建造还原铁矿的流化床还原炉中穹隆结构部分的耐火组合物

摘要

本发明涉及一种耐火组合物，其用于建造炼铁新方法FINEX法中还原铁矿粉的流化床还原炉的穹隆结构部分，因而可浇铸耐火材料具有耐腐蚀性以使其在还原性气体氛围中保持化学稳定性，并具有耐热冲击性和高机械强度。为了达到目的，该耐火组合物包括1.5-2.5wt％的二氧化硅SiO

说明书

本申请为以下申请的分案申请：申请号为2004800240584、提交日为2004年8月20日、发明名称为建造还原铁矿的流化床还原炉中穹隆结构部分的耐火组合物。

技术领域

本发明涉及一种耐火材料，其用于建造还原铁矿粉的流化床还原炉中的穹隆结构部分，更具体地，本发明涉及一种耐火组合物，其具有高强度、优良耐磨性、耐受还原性气体的优良耐化学品性、优良的耐热冲击性和优良可加工性，用于建造FINEX法中采用的流化床还原炉中的穹隆结构部分。

背景技术

在现代钢制造业中，采用对首先制成的熔融铁进行脱碳处理来制造钢的间接方法。熔融铁是采用高炉法制造的，其中采用焦炭作为燃料。

图1是采用高炉法制造铁的方法的示意图，其中当采用由火焰煤制得的焦炭作为燃料时，铁矿石经过预处理工艺，对铁矿石进行粉碎、精选、将铁矿粉压制成块、烧结而成硬球状，该硬球是具有可装入高炉中的预定尺寸的团块。将该硬球和焦炭装入高炉中，进行焙烧以获得熔融铁。

尽管高炉法是目前大规模制造铁的最好炼铁方法，但高炉法由于工艺复杂以及要求额外的单独大规模设备用于烧结和制造焦炭而具有成本高的特点，而且也导致了从烧结铁矿和焦炭制造工艺中释放出硫的氧化物SO_x，氮化物NO_x，二氧化碳CO₂等环境污染物的问题。

韩国炼钢公司POSCO开发了一种设备，其中高炉法这一制造方法被转变为直接通过流化反应还原天然状态的铁矿粉而无需对铁矿石和焦炭进行预处理，其专利的韩国专利申请号为10-1995-41931，韩国专利登记号为10-236160，该方法被称为FINEX法，该设备已建成并于近期投入了测试操作。

图2是将本发明应用其中的炼铁方法FINEX法的示意图，而图3则是图2中流化床还原炉的放大图。FINEX法是用于经济地制造熔融铁的一种新型的铁生产方法，其中铁矿粉通过流化床还原炉1的多个分段逐步被还原，并与粒径为8-50mm的煤块一起装入到熔炉3中以形成熔融铁，其中粒径为约8mm的铁矿粉经过流化床还原炉1的多个分段而转变为被还原的铁矿，形成了颗粒(HCI；Hot Compact Iron)，然后被装入熔炉中。

带有封闭穹隆结构部分4的流化床还原炉在流化床还原炉内部设有柱(cloumn，未示出)上支撑的分配板(distribution plate)2。分配板是用于向流化床还原炉内均匀分配高压、高温的还原性气体以流化和还原铁矿粉的装置，分配板具有多个通孔用于穿透气体。

流化床还原炉的穹隆结构部分4可通过将耐火材料附着在穹隆结构框架上而形成，由于耐火材料不能直接被引入流化床还原炉内部，耐火材料需要通过流化床还原炉的喷射器进行喷射。需要喷射器的耐火构造足以稳定，即使在高压、高温的还原性气体氛围中，在快速升降温度时也能耐受。

因此，由喷射器喷射出并用来建造流化床还原炉1中穹隆结构4的耐火材料是一种具有耐化学品性、尤其具有抗CO气体的耐腐蚀性、耐热冲击性和高机械强度的材料。

由于FINEX法的设备是世界上的首台设备，相关技术中还没有用于建造穹隆结构部分4的材料。然而，在试验型设备中使用了高氧化铝含量的可铸材料，但该耐火材料在工作期间由于对CO气体的耐受性差以及耐热冲击性低而导致收缩方面的问题，并产生许多裂纹而脱离。

因此，由于反应炉不是用于小型实验的设备，而是用于每年生产一百万吨的大规模商业化生产的设备，因此要求穹隆结构部分4的材料在工作温度600-1000℃附近时不与还原性气体和铁矿中的各种成分发生化学反应，在高温、高速的铁矿粉流化条件下具有优良的耐磨性，具有良好的耐热冲击性足以耐受以间歇操作方式进行重操作之后的快速升温和降温。

此外，流化床还原炉1的穹隆部分4不能以耐热状态完全在炉1外部的某一处形成，再根据设计的结构安装到炉1上，而是通过将耐热材料粘附到穹隆结构4的穹隆框架上形成。因此，需要耐热材料的可加工性能确保该材料的非固定形式能被喷射器喷射出，并且对于穹隆结构这样的大型构造，即使在建造之后的固化和干燥过程中结构不会发生变形，或在建造期间结构不会发生爆裂。

由于工作条件苛刻，尤其是由快速升降温度而导致的热冲击性，对于非试验性设备的商业化设备而言，应可被预见用于建造穹隆结构部分的材料需要满足产品的如下设计标准：结构密度低于2.55，工作温度下的耐干压强度为750kg/cm²或更高，高于30％的孔隙率，CO气体耐受性高于ASTMC288的A-B级。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种用于建造流化床反应炉中穹隆结构部分的耐火组合物，其不同于相关领域的试验性耐火组合物，当具有宽范围颗粒粒径分布的铁矿粉在流化床还原炉的多分段中逐步被还原时，该组合物具有耐腐蚀性以使处于还原性气体氛围中时仍保持化学性质的稳定性，并具有耐热冲击性和机械强度。

本发明的目的可通过提供用于建造还原铁矿粉的流化床还原炉中穹隆结构的耐火组合物而实现，该耐火组合物包括1.5-2.5wt％的二氧化硅SiO₂，低于0.05wt％的Fe₂O₃，8-11wt％的CaO以及余量的氧化铝Al₂O₃，从而制成100wt％耐火组合物。

Fe₂O₃的添加是用于获得对CO气体的耐受性，优选Fe₂O₃的含量为0.01～0.05wt％。由于很多材料中都含有杂质Fe₂O₃，实际上不可能将Fe₂O₃控制在0.01wt％以下。另外，当Fe₂O₃的含量大于0.05wt％时，结构可能会加快退化，因而不利于使流化床还原炉使用五年以上。

附图说明

用于进一步理解本发明的附图并结合解释本发明原理的说明对本发明的实施方式进行阐释。图中：

图1是示出采用高炉法制造铁的方法的示意图；

图2是示出应用了本发明的FINEX法制造铁的工艺示意图；

图3是图2中流化床还原炉的放大视图。

最佳实施方式

本发明的最终耐火组合物具有1.5-2.5wt％的二氧化硅SiO₂，低于0.05wt％的Fe₂O₃，8-11wt％的CaO以及余量的氧化铝Al₂O₃，从而制成100wt％耐火组合物。其中二氧化硅SiO₂和Fe₂O₃的含量被限定为能确保组合物的可加工性和对CO气体的耐受性，因为当SiO₂含量低于1.5wt％时，由于缺少二氧化硅成分，通过利用喷射枪喷射的可操作性则变差，高温和高压下对CO气体的耐受性也变差，或在高温时出现烧结收缩现象，当SiO₂含量高于2.5wt％时，耐热冲击性下降。Fe₂O₃的添加是用于获得对CO气体的耐受性，优选其含量低于0.05wt％。

CaO是材料中所含的CaO含量，如当采用氧化铝水泥时。低于8wt％的CaO会导致不能确保可加工性(即，无论采用何种水泥或无论采用何种原材料中的CaO)，结果会导致结构中附着率的降低，导致回弹损耗(rebound loss)的增加，而不能确保所需强度。

高于11wt％的CaO含量会导致氧化铝Al₂O₃含量的降度，从而引起高温下的强度下降，致使耐热冲击性变差，即使是可加工性和强度都可得到保证。

作为主要成分的氧化铝Al₂O₃，可采用烧结的或熔融的氧化铝，由于应用于本发明的流化床还原炉1被用于强还原性环境中，优选氧化铝的含量高于95％。

对于整个100wt％的组合物，主要成分氧化铝的含量不宜太低，这将会增加其它次要成分的含量(除主要成分以外的其余成分)，从而难以获得上述性能，并且CaO含量的增加会使强度下降，与之相反，如果主要成分氧化铝的含量太高，会相对减少其它组成的含量，从而难以获得所述性能，并使密度增加，孔隙率下降到低于30％。

本发明的耐火组合物，这种用于建造还原铁矿粉的流化床还原炉1中穹隆结构部分4的材料，是一种以氧化铝为基础的耐火组合物，其具有结构密度低于2.55，1000℃时的孔隙率为30％或更高，耐干压强度为750kg/cm²或更高，穹隆结构回弹损耗低于10％，CO气体的耐受性为ASTMC288的A-B级或更高。

下表1示出用于建造FINEX法的流化床还原炉中穹隆结构部分的耐火组合物应用到试验性设备(比较实施例)和商业化设备(实施例)中的比较。

表1

在建造流化床还原炉1中穹隆结构部分4时采用的喷射本发明耐火组合物的喷射器具有排气压2kg/cm²，排水压2kg/cm²或更高。

工业应用性

由于从本发明的耐火组合物获得的以氧化铝为基础的耐火材料能确保基础设计所需的可加工性，并具有1000℃时30％或更高的孔隙率，耐干压强度为750kg/cm²或更高，回弹损耗为10％或更低，CO气体耐受性为ASTM C288的A-B级，耐火组合物建造的流化床还原炉的穹隆结构部分防止了固化或建造过程中的结构变形或建造期间的爆裂，并具有耐腐蚀性以使处于还原性气体环境中时仍保持化学性质的稳定，还具有耐热冲击性和高机械强度，因此具有很高的工业实用性。

对本领域技术人员显而易见的是，可对本发明进行各种润饰和改变而不偏离本发明的精神或范围。因此，本发明意欲覆盖本发明的各种润饰和改变，条件是这些润饰和改变落入后附的权利要求和其等价物的范围内。