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    首页>科技信息>新技术>高炉炉缸用耐火材料重要的技术指标-热导率 打印本页】【关闭窗口

    高炉炉缸用耐火材料重要的技术指标-热导率

     发布人:中国镁质材料网    发布时间:2020-01-22【字体:

    热导率是炉缸用耐火材料的最重要性能之一,即使耐火材料具备较高的抗侵蚀性,也只能减缓侵蚀速率,如目前应用较广的陶瓷杯结构,也会在炉役后期完全被侵蚀。因此,在耐火材料表面形成保护层是延长炉缸寿命的正确理念。

    炭砖和刚玉质砖的导热分别由石墨晶格振动和Al2O3晶格振动决定,而碳复合砖的导热由石墨晶格振动与A12O3晶格振动共同决定。从表1可以看出:

    (1)炭砖的热导率与刚玉质砖的热导率相差比较大。这是因为碳晶格振动的导热能力强于A12O3晶格的导热能力。

    (2)炭砖和刚玉质砖的热导率大致随温度增加而增加。因为对单一材料或振动频率相同的复合材料,随温度升高,声子运动加强,所以热导系数增大。

    (3)碳复合砖的热导率随温度增加而减小,这是由于碳与A12O3声子振动频率不同,声子间的相互作用或碰撞加强,对平衡位置的偏移加强,引起的散射加剧,从而使导热载体声子的平均自由程减小,从而导致热导率随温度升高而下降。

    表1 国内外典型高炉耐火材料热导率

    若炉缸内部形成保护层,就需要将1150℃铁水凝固线推至砖衬热面以外,根据传热学知识,可以计算形成保护层砖衬所需的最小热导率。计算的初始数据如下:冷却水流速v取1.5m/s,水的密度取1000kg/m3,冷却壁水管内径厚度取65mm,冷却水比热容取4186J/(kg·℃),水温差Δt取0.3℃,每块冷却壁面积取1.91m2,每块冷却壁上有4条冷却管道。通过式(1)可以计算热流强度,计算得到热流强度为13.1kW/m2

    q=4×cmΔt/A=4×cpπd2/4vΔt=cpπd2vΔt/A(1)

    式中:c为冷却水的比热容,J/(kg·℃);m为每秒每根水管流过的冷却水质量,kg/s;Δt为冷却水冷却前后温差,℃;ρ为冷却水的密度,kg/m3;d为冷却水管道直径,m;A为每块冷却壁的面积,m2;v为冷却水流速,m/s。

    根据热流强度与总热阻的关系,可以计算出总热阻R为0.086(m2·K)/W,铁水温度Tw取1423K(1150℃),冷却水温度Tm为303K(30℃)。计算公式为

    q=TW-TM/R(2)

    式中:Tw为铁水温度,K;Tm为冷却水温度,K;R为近似总热阻,(m2·K)/W。

    炉缸部位传热由铁水对流换热、砖衬导热、捣打料导热、冷却壁导热、冷却水对流换热5部分组成,由于捣打料和冷却壁的热导率较大,因此考虑炉缸传热热阻时,总热阻可近似由铁水对流换热、砖衬导热和冷却水对流换热3部分组成。铁水与耐火材料的对流传热系数取75W/(m2·K),水与管壁间对流传热系数取7016W/(m2·K),砖衬厚度L取1m,总热阻可写为

    R=1/α1+L/λ+1/α2(3)

    式中:α1为铁水对砖衬的对流换热系数,W/(m2·K);L为砖衬厚度,m;λ为砖衬的热导率,W/(m·K);α2为冷却水对壁管的对流换热系数,W/(m2·K)。

    通过式(3)可以求出砖衬的热导率λ为13.865W/(m·K)。因此,只要炉缸耐火材料的热导率近似或大于13.865W/(m·K),就可以将1150℃铁水凝固线推至砖衬热面外部。美国NMA炭砖和碳复合砖均符合这一要求。


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