风口是高炉炼铁生产的关键部件，一旦风口损坏或出现问题高炉就必须休风停止生产。如果处理不及时，极易引发安全或生产事故，给企业的生产造成极大影响。所以，高炉冶炼工作者对高炉风口的选材、制造、安全性和使用寿命等方面都极为关注。高炉冶炼时为提高炉温、降低能耗需将空气经热风炉预热后再进入高炉，风口是热风(空气)的必经通道。为保证风温、降低热量在风口处的损失，节约能源，研制节能型风口具有重要意义。 本文结合XRD、SEM、EDS、EPMA和抗热冲击性能检测等测试方法以及热力学计算，对铜基原位燃烧合成陶瓷层的制备工艺及制得的铜基复合陶瓷层材料的性能进行了研究；在此基础上设计和制造了高炉新型节能风口，对风口结构进行了优化，并将新型节能风口在鞍钢7号、9号、11号高炉的生产过程中实际应用，取得良好的效果。 假设燃烧合成反应在绝热条件下进行，以CrO3为配料中的激活剂，热力学计算得到绝热燃烧温度Tad=2167.98K。以Cr2O3为配料中的激活剂，热力学计算得到绝热燃烧温度Tad=1937.83K。根据Merzhanov等人的经验判据，绝热燃烧温度Tad＞1800K，SHS反应引发后就能够继续维持，不用外界在提供能量。因此上述配料能够保证SHS反应进行。 采用两种方案在铜管内表面复合陶瓷层。一种是用原位自蔓延合成法直接在铜管的内表面复合陶瓷层；一种是用化学镀法在铜管内表面镀上一层金属镍，然后再采用原位自蔓延合成法在铜管内镍镀层表面复合陶瓷层。 经XRD、SEM、EDS、EPMA和抗热冲击性能检测等测试方法对制得的陶瓷材料进行检测。结果表明，第一种方案所得陶瓷层主晶相为α-Al2O3，副晶相为FeO·Al2O3，陶瓷晶间还存在有少量金属铁单质。第二种方案所得陶瓷层除α-Al2O3、FeO·Al2O3外还用多种杂相。陶瓷层与铜管之间结合良好，没有明显的裂缝存在。由于陶瓷与铜之间有相互渗透，陶瓷层与铜管之间的结合方式除机械结合之外，还有一定程度的化学结合。镀镍铜管与陶瓷层的结合较不镀镍铜管与陶瓷层的结合强，这是镀镍层起的作用。但镀镍铜管复合的陶瓷层局部有微小裂纹。而不镀镍铜管复合的陶瓷层缓冷无裂纹，在900℃急冷至室温，反复5次才出现裂纹，裂纹呈网状分布。经14次反复加热急冷，陶瓷层才完全脱落；不镀镍钢管抗热冲击能力较镀镍钢管强。 设计了三种新型节能高炉风口，优化了风口结构。根据热平衡进行了节能效益分析。结果表明，具有良好的节能效果。根据优化的高炉节能风口结构，制备了复合铜材质风口，应用原位自蔓延合成法，在铜风口内壁生成与铜基材结合的陶瓷层。 制备出铜—陶瓷层结合的节能风口。采用压模结合捣固烧结的方法在铜质风口内表面结合一层耐火材料，再通过原位自蔓延高温合成法在耐火材料层表面生成陶瓷层，制备了铜—捣固耐火材料层—陶瓷层结合的高能风口。 测试了陶瓷层的耐压强度、体积密度、气孔率、导热率、化学成分、物相组成及表面形貌。 将制得的两种风口分别在鞍山钢铁公司7号、9号和11号高炉进行了实际应用。实验结果表明，这两种风口较单纯的铜风口具有更长的寿命和显著的节能作用。
- 作 者：
- 黄晓煜
- 学科专业：
- 冶金物理化学
- 授予学位：
- 博士
- 学位授予单位：
- 东北大学
- 导师姓名：
- 翟玉春
- 学位年度：
- 2006
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
