年產40000噸鎂碳磚生產車間設計【含CAD圖紙+文檔】

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年產40000噸鎂碳磚生產車間設計 摘 要 我國是鋼鐵生產大國，也是耐火材料需求大國。全國僅冶金企業(yè)年耗耐火材料價值就達300多億元，可見耐火行業(yè)在鋼鐵行業(yè)的發(fā)展中起著舉足輕重的地位。由于具有獨特的性能,例如熱導率高、熱膨脹低、抗熱震性能好、與渣接觸化學活性小,因而鎂碳質耐火材料被廣泛應用于轉爐、電爐、鋼包等領域。本設計是對年產40000噸轉爐鎂碳磚生產車間MT-14B和MT-18C產品的設計，本設計在敘述鎂碳磚的發(fā)展歷史、應用、使用條件、損毀機理及生產工藝流程的基礎上，詳細論述了鎂碳磚生產的工藝理論基礎，并對各工序的設備選擇和工藝布置進行了論證。對各工序所需處理的物料量和機械設備進行了平衡計算以及對設備合理的選擇。本設計的主要特點是布局合理，工藝流暢并考慮擴大生產的需要，對廢磚坯進行回收處理利用，降低成本。 關鍵詞：鎂碳磚；生產工藝；車間設計  Abstract China is a big steel production country, at the same time, it’s also a country that needs refractory materials. The value of refractory materials that national metallurgical enterprises consume every year reaches more than 30,000,000,000 yuan. It’s clear that refractory industry in the development of steel industry plays an important role. Due to those unique properties such as high thermal conductivity, low thermal expansion, good thermal shock resistance and slag with small contact chemical activity, magnesia carbon refractory materials are widely used in converter, electric furnace , ladle, etc. This design is for yearly producing 40000 tons converter magnesia carbon brick production workshop MT14B and MT18C product design. What’s more, this design describes the historical development of magnesia carbon brick, application, use condition, damage mechanism and production process. And it describes in detail the basis of the theoretical basis of magnesia carbon brick production process, and it expounds equipment selection of every working procedure and process arrangement, too. For each working procedure required for processing the amount of material and mechanical equipment, the balance calculation and reasonable selection of equipment are conducted. The main characteristics of this design are rational layout and process flow, and it considers expanding the need of production, recycling and utilization of waste bricks refractory materials to reduce the cost. Key words: Magnesia carbon, process design, workshop design  目 錄 摘要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1 鎂碳磚的發(fā)展歷史及其應用 1 1.1.1 鎂碳磚的發(fā)展歷史 1 1.1.2 鎂碳磚的應用 1 1.2 鎂碳磚的分類、性能及其損毀機理 4 1.2.1 鎂碳磚的分類 4 1.2.2 鎂碳磚的性能 6 1.2.3 鎂碳磚的損毀機理 7 1.3 鎂碳磚的現(xiàn)狀及發(fā)展前景 8 1.3.1 鎂碳磚的現(xiàn)狀 8 1.3.2 鎂碳磚的發(fā)展前景 8 2 工藝部分 9 2.1 生產工藝要點 9 2.1.1 原料選擇 10 2.1.2 破粉碎 13 2.1.3 篩分 13 2.1.4 物料的貯存 13 2.1.5 配料 14 2.1.6 混練 14 2.1.7 成型 15 2.1.8 干燥 15 2.1.9 檢選 15 2.1.10 成品倉庫 16 2.2 工藝流程 16 2.2.1 工藝流程簡述 16 2.2.2 工藝流程論證 17 2.3 工藝參數 18 2.4 物料平衡計算 19 2.5 生產設備 25 2.6 倉庫設施 26 3 生產技術檢查系統(tǒng)說明 29 3.1 檢查內容 29 3.2 檢查方法 29 3.3 檢查制度 30 4 車間安裝、檢修與維護措施 31 5 生產車間除塵及安全措施 32 6 本設計的主要特點 33 致謝 34 參考文獻 35 附錄 36 一、MT-14B轉爐鎂碳磚15000噸/年 36 二、MT-18C轉爐鎂碳磚25000噸/年 40 三、原料倉庫的選擇計算 43 四、破粉碎混合設備的選擇計算 45 五、成型設備選擇計算 48 六、干燥工段的計算 49 七、成品倉庫的計算 51 八、鎂碳磚各工段處理量總計 51 1 緒論 1.1 鎂碳磚的發(fā)展歷史及其應用 1.1.1 鎂碳磚的發(fā)展歷史 鎂碳磚發(fā)展歷史悠久，早在1938年Steetley公司與美國人Chesney合作建立了耐火材料工業(yè)的第一個工廠，Chesney指出可從海水與白云石中提取具有競爭價格的耐火氧化鎂。自20世紀70年代起，鎂碳磚行業(yè)不斷發(fā)展。日本的渡邊明等人首先研制成功了鎂碳磚。1988年島田康平等提出將高純燒結鎂砂制鎂碳磚用于轉爐上。同年, 聯(lián)邦德國的Arno Gardziella 博士提出耐火制品中作為結合劑和碳形成劑的酚醛樹脂的選擇標準； Tadeusz Rymon Lipinski等 研究了吹氧轉爐鎂碳磚中金屬添加物的反應。意大利的 B.DE Benedetti等研究了樹脂結合鎂碳磚的耐侵蝕性。1991年鹿野弘等對鎂碳磚的透氣性進行了一系列的研究。1992年Gunar Klop等研究了不同碳含量及鎂砂成分對鎂碳磚微觀結構的影響。1998年國外研究人員發(fā)現(xiàn)高粘性玻璃添加物可提高鎂碳磚的抗氧化性和抗水化能力。我國于上世紀80年代開始研究鎂碳磚, 1991 年黃向東等人對鎂碳磚用結合劑合成工藝及性能進行了研究。1994年胡超群等使用鎂碳磚代替原有材料作電弧爐內襯, 提高了爐襯的使用壽命。1998 年謝建明等研制出鋁鎂碳磚用瀝青結合劑。1999 年姚金甫等人研制出中間包等離子加熱用導電鎂碳磚,并投入實際應用[1]。 我國在1980前后年開始研究含碳耐火材料[2]，并被列入國家“七五”(1985-1989)科技攻關項目。1987年鞍鋼三煉鋼廠在轉爐上試用MgO-C磚后，僅用一年時間就超額完成了“七五”轉爐爐齡達千次的攻關目標。 隨著冶煉技術的進步對耐火材料的新要求，低碳鎂碳耐火材料成為鎂碳耐火材料新的發(fā)展熱點。低碳MgO-C磚一般是指總含碳量不超過8%、由鎂砂與石墨通過有機結合劑結合而成的MgO-C磚，降低碳含量可明顯降低材料的熱導率[3]。 1.1.2 鎂碳磚的應用 鎂碳磚廣泛應用于轉爐、電爐和鋼包爐內襯以及鋼包渣線等部分。圖1.1（a、b）是轉爐結構示意圖。圖1.2是鋼包、電爐結構示意圖。表1.1是鋼包用耐火材料。表1.2是轉爐使用的耐火材料[4]。 鋼包部位 渣線 包壁 包底 類型 鎂碳磚 鋁鎂碳磚 低碳鎂碳磚 鋁鎂碳磚 鋁鎂不燒磚 鋁鎂澆注料 鋁鎂碳磚 鋁鎂澆注料 剛玉尖晶石澆注料 表 1.1 鋼包用耐火材料 圖1.1（a） 轉爐結構示意圖 圖1.1（b） 轉爐結構示意圖 圖1.2 鋼包示意圖（左）電爐示意圖（右） 表1．2 轉爐工作襯各部分的性能要求及所用耐火材料 部位 要求 爐口及爐帽部分 添加最佳數量的防氧化劑,選用含碳約13％的樹脂結合MgO-C磚,使錐體部較易掛上渣皮，錐體下部選C量15％左右的MgO-C磚。 爐襯的裝料側 以適當的鎂砂原料（配入一定數量的高純燒結砂）和鱗片石墨，選用最佳的鋁粉添加劑，C量15％左右，利用Al的反應改進磚的組織結構和高溫強度。 爐襯的出鋼側 選用電熔鎂砂和鱗片石墨為主要原料,C量15％左右，高的抗機械磨損。 兩側耳軸部分 選用大結晶電熔鎂砂和高純鱗片石墨為主要原料；添加Al、Al-Mg合金為抗化劑；強化高溫強度和降低氣孔率措施，增強磚的抗氧化性。 渣線部分 以大結晶電熔鎂砂和高純鱗片石墨為主要原料，C量17%左右；強化基質，添加適當抗氧化劑；使鎂砂顆粒細化。 爐底風眼 C量20~25%改善耐剝落性；添加金屬碳化物和氧化物如ZrO2強化磚的耐剝落性及及抗化性；磚的致密度高。 爐底及周邊 高強度，C量10~15%；不加金屬粉末抗氧化劑。 出鋼口部分 出鋼口受高溫鋼水侵蝕和溫度急劇變化的影響，損毀較為嚴重，因此應砌筑具有耐沖蝕性好，抗氧化性高的鎂碳磚。 1.2 鎂碳磚的分類、性能及其損毀機理 鎂碳磚是以氧化鎂和碳為主要成分的耐火材料。由于石墨的存在, 碳結合的鎂碳磚提高和改進了鎂磚的性能。它具有優(yōu)良的抗渣侵蝕性、熔渣滲透性、熱震穩(wěn)定性和導熱性。主要用于煉鋼氧化轉爐的爐襯、出鋼口，高功率電爐爐墻熱點部位，以及爐外精煉爐內襯、盛鋼桶渣線部位等。 1.2.1 鎂碳磚的分類 根據碳含量不同,鎂碳質耐火材料被分為三種類型： (1) 燒成含碳鎂磚（<2%碳）； (2) 碳結合鎂磚（<7%碳）； (3) 碳結合鎂碳磚（>7%碳）。 根據鎂碳磚中碳含量的不同，又可將鎂碳磚分為7類，含碳量為5%、8%、10%、12%、14%、16%、18%。每類又可以按鎂砂MgO含量分級，每類又分A、B、C三種，因而共有21種牌號（見表1.3）[5]。 表1.3 不同牌號鎂碳磚理化性能 產品 顯氣孔 率/% ≤ 體積密度/(g/cm3) 常溫耐壓強度/MPa 高溫抗折強/MPa （1400℃,30min） w(MgO)/% ≥ w(C)/% ≥ MT-5A 5.0 3.15±0.08 50 — 85 5 MT-5B 6.0 3.10±0.08 50 — 84 5 MT-5C 7.0 3.00±0.08 45 — 82 5 MT-8A 4.5 3.12±0.08 45 — 82 8 MT-8B 5.0 3.08±0.08 45 — 81 8 MT-8C 6.0 2.98±0.08 40 — 79 8 MT-10A 4.0 3.10±0.08 40 6 80 10 MT-10B 4.5 3.05±0.08 40 — 79 10 MT-10C 5.0 3.00±0.08 35 — 77 10 MT-12A 4.0 3.05±0.08 40 6 78 12 MT-12B 4.0 3.02±0.08 35 — 77 12 MT-12C 4.5 3.00±0.08 35 — 75 12 MT-14A 3.5 3.03±0.08 40 10 76 14 MT-14B 3.5 2.98±0.08 35 — 74 14 MT-14C 4.0 2.95±0.08 35 — 72 14 MT-16A 3.5 3.00±0.08 35 8 74 16 MT-16B 3.5 2.95±0.08 35 — 72 16 MT-16C 4.0 2.90±0.08 30 — 70 16 MT-18A 3.0 2.97±0.08 35 10 72 18 MT-18B 3.5 2.92±0.08 30 — 70 18 MT-18C 4.0 2.87±0.08 30 — 69 18 以原料質量來劃分，鎂碳磚分為高檔鎂碳磚、中檔鎂碳磚、低檔鎂碳磚，見表1.4。 表1.4 鎂碳磚的劃分 品種 主要原料 高檔鎂碳磚 大結晶電熔鎂砂、98電熔鎂砂、96以上天然鱗片石英 中檔鎂碳磚 97電熔鎂砂、94以上天然鱗片石英 低檔鎂碳磚 重燒鎂砂、高純鎂砂、94以上天然鱗片石英 基于結合劑的不同耐火材料分為以下兩種類型： (1)添加了抗氧化劑的瀝青結合磚(碳含量最大為15%)，隨后進行真空瀝青浸漬,特殊情況下還浸漬兩次； (2)添加了抗氧化劑(Al、Si、Mg、AlMg、B4C)的、用合成樹脂做結合劑的磚(碳含量達25%)。 1.2.2 鎂碳磚的性能 鎂碳磚是一種不燒制品，其理化指標為：MgO70～85％，C 10～20％，顯氣孔率≤3％，體積密度2.87-3.15g/cm3，耐壓強度40～50MPa，1400℃抗折強度10～15MPa。影響鎂碳磚性能的工藝因素主要有原料、結合劑、添加劑等。 因為碳或石墨與熔融金屬之間的界面張力小，故大多數熔融材料不能潤濕碳和石墨。它們具有極好的抗熱震性能,同時當被加熱時它們的強度增加。2500℃時石墨的抗拉強度約是室溫時抗拉強度的兩倍,它在室溫時的抗拉強度是每平方英寸2000磅。有一個范圍,在這個范圍內碳和石墨的導電率、導熱率、低膨脹系數等性能從較好變?yōu)闃O好。它們的抗熱震性足夠滿足常規(guī)應用。盡管碳具有好的導熱率、抗熱震性能,但在高于400℃的氧化性氣氛下,它易于受到氧氣、水蒸汽、CO2的侵蝕,故它的使用受到限制。 碳質耐火材料的結合劑灰分應盡量低、收得率較高。焦油、煤焦油、焦油瀝青是作為碳源和耐火磚結合劑的最普通材料,他們得到了長期應用。由于此類材料處理時存在潛在的健康危險和有害的高溫分解產品，用酚醛樹脂來替代焦油、煤焦油和煤焦油瀝青。它具有熱固性性能,高溫炭化過程時發(fā)生裂解且碳收得率高。酚醛樹脂因具有良好的可塑性、成型性能、經濟實惠等特點而被廣泛用于鎂碳磚。 1) 低氣孔率和密實結構：磚越致密，氣孔率越低。原料越純，越能抗熔渣侵蝕。電熔鎂砂比燒結鎂砂致密，方鎂石結晶較大，因而電熔鎂砂耐化學腐蝕和氧化鎂被還原蒸汽的性能得到改善。 2) 抗熱沖擊性能：鎂碳磚具有良好的抗熱沖擊性能。從微觀上來看，在于方鎂石和石墨膨脹不一致產生微小裂紋，宏觀上卻阻止了裂紋的發(fā)展。因為石墨和方鎂石間結合比較弱，這就很容易設想裂紋將不能通過石墨，所以鎂碳磚具有優(yōu)良的抗熱沖擊性能。另外良好的熱傳導率，也是提高抗熱沖擊性能的一個因素。 3) 熱傳導率：鎂碳磚熱傳導率較高，是其它磚的三到四倍，石墨的含量對熱傳導率大小有關。熱傳導率的提高提高了鎂碳磚的熱擴散率，提高了鎂碳磚的抗熱沖擊性能。 4) 抵抗鋼水和渣侵蝕的性能: 石墨的潤濕角大,使鎂碳磚對鋼水和渣不浸潤。鎂碳磚的熱穩(wěn)定性很好, 使用時磚在熱狀態(tài)下磚縫連接得緊密, 這些性質和條件使鎂碳磚具有良好的耐浸蝕性能。 1.2.3 鎂碳磚的損毀機理 鎂碳磚剝落損毀的原因被認定為急冷急熱造成的熱沖擊所產生的熱應力和由于結構上的不均衡性所產生的機械應力的結果。造成鎂碳磚的損壞有6個方面的因素： 1) 碳磚在生鐵中的分解； 2) 氧化鉀發(fā)生沉積并往磚內900℃溫度區(qū)遷移,與碳晶相反應,也就是與莫來石、石英反應生成六方鉀霞石和白榴石。這些反應伴有體積增大發(fā)生,導致磚的織構被破壞。鉀進一步沉積及C8K、C24K、C60K等碳化鉀化合物的形成引起了碳磚產生剝落和分解； 3) 磚內MnO沉積并在高于1200℃的情況下與飛灰混合物反應形成鋁鎂硅酸鹽,結果降低了磚的彈性模量； 4) 高爐關爐時，沉積的ZnO與碳磚的結合相反應對磚造成破壞，形成正硅酸鋅(2ZnO·Si02)或鋁酸鋅； 5) 水蒸汽對碳的氧化; 6) 內襯存在的壓力導致的熱應力。 鎂碳磚使用過程中，石墨非常容易被氧化，它的氧化有三種原因： 1) 空氣中氧對石墨的氧化； 2) 渣中氧化物對石墨的氧化； 3) 石墨本身所含雜質氧化物對石墨的氧化。 這些氧化物主要指SiO2和Fe2O3。鎂碳磚中雜質氧化物和石墨反應后，造成磚體結構疏松，透氣性增大、強度下降，這是鎂碳磚損毀的內因。石墨中的灰分嚴重影響著MgO-C磚的使用性能?；曳衷?600 ℃時影響MgO-C的顯氣孔率，在1400 ℃時影響高溫抗折強度。 1.3 鎂碳磚的現(xiàn)狀及發(fā)展前景 1.3.1 鎂碳磚的現(xiàn)狀 鎂碳磚的主要原料包括鎂砂、石墨以及有機結合劑。鎂砂分為電熔鎂砂與燒結鎂砂是生產鎂碳磚的主要原料。要確保鎂碳磚的質量要求，應選用低雜質、高純度、經過電爐重熔且結晶發(fā)育完好的鎂砂。電熔鎂砂與燒結鎂砂相比具有方鎂石結 晶粒粗大、顆粒體積密度大等優(yōu)點，是主要選用的原材料?？紤]到使用效果與成本，按不同比例選用各種級別的電熔鎂砂。鎂砂的顆粒配比對鎂碳磚的使用效果影響較大。粗顆粒作為骨料在配料中占有較大比例 ，而臨界尺寸的確定對磚的物理性能有更重要的影響。天然鱗片石墨是生產鎂碳磚理想的碳素材料。其熔點高達3700℃，具有典型的片層狀結構、高導熱率和低膨脹系數及彈性模量，可以提高鎂碳磚的抗鋼水浸潤能力。結合劑是生產鎂碳磚的關鍵。現(xiàn)在生產鎂碳磚多選用合成酚醛樹脂作為結合劑。原料首先在高速混煉機中混練，然后經過壓制成型，最后在200℃左右的溫度下干燥制成鎂碳磚[6] 。 1.3.2 鎂碳磚的發(fā)展前景 1）低碳鎂碳磚是鎂碳磚的發(fā)展方向之一。低碳鎂碳磚是耐火材料工業(yè)按照國家工業(yè)轉型升級一個典型的產品，特別是2010年石墨價格劇烈的變化，對于鎂碳磚生產帶來了嚴重的影響，低碳鎂碳磚采用少量的鱗片石墨，首先可以少用鱗片石墨資源。另外，產品在使用時，可以降低熱量損失，節(jié)能環(huán)保。 對于低碳鎂碳磚來說，最為關鍵的還是要提高其抗熱剝落性能和抗渣滲透性能。基于復合結合劑和納米結構基質開發(fā)的低碳鎂碳磚可以有效地解決碳含量降低以后材料抗結構剝落和抗渣滲透性差的問題，同時又可使材料的導熱率大幅度減低，從而有效地解決傳統(tǒng)鎂碳磚在應用過程中存在的主要問題。 近年來，國內低碳鎂碳磚的開發(fā)與應用也取得了較大的進展。浙江東瑞高級陶瓷有限公司與武漢科技大學專家聯(lián)合開發(fā)的通過采用納米尺度的碳源和高效抗氧化劑，wc=4～6%的低碳鎂碳磚已成功地應用于寶鋼120t VOD精煉鋼包的渣線與包壁，冶煉鋼種為304，304L，316，409，409L，410等不銹鋼種，最高冶煉溫度1750℃。所開發(fā)的低碳鎂碳磚的使用壽命與進口的鎂鈣磚相當。 2） 利用新工藝對廢棄鎂碳磚 的綜合利用是今后科技工作者研究的課題之一 ，對提高企業(yè)經濟效益和社會效益具有重要意義，有利于推動我國循環(huán)經濟的快速發(fā)展和構建“節(jié)約型社會”，走可持續(xù)發(fā)展道路。減少耐火材料廢棄量，加大耐火材料的利用率，是未來該領域研究發(fā)展的方向。 2 工藝部分 2.1 生產工藝要點 （1）原料要求：鎂碳磚是指以鎂砂和石墨為主要原料生產的耐火制品。為了提高制品質量和抗侵蝕能力，本次設計生產中利用的是電熔鎂砂。 （2）顆粒組成：顆粒組成確定的原則應符合最緊密堆積原理和有利于燒結。一般粗顆粒、中顆粒、細顆粒按照所需磚的要求科學配比，使鎂碳磚的性能最大程度得到發(fā)揮，滿足使用的需求。 （3） 配料：將不同的顆粒組成的各種物料包括廢磚、結合劑和添加劑等進行配料。在鎂碳磚的制作中，除了電熔鎂砂外，通常加入適量廢磚，節(jié)約成本，也能使資源得到再利用。 （4）混合：目前混煉過程采用兩類混煉設備—高速混煉機、行星式混煉機或濕碾機。由于高速混煉機、行星式混煉機混出的料成分均勻，夾雜氣體少，成型性能好，且設備對物料完全封閉，防塵性能好。因此本設計采用高速混煉機進行物料的混合。 （5）成型：首先要選擇合適噸位的壓力機。成型時要準確控制泥料重量、確保布料均勻，打擊次數及輕重需要滿足要求。鎂砂是瘠性物料，且配料水分含量少，一般不會出現(xiàn)因空氣被壓縮而產生的過壓廢品，因此可采用高壓成型。 （6）干燥：坯需經干燥車送入隧道干燥器在250~300℃之間高溫下作用,排除水分，物料與結合劑固化。鎂碳磚一般不用燒成，工藝比較簡單，可以節(jié)約能源，我國的鎂砂和石墨資源比較豐富，所以鎂碳磚在我國的生產數量和質量都在不斷提高。 2.1.1 原料選擇 鎂碳磚的主要原料包括電熔鎂砂或燒結鎂砂、鱗片狀石墨、有機結合劑酚醛樹脂以及抗氧化劑鋁粉。原料的技術指標見表2.1。 表2.1 原料的技術指標 項 目 MgO/% SiO2/% CaO/% 體密/g/cm3 粒度組成/mm 鎂砂DMS97.5 ≥97.5 ≤1.0 ≤1.4 ≥3.45 0～50，小于1不超過10％ 鎂砂DMS96 ≥96 ≤2.2 ≤2.0 ≥3.45 0～120，小于1不超過5％ 1）鎂砂的選取 選擇MgO含量高、方鎂石相結晶顆粒大、鈣硅比大于2的電熔鎂砂，B2O3含量少，生產鎂碳磚效果最好。 電熔鎂砂相對燒結鎂砂來說，結晶結構更完整，對碳的還原作用也更穩(wěn)定，特別是大結晶電熔鎂砂這些特征表現(xiàn)得更為突出，因此選電熔鎂砂。 鎂砂必須有較高的純度，因為MgO在1650℃時和C反應，即MgO+C→Mg↑+CO↑。這個反應到l750℃時反應加劇。這是鎂碳磚使用過程中損耗的重要原因之一，也是鎂碳磚在1700℃以上使用損耗明顯加劇的原因。而且鎂砂中的雜質SiO2，F(xiàn)e2O3 等對上述反應有促進作用。 鎂砂的體積密度，方鎂石晶粒大小都對鎂碳磚的耐侵蝕性有十分重要的影響。電熔鎂砂由于其體積密度高，氣孔率低，方鎂石晶粒直徑大，晶界數目少，晶界面積小，熔渣沿晶粒表面浸入較難，鎂砂顆粒大部分是從方鎂石晶粒表面與溶渣接觸的界面慢慢熔解到溶渣中，從而使鎂碳磚的損失速度也減慢，磚的損耗速度就小。 2）石墨的選取 選用純度高、磷片結晶大的石墨。石墨是鎂碳磚中另一個基本組分，具有很好的耐火材料基本特性。主要理化指標：固定碳85％～98％，灰分13％～2％(主要成分SiO2，Al2O3等)，相對密度2.09～2.23，熔點3640K(揮發(fā))。 石墨特別是單晶石墨的性能,如熱膨脹、導熱率、耐壓性能與其結構有關。垂直于平面方向的熱膨脹是平行于平面方向熱膨脹的200倍,平行于平面方向的導熱率是垂直于平面方向導熱率的200倍。垂直于平面方向的耐壓性比平行于平面方向的耐壓性大104-105倍。由于石墨微晶隨意陣列的石墨化合物的各向異性的降低,石墨化合物的性能不能從隨機結構取向因素推測得到。由于它們含有無定形碳和具有良好的晶體結構,這是它們被用于制造鎂碳磚的原因。 石墨作為生產MgO-C磚的主要原料，具有優(yōu)良的物理性能： ①爐渣的不濕潤性。 ②高的導熱性。 ③低的熱膨脹性。此外，石墨與耐火材料在高溫下不發(fā)生共熔，耐火度高。石墨的純度對MgO-C磚的使用性能影響較大，最好是大于98%的石墨。 3）結合劑 選擇合成酚醛樹脂作為結合劑。結合劑對鎂碳磚及其他含碳耐火制品來說，作用至關重要。石墨和耐火氧化物之間沒有互溶關系，也不可能相互燒結，常溫下他們要靠結合劑粘接固化。高溫下，結合劑則要結焦碳化，和石墨形成碳結合，高溫結焦碳化后形成約3％左右的碳，這個量雖然不多，但在鎂碳磚或其他含碳制品中卻是最具有活力的組成部分，對制品的高溫性能有重要影響。國內液體酚醛樹脂性能指標見表2.2，酚醛樹脂在不同溫度下的耐壓強度見表2.3。 表2.2 國內液體酚醛樹脂性能指標 型號 物理性能 粘度(pa·s) 水分/% 固含量/% 殘?zhí)?% 游離酚/% PH GM-1 熱固性 3 ≤1 ≥70 ≥41 ﹣ 6.5-7 L872-A 熱固性 2.5 ≤5 ≥75 ≥42 ＜10 6.8-7.2 2131 熱固性 2.35 ≤5 ≥72 ≥43 ≤18 6.8-7.2 5405 熱塑性 7.6 1.5-2.5 75-80 43-48 12 6.5-7.5 表2.3 酚醛樹脂在不同溫度下的耐壓強度 溫度 250℃ 300℃ 400℃ 6000℃ 800℃ 1000℃ 耐壓強度/MPa 13.72 12.6 11.14 8.27 8.76 7.38 酚醛樹脂作為MgO-C磚結合劑的優(yōu)點： ①混練與成型性能好，在室溫下可直接混練與成型； ②在熱處理時可進一步縮合，使成品強度進一步提高； ③在高溫下能使MgO-C磚保持較高的熱態(tài)強度。 ④固定碳高，在還原氣氛下能形成牢固的碳結合； ⑤磚坯強度高； 酚醛樹脂作為MgO-C磚結合劑的缺點：酚醛樹脂當在350-650℃范圍內發(fā)生碳化時會產生氣體,如水蒸汽、氫氣、乙烯、苯酚、甲酚和二甲苯酚等,引起空氣污染并發(fā)出臭味。 結合劑的加入量和要求：在酚醛樹脂下石墨容易結合。在混練中希望結合劑用量盡可能少，而結合劑能很均勻地擴散在鎂砂顆粒表面上形成薄而均勻的液膜。這就要求液體酚醛樹脂的粘度低。但在石墨加入時又要求帶有液膜的鎂砂顆粒盡可能多地均勻沾上石墨，而且不允許石墨自身結聚，因而要求液體樹脂又要有一定的粘度。 4）抗氧化劑 本設計選擇加入2%的鋁粉作為抗氧化劑。在鎂碳磚的損毀過程中，石墨的氧化是最主要的原因之一。由于氧化失碳，致使磚體結構疏松，強度下降。損毀過程遵循氧化失碳→結構疏松→侵蝕→沖刷溶損的路途。為了提高鎂碳磚的抗氧化性，可以加入一定量的抗氧化劑。鋁粉的另一個作用是在耐火氧化物和石墨之間“搭橋”，使石墨和耐火氧化物形成牢固的結合，這種作用是由于鋁粉在一定溫度下形成新的礦物相促成的。 添加劑的作用原理大致可分為兩個方面：一方面是從熱力學觀點出發(fā)，即在工作溫度下，添加物或者添加物和碳反應生成其他物質，它們與氧的親和力比碳與氧的親和力大，優(yōu)先于碳被氧化從而起到保護碳的作用；另一方面，即從動力學的角度來考慮添加劑與O2，CO或者碳反應生成的化合物改變碳復合耐火材料的顯微結構，如增加致密度，堵塞氣孔，阻礙氧及反應產物的擴散等。[7] 最近有研究揭示:Al與B4C或CaB6混合使用可取得最好效果。隨著Al含量的增加,鎂碳磚的氧化降低,這主要是氧化反應界面上的Al4C3在氧分壓作用下的還原作用所致。由于顯氣孔率稍有增加,鋁添加物使氧化率稍增加。Jitsum麗等研究了Mgo-C質耐火材料中添加AI作為抗氧化劑的作用機理,和它在使用過程中的相轉變過程。研究結果表明質量百分含量為5%的Al或更多Al時可充分阻止氧化；但在MgO粗顆粒表面涂覆Al來阻止氧化僅用3%的Al。發(fā)現(xiàn)采用粒徑小的Al效果更佳?？寡趸瘎┑募尤肓恳话銥?%-6%。 2.1.2 破粉碎 實驗和理論計算表明，單一尺寸顆粒組成的泥料不能獲得致密的坯體。因此，塊狀原料經檢選后必須進行破粉碎，以達到制備泥料的粒度要求。 鎂磚的生產過程中，將原料從200mm左右的大塊物料破粉碎到3-0.088mm的粉料，采用連續(xù)粉碎作業(yè)，并根據破粉碎設備的結構和性能特點，使用相應的設備。在此采用顎式破碎機、圓錐破碎機、管磨機、對原料進行粉碎作業(yè)。 （1）粗碎：在原料倉庫內內進行，減小粉碎工段的噪音，粗碎設備選用顎式破碎機。 （2）粉碎：用于制磚生產的原料，由于配料粒度組成要求，一般采用短頭圓錐破碎機，其粒度組成較穩(wěn)定。粉碎后的物料中間顆粒較少，有利于控制磚坯和制品的體積密度和強度。 （3）細磨：細磨粉的細度控制在小于0.088mm的大于90%，采用的細磨設備為管磨機。 2.1.3 篩分 原料破粉碎后粗中顆粒混在一起。為了獲得符合規(guī)定尺寸的顆粒組分，需要進行篩分。 篩分就是利用多層的篩子把物料按需求進行分級。達到規(guī)格的篩下料根據不同的粒度進入相應的料倉，篩上料則是重返破粉碎工段重新破碎。震動篩按照所需要的物料粒度，顆粒粒度為5~3mm、3~1mm、1~0mm，規(guī)定篩網孔徑大小，一般比臨界粒度稍大些。篩子的傾斜角度也必須考慮，通常的傾角在15度到20度之間。 2.1.4 物料的貯存 原料經過破粉碎、細磨、篩分后，一般則是存放在貯料倉內以供配料時使用。當物料進入料槽時，粗細顆粒開始分層，粗的顆粒滾到料槽的周邊，細粉在卸料口中央部位。當物料卸料時，中間料先從卸料口流出，四周料下沉，而且分層流向中間，后從卸料口流出。 2.1.5 配料 配料是重要工序，應嚴格按配方粒度、配比要求計量，坯料的顆粒組成對坯體的致密度有很大的影響。只有符合緊密堆積的顆粒組成，才可能獲得致密的坯體。本設計采取“兩頭大，中間小”的粒度配比，即：泥料中，粗、細顆粒多，中間顆粒少。在實際生產中，只控制粗顆粒篩分和細顆粒篩分兩部分的數量。 配料的組成包括按規(guī)定比例配合的各種原料是和同一種原料的各不同顆粒組成的粉料。采用的是四級配料，即5-3mm、3-1mm、1-0mm、≤0.088mm四種規(guī)格顆粒料。它隨著制品的類型和性能要求、所用原料的性質及工藝條件改變。我們采用的稱重配料法。這里采用三斗配料車，其屬于自動稱量秤，配料準確度高，配料誤差不超過2%。 2.1.6 混練 混練時的加料次序: 鎂砂粗顆粒、中顆粒（粒度為5-3、3-1、1-0）→ 酚醛樹脂 → 石墨 → 鎂砂細粉 → 金屬鋁粉 在混練機中混練時，首先將粗、中顆?；旌?-5min，然后加入樹脂混碾3-5min，再加入石墨，混碾4-5min，再加入鎂砂粉及添加劑的混合粉，混合3-5min，使總的混合時間在20-30min左右。若混合時間太長，則易使鎂砂周圍的石墨與細粉脫落，且泥料因結合劑中的溶劑大量揮發(fā)而發(fā)干；若太短，混合料不均勻，且可塑性差，不利于成型。 加入顆粒料后加入結合劑低速混練一段時間，使液體樹脂在顆粒上附著均勻后，開始加入石墨，通過混練使之粘在鎂砂顆粒的液膜外，經過混練擠壓而將粘在鎂砂顆粒外殼上的石墨壓到顆粒上，并將一部分多余的樹脂排擠出去。這時才能進行高速混練，否則就會使石墨浮在料上面無法制取良好的泥料。由于石墨導熱性好，熱容小，而鎂砂粗顆粒的熱容大，所以在高速混練時所產生的摩擦熱有利于潤濕石墨。只有當上述一系列操作完成后，才能加入鎂砂細粉和添加劑等繼續(xù)混練，當石墨、鎂砂顆粒和細粉以及添加劑等已經被潤濕，并且顆粒上多余的結合劑也基本上全部排擠出來，同時鎂砂顆粒外包裹的石墨也較致密地壓到顆粒上時，混練才可結束。 2.1.7 成型 成型是提高填充密度，使制品組織結構致密化的重要途徑，因此需要高壓成型，同時嚴格按照先輕后重、多次加壓的操作規(guī)程進行壓制。生產鎂碳磚時，常用磚坯密度來控制成型工藝，應高壓成型，以保證磚有較高體積密度和較低顯氣孔率的。因此要嚴格控制磚坯單重。? 加料時四角扒料，均勻布料，預防邊角裸露骨料。? 成型時就嚴格按照先輕后重、多次加壓的操作規(guī)程進行壓制，要求吊坯2-3次，充分排氣，以免產生層裂?？紤]壓制鎂碳磚時彈性后效原因，總加壓次數一般要求不少于15次，起錘不宜太快，最后幾錘要下重錘。最好采用抽真空、排氣加壓裝置。?因鎂碳磚的使用條件較苛刻，要求砌筑時砌筑面尺寸正負偏差不超過1mm，所以要求磚坯尺寸非常嚴格。 泥料的選?。荷a鎂碳磚較理想的泥料是鎂砂顆粒的表面應完全均勻地被結合劑潤濕，外面緊緊地擠壓而包裹一層被結合劑潤濕的石墨（石墨層越厚越好）其余分散的石墨或鎂砂粉等均勻地被結合劑潤濕，各種添加劑及鎂砂細粉都分散均勻，泥料溫度適度，這就為成型提供了良好的條件。 2.1.8 干燥 坯體干燥是磚坯中去除水分、提高強度的過程。成型后的磚坯要室溫存放5-6小時，以利于揮發(fā)物的揮發(fā)。不能立即送入隧道干燥器。為使鎂碳磚獲得足夠的低溫強度，需嚴格確定與結合劑相適應的熱處理溫度和熱處理時間等熱工制度，一般在150～200℃溫度下進行熱處理，時間不少于32小時，且在室溫到80℃左右時要不少于16小時。通常，樹脂在達到固化溫度時要有足夠的時間，才能完成固化過程，如果固化時間不夠，揮發(fā)物排出不完全，會導致在使用過程中受熱時由于顆粒膨脹、基質收縮而使結合強度降低， 使鎂碳磚的顯微結構變壞，最終影響其使用壽命。 2.1.9 檢選 是產品出廠前的最后一道檢查工序，通過檢查工具對熱處理后的鎂碳磚制品按照包裝計劃的要求進行檢選。嚴格控制砌筑方向的尺寸偏差，對于層裂的檢查范圍要求塊塊檢查，避免層裂磚出廠投入使用。 成型廢品類型：層裂、層密度現(xiàn)象，尺不合，單重不合，料偏析，壓力太大產生層裂，壓力太小體密不合，飛邊，掉角，扭曲，偏沿等模具問題。 2.1.10 成品倉庫 鎂磚制品按品種、磚型批號、級別等分別貯放在成品庫內，每種制品堆放方式和允許堆放高度均按標準進行。成品庫面積除設有貯存量占用面積外，還留有成品檢選、廢品堆放和運輸通道所需最小面積[8]。因鎂砂易水化結塊變質，所以成品倉庫必須保持干燥。 2.2 工藝流程 2.2.1 工藝流程簡述 本設計主要生產鎂碳磚，將原料和電熔鎂砂及部分廢磚坯用5噸橋式抓斗起重機送入1臺PEF250×400鄂式破碎機的供料槽中，在顎式破碎機中進行粗破，經B=500mm的帶式輸送機送到破粉碎車間，分別送到3臺PYD-1200短頭圓錐破碎機的供料倉，利用電磁震動給料機送到供電熔鎂砂的圓錐破碎機中進行中碎。原料被破碎后，由TD250斗式提升機提升到3個DZSF-Ⅱ-90180三層自定中心震動篩篩分，篩下料、篩中料經流管送到顆粒料料倉存放，篩上料經流管送回到圓錐破碎機料倉繼續(xù)破碎。一部分篩下料和一部分篩上料通過流管直接進入2臺Ф1200×450管磨機磨細，產生的細粉由2臺TD250斗式提升機送到細粉料倉。同時一部分電熔鎂砂篩下料由B=500可逆帶式輸送機進入破粉碎車間一樓的管磨機供料倉，一部分進入另一個細粉料倉。電熔鎂砂顆粒配料后依次進入5臺600L混煉機，經15-20min的混練后，泥料倒入泥料灌，不合格泥料返回高速混練機重新混合。用橋式起重機將泥料罐吊到壓磚機供料倉，用6臺800噸摩擦壓磚機、5臺1000噸摩擦壓磚機和1臺液壓機進行成型，成型的廢品再經叉車送至混煉機中重新混合，成型后的磚坯放在干燥車上，分別用1.5噸手拖車和3噸電帶推桿拖車送到干燥工段的存放處等待干燥，采用隧道式電加熱干燥器干燥，干燥后等到磚坯冷卻進行揀選，不合格的磚坯用叉車送到原料倉庫的顎式破碎機內進行破碎，合格的磚坯由工人進行碼磚裝窯，合格的磚坯經包裝后存放在成品倉庫，用卡車運輸出廠。 鎂磚生產流程如圖2.1。 圖2.1 鎂磚的生產工藝流程 2.2.2 工藝流程論證 （1）原料倉庫. 工廠的選址距離原料產地較近，原料在倉庫存放時間較短，考慮到降低成本，嚴格根據理論計算進行倉庫設計，本設計的原料有電熔鎂砂97.5、電熔鎂砂96、石墨、酚醛樹脂、防氧化劑Al粉。為了防止原料的潮濕，原料倉庫采用單側封閉式卸料的方式，原料之間設有擋墻來防止原料混料。 （2）破碎工段 原料是經過推車送入顎式破碎機進行粗破，然后通過傳送帶到短頭圓錐破碎機細碎，接著通過振動篩篩分，篩上料返回圓錐破碎機再次破碎，篩下料進入各自料倉。生產中所需要的粉料通過管磨機進行磨粉。 （3）配料工段 生產時根據需要采用微機控制三斗稱量車進行自動稱料，自動化程度高，生產效率高，產品質量好。 （4）混料工段 濕碾機為間歇式混合設備，能使泥料混拌均勻、密實和使泥料具有一定可塑性。濕碾機是耐火材料生產廠采用的主要混合設備，用于半干法和多熟料制品的泥料混合。設備簡單，操作容易，維修方便；但是設備笨重，金屬磨損大，效率低，動力消耗大，出料不干凈。在濕碾機中混合時間不應少于250~300秒，間歇一般為50~80毫米。 （5）成型設備 成型設備應滿足磚坯組織致密和均勻，外型光潔整齊、無夾層及裂紋等要求。磚坯質量的優(yōu)劣除與顆粒配合及泥料的塑性等因素有關外，還取決于成型壓力與壓制工藝等因素。摩擦壓磚機機體結構簡單、維修方便、換模迅速以及設備較低，用于壓制磚型較大，外形復雜的磚。 （6）熱處理工段 選用電加熱干燥器，和燃料式干燥器相比，節(jié)能，環(huán)保，可以控制溫度，不會產生有害物質影響制品質量。由于產量比較大，本設計選用了7條電加熱隧道干燥器。 2.3 工藝參數 本設計的粒度配比見表2.4。  表2.4 鎂碳磚配料比 磚　　種 配　比 (%) 外加劑(%) 電熔鎂砂97.5 電熔鎂砂96 石墨 金屬鋁粉 酚醛樹脂 MT-14B 86 — 14 2 3 MT-18C — 82 18 2 3 本設計鎂碳磚生產的混合制度見表2.5。 表2.5 混合制度 磚 種 混　合　量(千克/次) 混合周期(分鐘) MT-14B 900 20 MT-18C 900 20 本設計鎂碳磚生產的干燥制度見表2.6。 表2.6 干燥制度 干燥器類型 長×寬×高 (mm) 數 量 (條) 干燥 裝磚 (kg/車) 干燥 時間 (h) 干燥 廢品率 (%) 熱風進 口溫度 (℃) 熱風 出口溫 (℃) 24500×1000×1650 7 1000 20 3 200 40~50 2.4 物料平衡計算 車間生產班制見表2.7。 制磚部分物料平衡計算參數見表2.8。  表2.7 生產班制表 序號 工段名稱 年工作日 日工作班制 班工作小時 1 原料倉庫 365 2 8 2 破粉碎 365 2 8 3 磨碎 365 2 8 4 配料 365 2 8 5 混合工段 365 2 8 6 成型工段 365 2 8 7 干燥工段 365 3 8  表2.8 物料平衡計算參數，% 計算參數 轉爐鎂碳磚 MT14B 轉爐鎂碳磚 MT18C 名稱 符號 干燥綜合廢品率 F2 3 3 泥料的循環(huán)混練量 F3 10 10 鎂碳磚的配比系數 K 1 1 石墨配比 P 14 18 石墨的灼減量 L2 0 0 石墨在原料倉庫中的水分 W2 0 0 配料時石墨的水分 W3 0 0 電熔鎂砂水分 W1 0 0 酚醛樹脂外加量 q1 3 3 金屬鋁粉的外加量 q2 2 2 原料加工、運輸損失（包括破粉碎、配料、混合成型工序） L3 2 2 管磨機加入量 q3 20 20 原料在倉庫中的存放損失 L1 0.5 0.5 干燥廢品回收率 T 95 95 換算系數 K1 K1=K K1=K 酚醛樹脂的貯運損失 L5 2 2 鋁粉貯運損失 L6 2 2  表2.9 MT-14B制磚部分物料平衡表 生產工序 項　　　目 符號 生產班制 日/班/時 物料量，噸 年 日 班 時 原料倉庫 原料倉庫總存放量 其中：電熔鎂砂97.5 回收廢磚坯 石墨 酚醛樹脂 金屬鋁粉 Q12 Q13 Q14 Q15 Q16 Q17 365/2/8 15858.80 13197.85 440.72 2220.23 473.39 315.59 43.45 36.16 1.21 6.08 1.30 0.86 21.72 18.08 0.60 3.04 0.65 0.43 2.72 2.26 0.075 0.38 0.08 0.054 破碎 總破碎量DMS97.5 Q10 365/2/8 13570.38 37.18 18.59 2.32 磨碎 總磨碎量DMS97.5 Q11 365/2/8 3155.90 8.65 4.32 0.54 配料 總配料量 其中：電熔鎂砂97.5 石墨 酚醛樹脂 金屬鋁粉 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 365/2/8 15463.92 13298.97 2164.95 463.92 309.28 42.37 36.44 5.93 1.27 0.85 21.18 18.22 2.97 0.64 0.42 2.65 2.28 0.37 0.079 0.053 混合 成型 總混合量 總成型量（指成型后的合格磚坯） Q4 Q3 365/2/8 17182.13 15463.92 47.07 42.37 23.54 21.18 2.94 2.65 干燥 成品庫 總干燥量 總成品量 Q2 Q1 365/3/8 15463.92 15000 42.37 41.10 14.12 13.70 1.77 1.71 MT-18C制磚部分物料平衡見表2.10。 表2.10 MT-18C 制磚部分物料平衡表 生產工序 項　　　目 符號 生產班制 日/班/時 物料量，噸 年 日 班 時 原料倉庫 原料倉庫總存放量 其中：電熔鎂砂96 回收廢磚坯 石墨 酚醛樹脂 金屬鋁粉 Q12 Q13 Q14 Q15 Q16 Q17 365/2/8 26431.34 20939.16 734.54 4757.64 788.98 525.98 72.41 58.58 2.01 13.03 2.16 1.44 36.21 29.29 1.01 6.52 1.08 0.72 4.53 3.66 0.126 0.815 0.135 0.090 破碎 總破碎量DMS96 Q10 365/2/8 21565.33 59.08 29.54 3.69 磨碎 總磨碎量DMS96 Q11 365/2/8 5259.84 14.41 7.21 0.90 配料 總配料量 其中：電熔鎂砂96 石墨 酚醛樹脂 金屬鋁粉 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 365/2/8 25773.20 21134.02 4639.18 773.20 515.46 70.61 57.90 12.71 2.12 1.41 35.31 28.95 6.36 1.06 0.71 4.41 3.62 0.79 0.132 0.088 混合 成型 總混合量 總成型量（指成型后的合格磚坯） Q4 Q3 365/2/8 28636.88 25773.20 78.46 70.61 39.23 35.31 4.90 4.41 干燥 成品庫 總干燥量 總成品量 Q2 Q1 365/3/8 25773.20 25000 70.61 68.49 23.54 22.83 2.94 2.85  MT-14B制磚部分物料平衡系數見表2.11。 表2.11 MT-14B 制磚部分物料平衡系數表 綜合成品率 97% 破、粉碎 總破、粉碎量 13570.38 原料倉庫 總存放量 15858.80 總磨粉量 3155.90 DMS97.5 13197.85 電熔鎂砂97.5與石墨比 6.14:1 廢磚廢坯 440.72 石墨 2220.23 總混合量 17182.13 外加酚醛樹脂 473.39 外加鋁粉 315.59 干燥 總干燥量 15463.92 配料 總配料量 15463.92 DMS97.5 13298.97 干燥廢品量 463.92 石墨 2164.95 總成型量（系指合格磚坯量） 15463.92 外加酚醛樹脂 463.92 鋁粉 309.28 配比系數（k值） 1  MT-18C制磚部分物料平衡系數見表2.12。 表2.12 MT-18C制磚部分物料平衡系數表 綜合成品率 97% 破、粉碎 總破、粉碎量 21565.33 原料倉庫 總存放量 26431.34 總磨粉量 5259.84 DMS96 20939.16 電熔鎂砂96與石墨比 4.401:1 廢磚廢坯 734.54 石墨 4757.64 總混合量 28636.88 外加酚醛樹脂 788.98 外加鋁粉 525.98 干燥 總干燥量 25773.20 配料 總配料量 25773.20 DMS96 21134.02 干燥廢品量 773.20 石墨 4639.18 總成型量（系指合格磚坯量） 25773.20 外加酚醛樹脂 773.20 鋁粉 515.46 配比系數（k值） 1 2.5 生產設備 根據設備的選型計算得到主機平衡表，見表2.13。 表2.13 主機平衡表 工序 名稱 設備及規(guī)格 產品 主機 作業(yè)率 （%） 　　生產能力（噸／時） 　　設備臺數（臺） 主機要求 產量 主機臺時 產量 要求主機 臺數 設計的 臺數 破碎 PEF250×400顎式破碎機 MT14B MT18C 80 2.905 4.616 12-15 0.242 0.385 1 粉碎 Ф900短頭圓錐破碎機 MT14B MT18C 60 3.873 6.154 4-4.5 0.968 1.539 3 磨碎 Φ1500×5700管磨機 MT14B MT18C 75 0.721 1.201 2.5-3 0.288 0.480 2 混合 600L高速混練機 MT14B MT18C 70 4.203 7.005 2.7 1.557 2.594 5 成型 800 噸摩擦壓磚機 1000噸摩擦壓磚機 1200噸液壓壓磚機 — 70 70 90 5.044 4.035 0.785 1 1