),生成的熔融爐渣與磷鐵積存在爐膛下部,形成渣蝕所以對這部分爐底和爐膛內(nèi)襯耐火材料的要求要:荷重軟化溫度高、抗熔渣侵蝕性好、膨脹系數(shù)小、熱穩(wěn)定性好,耐壓強(qiáng)度高,一般黃磷電爐爐襯砌筑耐火材料有高鋁磚、碳磚、冷搗糊組成,爐頂多用鋼纖維耐火澆注料或高強(qiáng)耐火澆注料澆注制成爐蓋。
在正常生產(chǎn)過程中爐襯會受到熔融爐渣的腐蝕,爐襯的腐蝕程度關(guān)系到電爐的檢修周期。因此一般來說爐襯的受腐蝕程度決定了制磷電爐的使用壽命,也就決定了電爐制磷裝置的大修間隔時間。所以涉及到爐襯耐火材料的質(zhì)量,施工安裝、爐襯砌筑等關(guān)鍵性問題,一定嚴(yán)把質(zhì)量關(guān),延長電爐制磷的使用壽命節(jié)約生產(chǎn)成本。
一 黃磷電爐損壞原因分析
制磷電爐正常運(yùn)行時從爐膛截面來看,下部熔池熔渣溫度約1500℃。高溫爐氣由下而上通過數(shù)米厚的料層進(jìn)行充分的熱交換而使其溫度逐漸降低,升至爐膛上部空間約降至220~300℃,在爐膛熔池中央處熔渣溫度約1500℃,由于爐體的散熱作用,由中央至爐壁及爐底溫度逐漸下降,在爐壁掛料處約1000~1200℃。熔渣和爐壁及爐底的溫度越高對爐襯碳磚的腐蝕性越大。爐底和爐壁一般采用空氣自然冷卻或循環(huán)水冷卻,在日常生產(chǎn)時須達(dá)到預(yù)期的爐體冷卻效果。
1.1 爐襯腐蝕環(huán)境分析
磷礦石、硅石、和焦炭本身無腐蝕性,但在爐料中硅石和焦炭與磷礦石配合比不合適以及焦炭粒度過大,在爐內(nèi)形成化學(xué)反應(yīng),將在生產(chǎn)過程中導(dǎo)致爐襯嚴(yán)重腐蝕。爐渣的熔點(diǎn)決定了其中的CaO—SiO2系統(tǒng)的m(SiO2)/m(CaO)酸堿成份,即按爐渣的酸度指標(biāo)Mk 來判斷,當(dāng)m(SiO2)=51.7%、m(CaO)=48.3%時 CaSiO3的熔點(diǎn)高,為1540℃,此時熔融硅酸鈣的酸度指數(shù)MK = 1.07 。MK 小于1.07的爐渣稱為堿性爐渣,大于1.07的稱為酸性爐渣。但是酸度指標(biāo)稍大或稍小于1.07的爐渣熔點(diǎn)都比CaSiO3 的低,所以在生產(chǎn)操作中可采用酸度指標(biāo) MK 接近于0.8或者1.2的爐渣進(jìn)行操作。由于酸性爐渣對爐襯的腐蝕性大,不宜采用。采用堿性爐渣操作是一般控制在爐渣酸度指標(biāo)MK =0.75~0.85.由于爐渣中少量雜質(zhì)的存在而降低了其熔點(diǎn),所以就形成了低熔點(diǎn)的指標(biāo)控制的熔融爐渣溫度1250~1450℃。
1.2 爐襯液體的侵蝕
熔融爐渣和磷鐵受到電端部高溫作用,不斷翻騰沖刷爐底碳磚,在爐中心電三角區(qū)的熔池底部有時會形成凹坑,若爐底炭磚磚縫砌筑質(zhì)量差,熔融磷鐵則滲入磚縫中將炭磚浮起燒蝕熔融。熔渣也會腐蝕爐壁碳磚,還會使?fàn)t殼鋼板發(fā)紅,甚至燒穿爐底和爐壁鋼板。
黃磷電爐內(nèi)襯耐火材料配置及砌筑
(黃磷電爐內(nèi)襯耐火材料配置示意圖)
2.1 爐底及爐墻高鋁磚砌筑按照耐火磚砌筑施工技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)中的I類砌筑標(biāo)準(zhǔn)<1mm的灰縫施工,要求高鋁磚干燥砌筑層泥漿飽滿。每砌下一層磚前應(yīng)將已砌完的磚面清掃干凈。砌磚中斷或返工拆磚而須留槎時,應(yīng)留成階梯形的斜槎。相鄰墻的高差不得超過1.2m,砌筑時應(yīng)使用木槌或橡膠槌進(jìn)行敲打找正,不得使用鐵錘敲磚。
2.2 炭磚的水平方向磚縫厚度為20mm左右。若采用西縫砌筑,或采用自焙炭磚,冷搗糊筑爐技術(shù),筑爐時須注意產(chǎn)品說明書并按相關(guān)的筑爐技術(shù)要求進(jìn)行。
2.3 采用冷到糊或電糊做粘結(jié)劑砌筑炭磚爐襯要行小火加熱。電糊加熱熔化溫度一般控制在180~190℃,每次灌入磚縫中的高度為80~100mm,用風(fēng)鎬炮錘搗實(shí),使壓實(shí)后的高度為原高度的40%~50%。爐底上下兩層炭磚的豎縫在空間成垂直交叉狀態(tài),爐壁內(nèi)外兩層炭磚均為立砌,磚縫寬40mm左右,其與爐底炭磚的磚縫要錯開,在開口處用木板擋住,以防電糊流淌形成孔隙,確保施工質(zhì)量。
總結(jié):制磷電爐是黃磷的心臟設(shè)備,須精心操作,規(guī)范操作,合理調(diào)配原料的成份的添加比,控制焦炭的粒度大小,嚴(yán)把內(nèi)襯耐火材料施工質(zhì)量及耐火材料的采購標(biāo)準(zhǔn),才能做到延長爐襯使用壽命。
鄭州駒達(dá)新材料科技有限公司是一家為高溫行業(yè)用耐火材料提供從材料定制、技術(shù)服務(wù)到窯爐砌筑為一體的整包服務(wù)單位,主營業(yè)務(wù)產(chǎn)品有高鋁澆注料、不沾鋁澆注料、低水泥澆注料、鋼纖維耐磨澆注料、高強(qiáng)澆注料、碳化硅澆注料等一系列熱工窯爐用耐火澆注料產(chǎn)品。
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