年产55000吨转炉炼钢用镁碳砖mt-14b和mt-18c生产车间设计

摘要镁碳砖是国际上新兴的耐火材料产品，镁碳砖具有高耐火性，良好的抗热震性、抗剥落、抗渣性。它的使用延长了炉衬的使用寿命，是一种广义的新型节能材料，各国都在大力开发镁碳砖生产技术。本设计是年产55000吨转炉炼钢用镁碳砖MT14B和MT18C生产车间设计，采用电熔镁砂和鳞片石墨为主要原料。研究镁碳砖的发展、性质、分生产工艺等，详细的叙述了本次设计产品的工艺流程，设备选取和布置。通过计算选取出生产过程中所需的主要设备，对辅助设备进行了合理的选则。本设计的主要特点是布局合理，成本低，生产工艺流畅。关键词镁碳砖，生产工艺，物料平衡计算ABSTRACTMAGNESIAREFRACTORIESISINTERNATIONALLYEMERGINGPRODUCTS,MAGNESIAWITHAHIGHFIRERESISTANCE,GOODTHERMALSHOCKRESISTANCE,SPALLING,SLAGRESISTANCEITSUSEEXTENDSTHELIFEOFTHELINING,ISABROADNEWENERGYSAVINGMATERIAL,COUNTRIESAREVIGOROUSLYDEVELOPINGMAGNESIAPRODUCTIONTECHNOLOGYMYTASKISAWORKSHOPDESIGNFORANNUALOUTPUTOF55,000TONSOFCONVERTERSTEELMAKINGBRICKSMT14B,ANDMT10A,USINGFUSEDMAGNESIAANDFLAKEGRAPHITEASTHEMAINRAWMATERIALTHEDESIGNSTUDYMAGNESIACARBONBRICKTHROUGHTHEDEVELOPMENTANDNATUREOFPRODUCTIONPROCESSES，ADETAILEDDESCRIPTIONOFTHISPROCESSOFPRODUCTDESIGN，EQUIPMENTSELECTIONANDLAYOUTCALCULATEDTOSELECTTHENECESSARYEQUIPMENTANDMATERIALSINVOLUMETHEMAINFEATURESOFTHISDESIGNISARATIONALLAYOUT，LOWCOSTPRODUCTION，PROCESSSMOOTHKEYWORDSMAGNESIACARBON,PROCESSDESIGN,WORKSHOPDESIGN目录1绪论111镁碳砖的发展历史及其应用1111镁碳砖的发展历史1112镁碳砖的应用1113镁碳砖的现状和发展前景512镁碳砖的分类、性能及其损毁机理5121镁碳砖的分类5122镁碳砖的性能9123镁碳砖的损毁机理102工艺部分1121生产工艺要点11211原料选择11212破粉碎15213筛分15214物料的贮存15215配料15216混练16217成型16218干燥16219成品仓库1622工艺流程17221工艺流程简述17222工艺流程论证1723工艺参数1924物料平衡计算2025生产设备2726仓库设施293生产技术检查系统说明3131检查内容3132检查方法3133检查制度324车间安装检修与维护措施335生产车间除尘及安全措施346本设计的主要特点35致谢36参考文献37附录381绪论11镁碳砖的发展历史及其应用111镁碳砖的发展历史自上世纪70年代起,镁碳砖行业不断发展。日本的渡边明等人首先研制成功了镁碳砖。1988年岛田康平等提出将高纯烧结镁砂制镁碳砖用于转炉上。同年,联邦德国的ARNOGARDZIELLA博士提出耐火制品中作为结合剂和碳形成剂的酚醛树脂的选择标准TADEUSZRYMONLIPINSKI等研究了吹氧转炉镁碳砖中金属添加物的反应。意大利的BDEBENEDETTI等研究了树脂结合镁碳砖的耐侵蚀性。1991年鹿野弘等对镁碳砖的透气性进行了一系列的研究。1992年GUNARKLOP等研究了不同碳含量及镁砂成分对镁碳砖微观结构的影响。1998年国外研究人员发现高粘性玻璃添加物可提高镁碳砖的抗氧化性和抗水化能力。我国于上世纪80年代开始研究镁碳砖,1991年黄向东等人对镁碳砖用结合剂合成工艺及性能进行了研究。1994年胡超群等使用镁碳砖代替原有材料作电弧炉内衬,提高了炉衬的使用寿命。1998年谢建明等研制出铝镁碳砖用沥青结合剂。1999年姚金甫等人研制出中间包等离子加热用导电镁碳砖,并投入实际应用1。112镁碳砖的应用镁碳砖广泛应用于转炉、电炉和钢包炉内衬以及钢包渣线等部分。图11是钢包结构示意图及各部位所用耐火材料见表11。图12是转炉结构示意图，表12是转炉使用的耐火材料2。表11钢包用耐火材料钢包部位渣线包壁包底包底用耐火材料用耐火材料镁碳砖铝镁碳砖低碳镁碳砖铝镁碳砖铝镁不烧砖铝镁浇注料铝镁碳砖铝镁浇注料刚玉尖晶石浇注料水口座砖透气砖透气座砖引流砂（铬矿硅石）渣线包壁耳轴包壳永久衬包底透气塞水口包沿图11钢包结构示意图2图12转炉结构示意图表12转炉工作衬各部分的性能要求及所用耐火材料部位要求炉口部位应砌筑具有较高抗热震性和抗渣性，耐熔渣和高温炉气冲刷，并不易粘钢。即使粘钢也易于清理的镁碳砖。炉帽部分应砌筑抗热震性和抗渣性能好的镁碳砖。主要用MT14B炉衬的装料侧除应具有较高抗渣性和高温强度外，还应耐热震性好。一般砌筑添加氧化剂的镁碳砖。主要用MT14A。炉衬的出钢侧受热震影响较小，但受钢水的热冲刷作用，采用与装料侧相同级别的镁碳砖，厚度可稍薄些。两侧耳轴部分除受吹炼过程的侵蚀外，其表面无渣层覆盖，因此衬砖中的碳极易被氧化，此外又不太好修补，所以侵蚀严重。主要用MT14A渣线部分这个部位与熔渣长时间接触，是受熔渣侵蚀的严重的部位。出钢侧渣线随出钢时间而变化，不够明显；但排渣侧，由于强烈的熔渣侵蚀作用，再加上吹炼过程中转炉腹部遭受的其他作用，这两种繁荣共同作用，侵蚀较为严重。主要用MT14A熔池部分在吹炼过程中虽然受钢水的冲蚀作用，但与其他部位相比，损伤较轻。主要用MT14B出钢口部分出钢口受高温钢水侵蚀和温度急剧变化的影响，损毁较为严重，因此应砌筑具有耐冲蚀性好，抗氧化性高的镁碳砖，一般产用整体镁碳砖，或组合砖的MT14A113镁碳砖的现状和发展前景我国镁碳砖的生产现状是以镁砂、石墨为基料，用树脂作结合剂复合而成的一种高效、节能的新型耐火材料。随着钢铁冶炼技术的发展，冶炼操作条件越来越苛刻，因此，对炉衬的质量要求也越来越高。我国的炼钢业今后主要发展顶底复吹氧气转炉和高功率电炉炼钢，因此，今后在炉衬材料方面也应该明确采用碳结合碱性材料为其发展方向。近年来，虽然在这方面做了大量工作，但还是处于发展的较低级阶段。继续对原使用的镁砂、石墨、结合剂等原材料进行综合研究，主要方向是以低碳和高强度碳的镁碳砖，以取得最佳的使用效果。12镁碳砖的分类、性能及其损毁机理镁碳砖是用镁砂加石墨的碳结合高温复合材料。由于石墨的存在,碳结合的镁碳砖提高和改进了镁砖的性能。镁碳砖对液态渣不浸润,比镁砖具有更良好的抗侵蚀性能。特别是具有镁砖不具备的,非常良好的抗渣性、抗热冲击性能,这是钢铁用耐火材料需要的最重要的性质。121镁碳砖的分类国标将目前生产的镁碳砖分为7类，含碳量为5、8、10、12、14、16、18。含碳量高，其抗氧化和抗浸蚀性能越好，这就是碳在镁碳砖中最重要的作用（见表13）3。含碳量增加到2530，强度降低，耐磨性差，但用在电弧炉和转炉耳轴部位时也取得较好的效果。每类又可以按镁砂MGO含量分级，每类又分A、B、C三种，因而共有21种牌号（见表14）4。表13三种含碳量不同的镁碳砖脱碳层深度化镁碳砖碳含量显气孔率碳含量热传导率WMK镁砂含量MGOSIO2含量脱碳层深度MM，1200下1小时未加石墨85330489905010510石墨8512011159810075220石墨85220182297301351表14不同牌号镁碳砖理化性能产品显气孔率/体积密度/G/CM3常温耐压强度/MPA高温抗折强度（1400,30MIN）WMGO/WC/MPAMT5A5031500850855MT5B6031000850845MT5C7030000845825MT8A4531200845828MT8B5030800845818MT8C6029800840798MT10A403100084068010MT10B45305008407910MT10C50300008357710MT12A403050084067812MT12B40302008357712MT12C45300008357512MT14A3530300840107614MT14B35298008357414MT14C40295008357214MT16A353000083587416MT16B35295008357216MT16C40290008307016MT18A3029700835107218MT18B35292008307018MT18C40287008306918以产品原料质量来划分，镁碳砖可分为高、中、低3档，如表155表15镁碳砖的划分品种主要原料高档镁碳砖大结晶电熔镁砂、98电熔镁砂、96以上天然鳞片石英中档镁碳砖97电熔镁砂、94以上天然鳞片石英抵挡镁碳砖重烧镁砂、高纯镁砂、94以上天然鳞片石英122镁碳砖的性能1低气孔率和密实结构砖越致密，气孔率越低。原料越纯，越能抗熔渣侵蚀，。电熔镁砂比烧结镁砂致密，方鎂石结晶较大，因而电熔镁砂耐化学腐蚀和氧化镁被还原蒸汽的性能得到改善。2抗热冲击性能镁碳砖具有良好的抗热冲击性能。从微观上来看，在于方鎂石和石墨膨胀不一致产生微小裂纹，宏观上却阻止了裂纹的发展。因为石墨和方镁石间结合比较弱，这就很容易设想裂纹将不能通过石墨，所以镁碳砖具有优良的抗热冲击性能。另外良好的热传导率，也是提高抗热冲击性能的一个因素。3热传导率镁碳砖热传导率较高，是其它砖的三到四倍，石墨的含量对热传导率大小有关。热传导率的提高提高了镁碳砖的热扩散率，提高了镁碳砖的抗热冲击性能。4抵抗钢水和渣侵蚀的性能石墨的润湿角大,使镁碳砖对钢水和渣不浸润。镁碳砖的热稳定性很好,使用时砖在热状态下砖缝连接得紧密,这些性质和条件使镁碳砖具有良好的耐浸蚀性能6。123镁碳砖的损毁机理镁碳砖对钢水和渣不浸润,工作面内没有明显的变质层。镁碳砖损毁的机理是由于受炉内FEO、CO2、O2的氧化脱碳作用。损毁过程是脱碳疏松腐蚀冲刷浸蚀。高碳镁砖含有较多的抗氧化的石墨，所以炉衬寿命长。镁碳砖在使用中要尽可能避免与空气中CO2、O2等气体产生气相接触脱碳。在使用时砖的背面应涂上防氧化层,或用砖料填充,以免背面氧化脱碳7。2工艺部分21生产工艺要点1原料要求镁碳砖是指以镁砂和石墨为主要原料生产的耐火制品。为了提高制品质量和抗侵蚀能力，本次设计生产中利用的是电熔镁砂。2颗粒组成颗粒组成确定的原则应符合最紧密堆积原理和有利于烧结。一般粗颗粒、中颗粒、细颗粒按照所需砖的要求科学配比，使镁碳砖的性能最大程度得到发挥，满足使用的需求。3配料将不同的颗粒组成的各种物料包括废砖、结合剂和添加剂等进行配料。在镁碳砖的制作中，除了电熔镁砂外，通常加入适量废砖，节约成本，也能使资源得到再利用。4混合目前混炼过程采用两类混炼设备高速混炼机、行星式混炼机或湿碾机。由于高速混炼机、行星式混炼机混出的料成分均匀，夹杂气体少，成型性能好，且设备对物料完全封闭，防尘性能好。因此本设计采用高速混炼机进行物料的混合。5成型首先要选择合适吨位的压力机。成型时要准确控制泥料重量、确保布料均匀，打击次数及轻重需要满足要求。镁砂是瘠性物料，且配料水分含量少，一般不会出现因空气被压缩而产生的过压废品，因此可采用高压成型。6干燥坯需经干燥车送入隧道干燥器在250300之间高温下作用,排除水分，物料与结合剂固化。镁碳砖一般不用烧成，工艺比较简单，可以节约能源，我国的镁砂和石墨资源比较丰富，所以镁碳砖在我国的生产数量和质量都在不断提高。211原料选择镁碳砖的主要原料包括烧结镁砂或电熔镁砂，鳞片状石墨，金属铝粉，以及有机结合剂酚醛树脂。1原料的选取1镁砂的选取优质镁砂原料的条件SIO22。在充分考虑上述因素后,镁碳砖选用方镁石结晶晶粒大、结合力强、杂质少的高氧化镁含量的镁砂作为主要原料,这种镁砂不仅能降低方镁石晶体被硅酸盐相分割程度,减少熔渣对晶界的侵蚀速度,还可以提高镁砂与石墨高温共存时的稳定性。此外,由于其体积密度大、结合力强,在镁砂加工过程中可得到边界棱角鲜明的颗粒,加强与基质的镶嵌结合,提高镁砂颗粒在镁碳砖中的稳定性。镁碳砖在生产过程中镁砂颗粒的大小非常关键,其蚀损过程大致为以下3个方面A方镁石颗粒与石墨在高温真空下产生固相反应如下MGOCMGCO生成的镁蒸汽和CO挥发。B方镁石颗粒被熔渣化学熔损,包括外来炉渣及镁砂杂质中的各类氧化物的熔损。C镁碳砖工作层基质氧化脱碳后,其结合强度降低。在炉渣的渗透及冲刷下,方镁石颗粒脱离砖体被冲刷裹进炉渣内8。2）石墨的选取镁碳砖的碳源选用石墨,碳钢液难润湿能防止炉渣向砖内浸入,有益于提高砖的抗侵蚀性。镁碳砖一般选用天然鳞片状石墨。鳞片状石墨的熔点在3700左右，其具有片层状的结构、导热率高以及热膨胀系数和弹性模量低等特点，是优秀的制备镁碳砖的碳素原料。石墨的鳞片厚度随纯度的提高而提高，抗氧化性能也随之提高，高温失重变小，但是其价格也就越高。在镁碳砖生产中需要根据实际的情况来确定石墨的用量和品质，选用的石墨应分为两个档次,易损部位如耳轴、渣线、装料侧的加长砖宜选用L197牌号石墨其他部位宜选用L195牌号石墨。对石墨中SIO2含量应控制在最低范围。镁碳砖的许多性能与石墨有密切的关系，随着石墨用量增加时，镁碳砖的热导系数和热稳定性提高了，但是体积密度、常温机械强度、热膨胀系数有所下降。3结合剂由于碳素材料的润湿性差，很难与镁砂形成高强度复合材料。结合剂是生产镁碳砖的关键材料。现在生产镁碳砖多数选用合成酚醛树脂作为结合剂。结合剂具备以下条件9A）常温下能保持适当的粘度和流动性,对镁砂和石墨有良好的润湿性和亲和性,不产生时效硬化。B）在热处理过程中能进一步聚合,使制品具有较高的强度C）在升温过程中应有较高的残碳性,并与其他碳素材料聚合,使制品有良好的高温性能。D）常温下硬化速度可以控制E）有害物质含量少，可改善作业环境4抗氧化剂镁碳砖的氧化脱碳是导致其蚀损的重要原因。镁碳砖脱碳后,造成了基质疏松、结合强度降低,被炉渣渗透熔损,镁砂骨料脱落。因此向镁碳砖中添加一些与氧的亲和力大于碳的粉末,可大大提高镁碳砖的抗氧化能力及高温强度。目前主要通过抗氧化剂金属铝粉，提高镁碳砖抗氧化性能。抗氧化机理A）金属铝粉与与氧反应，避免碳与氧反应B）新生成物相产生体积膨胀，封闭气孔，砖的致密度增高，阻止熔渣渗透。C）新生成物相在石墨和氧化镁间“搭桥”，使其形成牢固结构。抗氧化剂的加入量一般为16。212破粉碎1粗碎在原料仓库内内进行，减小粉碎工段的噪音，粗碎设备选用颚式破碎机。2粉碎用于制砖生产的原料，由于配料粒度组成要求，一般采用短头圆锥破碎机，其粒度组成较稳定。粉碎后的物料中间颗粒较少，有利于控制砖坯和制品的体积密度和强度。3细磨细磨粉的细度一般控制在小于0088MM的大于90，采用的细磨设备为管磨机。213筛分筛分就是利用多层的筛子把物料按需求进行分级。达到规格的筛下料根据不同的粒度进入相应的料仓，筛上料则是重返破粉碎工段重新破碎。震动筛按照所需要的物料粒度，颗粒粒度为53MM、31MM、10MM，规定筛网孔径大小，一般比临界粒度稍大些。筛子的倾斜角度也必须考虑，通常的倾角在15度到20度之间。214物料的贮存原料经过破粉碎、细磨、筛分后，一般则是存放在贮料仓内以供配料时使用。当物料进入料槽时，粗细颗粒开始分层，粗的颗粒滚到料槽的周边，细粉在卸料口中央部位。当物料卸料时，中间料先从卸料口流出，四周料下沉，而且分层流向中间，后从卸料口流出。215配料1镁碳质制品生产中采用多级配料，可获得较高的体积密度，特别是适当增大粗颗粒及细粉配比，相应减少中间颗粒的比例，可显著提高砖坯的致密程度。只有符合紧密堆积原理的颗粒组成，才可能获得致密的坯体结构。多级配料应满足“两头大中间小”原则，尽量减少中间颗粒。1镁砂的粒度比一般镁砖粗，这样可以减少镁砂粉的表面积，增加其化学稳定性，粗颗粒可采用805MM的颗粒65，石墨粉1822（粒度V丙88741米3所以DMS96用2堆L2取379米（3）MT14B用废砖坯堆放量Q15B672916吨/年MT18C用废砖坯堆放量Q15C1504166吨/年废砖坯每月堆放量Q（6729161504166）/12181424吨/月L3取6米（4）MT14B用石墨Q16B2542474吨/年MT18C用石墨Q16C6495066吨/年石墨每月堆放量Q（25424746495066）/12753128吨/月L4取6米（5）MT14B用酚醛树脂堆放量Q17B722789吨/年MT18C用酚醛树脂堆放量Q17C1211734吨/年酚醛树脂每月堆放量Q（7227891211734）/12161210吨/月L6取6米（6）MT14B用铝粉堆放量Q18B722789吨/年MT18C用铝粉堆放量Q18C1211734吨/年铝粉每月堆放量Q（7227891211734）/12161210吨/月L5取6米6，仓库的总长度LL1L2L3L4L5L6NF2L端N料堆间隔数目，N5F料堆间的距离，料堆间设隔离墙，F1米L端仓库端部无效区，1端0米LL1L2L3L4L5L6NF2L1895379666651208585米原料仓库长为90米，宽为24米四破粉碎混合设备的选择计算1颚式破碎机的选择主机要求产量GNGY/K1K2K3吨/小时K18小时/班，K22班/天，K3365天/年，主机作业率80GYMT14B破碎镁砂DMS975Q11B15539966吨/年MT18C破碎镁砂DMS96Q11C33928571吨/年GNB15539966/82365083326吨/小时GNC33928571/82365087262吨/小时主要设备规格颚式破碎机PEF250400,生产能力1215吨/小时设备台数NBGNB/123326/120277NCGNC/127262/120605PEF250400颚式破碎机取1台2圆锥破碎机的选择主机要求产量GNGY/K1K2K3吨/小时K18小时/班，K22班/天，K3365天/年，主机作业率6070GYMT14B破碎镁砂DMS975Q11B15539966吨/年MT18C破碎镁砂DMS96Q11C33928571吨/年GNB15539966/82365064435吨/小时GNC33928571/82365069683吨/小时选择设备规格900短头圆锥破碎机，生产能力445吨/小时设备台数NBGNB/44435/41109NCGNC/49683/42421900短头圆锥破碎机取4个3管磨机主机要求产量GNGY/K1K2K3吨/小时K18小时/班，K22班/天，K3365天/年，主机作业率75GYMT14B总磨碎量DMS975Q12B3613946吨/年MT18C总磨碎量DMS96Q12C8078231吨/年GNB3613946/823650750825吨/小时GNC8078231/823650751844吨/小时选择设备规格15005700管磨机生产能力2530吨/小时设备台数NBGNB/250825/25033NCGNC/251844/25073815005700管磨机取2台4混练机主机要求产量GNGY/K1K2K3吨/小时K1小时/班，K2班/天，K3365天/年，主机作业率70GYMT14B总磨碎量DMS975Q12B19675927吨/年MT18C总磨碎量DMS96Q12C43981481吨/年GNB19675927/82365074813吨/小时GNC43981481/823650710759吨/小时选择设备规格600L高速混练机，混合能力27吨/小时设备台数NBGNB/274813/271783NCGNC/2710759/273985600L高速混练机取6台五成型设备选择计算压砖机类型单位时间产量压砖机效率砖型所占百分数重量吨单重（KG）普通摩擦压砖机800T09吨/小时70350150/105755028645833吨121普通摩擦压砖机1000T1吨/小时70450165/1151004022916666吨222液压机1200T1吨/小时90850195/1351001057729167吨492成型设备的产量GH台QM1F/T普通摩擦压砖机800吨生产能力GN2701吨/小时GY2K1K2K37086543N2701GN2107800吨生产能力取8台普通摩擦压砖机1000吨生产能力GN3561吨/小时GY3K1K2K370826591N3561GN310651000T生产能力取6台液压机1200T生产能力GN21098吨/小时GY2K1K2K309865711200T生产能力取1台压砖机共15台,其中普通摩擦压砖机800T的8台1000T的6台；液压机取1台六干燥工段的计算隧道干燥窑数量计算制品全为镁碳砖，干燥制度相同，所以选用隧道窑干燥器并且在同一条干燥窑中干燥，所以在计算的时候将小时干燥量加起来以便节约成本。类型长宽高MM取24500120016501隧道式干燥器条数计算N1G0Z1G0N0式中N1隧道干燥器的数量（条）G0要求干燥砖坯的重量（吨/小时）Z1砖坯要求干燥时间（小时），取16小时G0干燥车要求装砖坯量1吨/辆N0一条干燥窑容纳车辆数，取20辆要求产量GNGY/K1K2K3吨/小时K18小时/班，K23班/天，K33