年产40000吨镁碳砖生产车间设计说明书.docx

年产40000吨镁碳砖生产车间设计摘 要我国是钢铁生产大国，也是耐火材料需求大国。全国仅冶金企业年耗耐火材料价值就达300多亿元，可见耐火行业在钢铁行业的发展中起着举足轻重的地位。由于具有独特的性能,例如热导率高、热膨胀低、抗热震性能好、与渣接触化学活性小,因而镁碳质耐火材料被广泛应用于转炉、电炉、钢包等领域。本设计是对年产40000吨转炉镁碳砖生产车间MT-14B和MT-18C产品的设计，本设计在叙述镁碳砖的发展历史、应用、使用条件、损毁机理及生产工艺流程的基础上，详细论述了镁碳砖生产的工艺理论基础，并对各工序的设备选择和工艺布置进行了论证。对各工序所需处理的物料量和机械设备进行了平衡计算以及对设备合理的选择。本设计的主要特点是布局合理，工艺流畅并考虑扩大生产的需要，对废砖坯进行回收处理利用，降低成本。关键词：镁碳砖；生产工艺；车间设计AbstractChina is a big steel production country, at the same time, its 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. Its 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. Whats 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 录摘要IAbstractII1 绪论11.1 镁碳砖的发展历史及其应用11.1.1 镁碳砖的发展历史11.1.2 镁碳砖的应用11.2 镁碳砖的分类、性能及其损毁机理41.2.1 镁碳砖的分类41.2.2 镁碳砖的性能61.2.3 镁碳砖的损毁机理71.3 镁碳砖的现状及发展前景81.3.1 镁碳砖的现状81.3.2 镁碳砖的发展前景82 工艺部分92.1 生产工艺要点92.1.1 原料选择102.1.2 破粉碎132.1.3 筛分132.1.4 物料的贮存132.1.5 配料142.1.6 混练142.1.7 成型152.1.8 干燥152.1.9 检选152.1.10 成品仓库162.2 工艺流程162.2.1 工艺流程简述162.2.2 工艺流程论证172.3 工艺参数182.4 物料平衡计算192.5 生产设备252.6 仓库设施263 生产技术检查系统说明293.1 检查内容293.2 检查方法293.3 检查制度304 车间安装、检修与维护措施315 生产车间除尘及安全措施326 本设计的主要特点33致谢34参考文献35附录36一、MT-14B转炉镁碳砖15000吨/年36二、MT-18C转炉镁碳砖25000吨/年40三、原料仓库的选择计算43四、破粉碎混合设备的选择计算45五、成型设备选择计算48六、干燥工段的计算49七、成品仓库的计算51八、镁碳砖各工段处理量总计511 绪论1.1 镁碳砖的发展历史及其应用1.1.1 镁碳砖的发展历史 镁碳砖发展历史悠久，早在1938年Steetley公司与美国人Chesney合作建立了耐火材料工业的第一个工厂，Chesney指出可从海水与白云石中提取具有竞争价格的耐火氧化镁。自20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Arno Gardziella 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； Tadeusz Rymon Lipinski等 研究了吹氧转炉镁碳砖中金属添加物的反应。意大利的 B.DE Benedetti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Gunar Klop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。我国在1980前后年开始研究含碳耐火材料2，并被列入国家“七五”(1985-1989)科技攻关项目。1987年鞍钢三炼钢厂在转炉上试用MgO-C砖后，仅用一年时间就超额完成了“七五”转炉炉龄达千次的攻关目标。随着冶炼技术的进步对耐火材料的新要求，低碳镁碳耐火材料成为镁碳耐火材料新的发展热点。低碳MgO-C砖一般是指总含碳量不超过8%、由镁砂与石墨通过有机结合剂结合而成的MgO-C砖，降低碳含量可明显降低材料的热导率3。1.1.2 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1.1（a、b）是转炉结构示意图。图1.2是钢包、电炉结构示意图。表1.1是钢包用耐火材料。表1.2是转炉使用的耐火材料4。钢包部位渣线包壁包底类型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表 1.1 钢包用耐火材料图1.1（a） 转炉结构示意图图1.1（b） 转炉结构示意图图1.2 钢包示意图（左）电炉示意图（右）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及炉帽部分添加最佳数量的防氧化剂,选用含碳约13的树脂结合MgO-C砖,使锥体部较易挂上渣皮，锥体下部选C量15左右的MgO-C砖。炉衬的装料侧以适当的镁砂原料（配入一定数量的高纯烧结砂）和鳞片石墨，选用最佳的铝粉添加剂，C量15左右，利用Al的反应改进砖的组织结构和高温强度。炉衬的出钢侧选用电熔镁砂和鳞片石墨为主要原料,C量15左右，高的抗机械磨损。两侧耳轴部分选用大结晶电熔镁砂和高纯鳞片石墨为主要原料；添加Al、Al-Mg合金为抗化剂；强化高温强度和降低气孔率措施，增强砖的抗氧化性。渣线部分以大结晶电熔镁砂和高纯鳞片石墨为主要原料，C量17%左右；强化基质，添加适当抗氧化剂；使镁砂颗粒细化。炉底风眼C量2025%改善耐剥落性；添加金属碳化物和氧化物如ZrO2强化砖的耐剥落性及及抗化性；砖的致密度高。炉底及周边高强度，C量1015%；不加金属粉末抗氧化剂。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。1.2 镁碳砖的分类、性能及其损毁机理镁碳砖是以氧化镁和碳为主要成分的耐火材料。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。它具有优良的抗渣侵蚀性、熔渣渗透性、热震稳定性和导热性。主要用于炼钢氧化转炉的炉衬、出钢口，高功率电炉炉墙热点部位，以及炉外精炼炉内衬、盛钢桶渣线部位等。1.2.1 镁碳砖的分类根据碳含量不同,镁碳质耐火材料被分为三种类型：(1) 烧成含碳镁砖（2%碳）；(2) 碳结合镁砖（7%碳）。根据镁碳砖中碳含量的不同，又可将镁碳砖分为7类，含碳量为5%、8%、10%、12%、14%、16%、18%。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1.3）5。表1.3 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/MPa（1400,30min）w(MgO)/%w(C)/%MT-5A5.03.150.0850855MT-5B6.03.100.0850845MT-5C7.03.000.0845825MT-8A4.53.120.0845828MT-8B5.03.080.0845818MT-8C6.02.980.0840798MT-10A4.03.100.084068010MT-10B4.53.050.08407910MT-10C5.03.000.08357710MT-12A4.03.050.084067812MT-12B4.03.020.08357712MT-12C4.53.000.08357512MT-14A3.53.030.0840107614MT-14B3.52.980.08357414MT-14C4.02.950.08357214MT-16A3.53.000.083587416MT-16B3.52.950.08357216MT-16C4.02.900.08307016MT-18A3.02.970.0835107218MT-18B3.52.920.08307018MT-18C4.02.870.08306918以原料质量来划分，镁碳砖分为高档镁碳砖、中档镁碳砖、低档镁碳砖，见表1.4。表1.4 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以上天然鳞片石英低档镁碳砖重烧镁砂、高纯镁砂、94以上天然鳞片石英基于结合剂的不同耐火材料分为以下两种类型： (1)添加了抗氧化剂的沥青结合砖(碳含量最大为15%)，随后进行真空沥青浸渍,特殊情况下还浸渍两次； (2)添加了抗氧化剂(Al、Si、Mg、AlMg、B4C)的、用合成树脂做结合剂的砖(碳含量达25%)。1.2.2 镁碳砖的性能镁碳砖是一种不烧制品，其理化指标为：MgO7085，C 1020，显气孔率3，体积密度2.87-3.15g/cm3，耐压强度4050MPa，1400抗折强度1015MPa。影响镁碳砖性能的工艺因素主要有原料、结合剂、添加剂等。因为碳或石墨与熔融金属之间的界面张力小，故大多数熔融材料不能润湿碳和石墨。它们具有极好的抗热震性能,同时当被加热时它们的强度增加。2500时石墨的抗拉强度约是室温时抗拉强度的两倍,它在室温时的抗拉强度是每平方英寸2000磅。有一个范围,在这个范围内碳和石墨的导电率、导热率、低膨胀系数等性能从较好变为极好。它们的抗热震性足够满足常规应用。尽管碳具有好的导热率、抗热震性能,但在高于400的氧化性气氛下,它易于受到氧气、水蒸汽、CO2的侵蚀,故它的使用受到限制。碳质耐火材料的结合剂灰分应尽量低、收得率较高。焦油、煤焦油、焦油沥青是作为碳源和耐火砖结合剂的最普通材料,他们得到了长期应用。由于此类材料处理时存在潜在的健康危险和有害的高温分解产品，用酚醛树脂来替代焦油、煤焦油和煤焦油沥青。它具有热固性性能,高温炭化过程时发生裂解且碳收得率高。酚醛树脂因具有良好的可塑性、成型性能、经济实惠等特点而被广泛用于镁碳砖。 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。1.2.3 镁碳砖的损毁机理镁碳砖剥落损毁的原因被认定为急冷急热造成的热冲击所产生的热应力和由于结构上的不均衡性所产生的机械应力的结果。造成镁碳砖的损坏有6个方面的因素：1) 碳砖在生铁中的分解；2) 氧化钾发生沉积并往砖内900温度区迁移,与碳晶相反应,也就是与莫来石、石英反应生成六方钾霞石和白榴石。这些反应伴有体积增大发生,导致砖的织构被破坏。钾进一步沉积及C8K、C24K、C60K等碳化钾化合物的形成引起了碳砖产生剥落和分解；3) 砖内MnO沉积并在高于1200的情况下与飞灰混合物反应形成铝镁硅酸盐,结果降低了砖的弹性模量；4) 高炉关炉时，沉积的ZnO与碳砖的结合相反应对砖造成破坏，形成正硅酸锌(2ZnOSi02)或铝酸锌；5) 水蒸汽对碳的氧化;6) 内衬存在的压力导致的热应力。镁碳砖使用过程中，石墨非常容易被氧化，它的氧化有三种原因：1) 空气中氧对石墨的氧化； 2) 渣中氧化物对石墨的氧化； 3) 石墨本身所含杂质氧化物对石墨的氧化。这些氧化物主要指SiO2和Fe2O3。镁碳砖中杂质氧化物和石墨反应后，造成砖体结构疏松，透气性增大、强度下降，这是镁碳砖损毁的内因。石墨中的灰分严重影响着MgO-C砖的使用性能。灰分在1600 时影响MgO-C的显气孔率，在1400 时影响高温抗折强度。 1.3 镁碳砖的现状及发展前景1.3.1 镁碳砖的现状 镁碳砖的主要原料包括镁砂、石墨以及有机结合剂。镁砂分为电熔镁砂与烧结镁砂是生产镁碳砖的主要原料。要确保镁碳砖的质量要求，应选用低杂质、高纯度、经过电炉重熔且结晶发育完好的镁砂。电熔镁砂与烧结镁砂相比具有方镁石结 晶粒粗大、颗粒体积密度大等优点，是主要选用的原材料。考虑到使用效果与成本，按不同比例选用各种级别的电熔镁砂。镁砂的颗粒配比对镁碳砖的使用效果影响较大。粗颗粒作为骨料在配料中占有较大比例 ，而临界尺寸的确定对砖的物理性能有更重要的影响。天然鳞片石墨是生产镁碳砖理想的碳素材料。其熔点高达3700，具有典型的片层状结构、高导热率和低膨胀系数及弹性模量，可以提高镁碳砖的抗钢水浸润能力。结合剂是生产镁碳砖的关键。现在生产镁碳砖多选用合成酚醛树脂作为结合剂。原料首先在高速混炼机中混练，然后经过压制成型，最后在200左右的温度下干燥制成镁碳砖6 。1.3.2 镁碳砖的发展前景1）低碳镁碳砖是镁碳砖的发展方向之一。低碳镁碳砖是耐火材料工业按照国家工业转型升级一个典型的产品，特别是2010年石墨价格剧烈的变化，对于镁碳砖生产带来了严重的影响，低碳镁碳砖采用少量的鳞片石墨，首先可以少用鳞片石墨资源。另外，产品在使用时，可以降低热量损失，节能环保。对于低碳镁碳砖来说，最为关键的还是要提高其抗热剥落性能和抗渣渗透性能。基于复合结合剂和纳米结构基质开发的低碳镁碳砖可以有效地解决碳含量降低以后材料抗结构剥落和抗渣渗透性差的问题，同时又可使材料的导热率大幅度减低，从而有效地解决传统镁碳砖在应用过程中存在的主要问题。 近年来，国内低碳镁碳砖的开发与应用也取得了较大的进展。浙江东瑞高级陶瓷有限公司与武汉科技大学专家联合开发的通过采用纳米尺度的碳源和高效抗氧化剂，wc=46%的低碳镁碳砖已成功地应用于宝钢120t VOD精炼钢包的渣线与包壁，冶炼钢种为304，304L，316，409，409L，410等不锈钢种，最高冶炼温度1750。所开发的低碳镁碳砖的使用寿命与进口的镁钙砖相当。2） 利用新工艺对废弃镁碳砖 的综合利用是今后科技工作者研究的课题之一 ，对提高企业经济效益和社会效益具有重要意义，有利于推动我国循环经济的快速发展和构建“节约型社会”，走可持续发展道路。减少耐火材料废弃量，加大耐火材料的利用率，是未来该领域研究发展的方向。2 工艺部分2.1 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。2.1.1 原料选择镁碳砖的主要原料包括电熔镁砂或烧结镁砂、鳞片状石墨、有机结合剂酚醛树脂以及抗氧化剂铝粉。原料的技术指标见表2.1。表2.1 原料的技术指标项 目MgO/%SiO2/%CaO/%体密/g/cm3粒度组成/mm镁砂DMS97.597.51.01.43.45050，小于1不超过10镁砂DMS96962.22.03.450120，小于1不超过51）镁砂的选取 选择MgO含量高、方镁石相结晶颗粒大、钙硅比大于2的电熔镁砂，B2O3含量少，生产镁碳砖效果最好。电熔镁砂相对烧结镁砂来说，结晶结构更完整，对碳的还原作用也更稳定，特别是大结晶电熔镁砂这些特征表现得更为突出，因此选电熔镁砂。镁砂必须有较高的纯度，因为MgO在1650时和C反应，即MgO+CMg+CO。这个反应到l750时反应加剧。这是镁碳砖使用过程中损耗的重要原因之一，也是镁碳砖在1700以上使用损耗明显加剧的原因。而且镁砂中的杂质SiO2，Fe2O3 等对上述反应有促进作用。镁砂的体积密度，方镁石晶粒大小都对镁碳砖的耐侵蚀性有十分重要的影响。电熔镁砂由于其体积密度高，气孔率低，方镁石晶粒直径大，晶界数目少，晶界面积小，熔渣沿晶粒表面浸入较难，镁砂颗粒大部分是从方镁石晶粒表面与溶渣接触的界面慢慢熔解到溶渣中，从而使镁碳砖的损失速度也减慢，砖的损耗速度就小。2）石墨的选取 选用纯度高、磷片结晶大的石墨。石墨是镁碳砖中另一个基本组分，具有很好的耐火材料基本特性。主要理化指标：固定碳8598，灰分132(主要成分SiO2，Al2O3等)，相对密度2.092.23，熔点3640K(挥发)。石墨特别是单晶石墨的性能,如热膨胀、导热率、耐压性能与其结构有关。垂直于平面方向的热膨胀是平行于平面方向热膨胀的200倍,平行于平面方向的导热率是垂直于平面方向导热率的200倍。垂直于平面方向的耐压性比平行于平面方向的耐压性大104-105倍。由于石墨微晶随意阵列的石墨化合物的各向异性的降低,石墨化合物的性能不能从随机结构取向因素推测得到。由于它们含有无定形碳和具有良好的晶体结构,这是它们被用于制造镁碳砖的原因。石墨作为生产MgO-C砖的主要原料，具有优良的物理性能：炉渣的不湿润性。高的导热性。低的热膨胀性。此外，石墨与耐火材料在高温下不发生共熔，耐火度高。石墨的纯度对MgO-C砖的使用性能影响较大，最好是大于98%的石墨。3）结合剂选择合成酚醛树脂作为结合剂。结合剂对镁碳砖及其他含碳耐火制品来说，作用至关重要。石墨和耐火氧化物之间没有互溶关系，也不可能相互烧结，常温下他们要靠结合剂粘接固化。高温下，结合剂则要结焦碳化，和石墨形成碳结合，高温结焦碳化后形成约3左右的碳，这个量虽然不多，但在镁碳砖或其他含碳制品中却是最具有活力的组成部分，对制品的高温性能有重要影响。国内液体酚醛树脂性能指标见表2.2，酚醛树脂在不同温度下的耐压强度见表2.3。表2.2 国内液体酚醛树脂性能指标型号物理性能粘度(pas)水分/%固含量/%残碳/%游离酚/%PHGM-1热固性3170416.5-7L872-A热固性2.557542106.8-7.22131热固性2.3557243186.8-7.25405热塑性7.61.5-2.575-8043-48126.5-7.5表2.3 酚醛树脂在不同温度下的耐压强度温度25030040060008001000耐压强度/MPa13.7212.611.148.278.767.38酚醛树脂作为MgO-C砖结合剂的优点：混练与成型性能好，在室温下可直接混练与成型； 在热处理时可进一步缩合，使成品强度进一步提高； 在高温下能使MgO-C砖保持较高的热态强度。 固定碳高，在还原气氛下能形成牢固的碳结合； 砖坯强度高；酚醛树脂作为MgO-C砖结合剂的缺点：酚醛树脂当在350-650范围内发生碳化时会产生气体,如水蒸汽、氢气、乙烯、苯酚、甲酚和二甲苯酚等,引起空气污染并发出臭味。结合剂的加入量和要求：在酚醛树脂下石墨容易结合。在混练中希望结合剂用量尽可能少，而结合剂能很均匀地扩散在镁砂颗粒表面上形成薄而均匀的液膜。这就要求液体酚醛树脂的粘度低。但在石墨加入时又要求带有液膜的镁砂颗粒尽可能多地均匀沾上石墨，而且不允许石墨自身结聚，因而要求液体树脂又要有一定的粘度。4）抗氧化剂本设计选择加入2%的铝粉作为抗氧化剂。在镁碳砖的损毁过程中，石墨的氧化是最主要的原因之一。由于氧化失碳，致使砖体结构疏松，强度下降。损毁过程遵循氧化失碳结构疏松侵蚀冲刷溶损的路途。为了提高镁碳砖的抗氧化性，可以加入一定量的抗氧化剂。铝粉的另一个作用是在耐火氧化物和石墨之间“搭桥”，使石墨和耐火氧化物形成牢固的结合，这种作用是由于铝粉在一定温度下形成新的矿物相促成的。添加剂的作用原理大致可分为两个方面：一方面是从热力学观点出发，即在工作温度下，添加物或者添加物和碳反应生成其他物质，它们与氧的亲和力比碳与氧的亲和力大，优先于碳被氧化从而起到保护碳的作用；另一方面，即从动力学的角度来考虑添加剂与O2，CO或者碳反应生成的化合物改变碳复合耐火材料的显微结构，如增加致密度，堵塞气孔，阻碍氧及反应产物的扩散等。7最近有研究揭示:Al与B4C或CaB6混合使用可取得最好效果。随着Al含量的增加,镁碳砖的氧化降低,这主要是氧化反应界面上的Al4C3在氧分压作用下的还原作用所致。由于显气孔率稍有增加,铝添加物使氧化率稍增加。Jitsum丽等研究了Mgo-C质耐火材料中添加AI作为抗氧化剂的作用机理,和它在使用过程中的相转变过程。研究结果表明质量百分含量为5%的Al或更多Al时可充分阻止氧化；但在MgO粗颗粒表面涂覆Al来阻止氧化仅用3%的Al。发现采用粒径小的Al效果更佳。抗氧化剂的加入量一般为1%-6%。2.1.2 破粉碎实验和理论计算表明，单一尺寸颗粒组成的泥料不能获得致密的坯体。因此，块状原料经检选后必须进行破粉碎，以达到制备泥料的粒度要求。 镁砖的生产过程中，将原料从200mm左右的大块物料破粉碎到3-0.088mm的粉料，采用连续粉碎作业，并根据破粉碎设备的结构和性能特点，使用相应的设备。在此采用颚式破碎机、圆锥破碎机、管磨机、对原料进行粉碎作业。（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：细磨粉的细度控制在小于0.088mm的大于90%，采用的细磨设备为管磨机。2.1.3 筛分原料破粉碎后粗中颗粒混在一起。为了获得符合规定尺寸的颗粒组分，需要进行筛分。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。2.1.4 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。2.1.5 配料配料是重要工序，应严格按配方粒度、配比要求计量，坯料的颗粒组成对坯体的致密度有很大的影响。只有符合紧密堆积的颗粒组成，才可能获得致密的坯体。本设计采取“两头大，中间小”的粒度配比，即：泥料中，粗、细颗粒多，中间颗粒少。在实际生产中，只控制粗颗粒筛分和细颗粒筛分两部分的数量。配料的组成包括按规定比例配合的各种原料是和同一种原料的各不同颗粒组成的粉料。采用的是四级配料，即5-3mm、3-1mm、1-0mm、0.088mm四种规格颗粒料。它随着制品的类型和性能要求、所用原料的性质及工艺条件改变。我们采用的称重配料法。这里采用三斗配料车，其属于自动称量秤，配料准确度高，配料误差不超过2%。2.1.6 混练混练时的加料次序: 镁砂粗颗粒、中颗粒（粒度为5-3、3-1、1-0） 酚醛树脂 石墨 镁砂细粉 金属铝粉 在混练机中混练时，首先将粗、中颗粒混合3-5min，然后加入树脂混碾3-5min，再加入石墨，混碾4-5min，再加入镁砂粉及添加剂的混合粉，混合3-5min，使总的混合时间在20-30min左右。若混合时间太长，则易使镁砂周围的石墨与细粉脱落，且泥料因结合剂中的溶剂大量挥发而发干；若太短，混合料不均匀，且可塑性差，不利于成型。加入颗粒料后加入结合剂低速混练一段时间，使液体树脂在颗粒上附着均匀后，开始加入石墨，通过混练使之粘在镁砂颗粒的液膜外，经过混练挤压而将粘在镁砂颗粒外壳上的石墨压到颗粒上，并将一部分多余的树脂排挤出去。这时才能进行高速混练，否则就会使石墨浮在料上面无法制取良好的泥料。由于石墨导热性好，热容小，而镁砂粗颗粒的热容大，所以在高速混练时所产生的摩擦热有利于润湿石墨。只有当上述一系列操作完成后，才能加入镁砂细粉和添加剂等继续混练，当石墨、镁砂颗粒和细粉以及添加剂等已经被润湿，并且颗粒上多余的结合剂也基本上全部排挤出来，同时镁砂颗粒外包裹的石墨也较致密地压到颗粒上时，混练才可结束。2.1.7 成型成型是提高填充密度，使制品组织结构致密化的重要途径，因此需要高压成型，同时严格按照先轻后重、多次加压的操作规程进行压制。生产镁碳砖时，常用砖坯密度来控制成型工艺，应高压成型，以保证砖有较高体积密度和较低显气孔率的。因此要严格控制砖坯单重。加料时四角扒料，均匀布料，预防边角裸露骨料。成型时就严格按照先轻后重、多次加压的操作规程进行压制，要求吊坯2-3次，充分排气，以免产生层裂。考虑压制镁碳砖时弹性后效原因，总加压次数一般要求不少于15次，起锤不宜太快，最后几锤要下重锤。最好采用抽真空、排气加压装置。因镁碳砖的使用条件较苛刻，要求砌筑时砌筑面尺寸正负偏差不超过1mm，所以要求砖坯尺寸非常严格。泥料的选取：生产镁碳砖较理想的泥料是镁砂颗粒的表面应完全均匀地被结合剂润湿，外面紧紧地挤压而包裹一层被结合剂润湿的石墨（石墨层越厚越好）其余分散的石墨或镁砂粉等均匀地被结合剂润湿，各种添加剂及镁砂细粉都分散均匀，泥料温度适度，这就为成型提供了良好的条件。2.1.8 干燥坯体干燥是砖坯中去除水分、提高强度的过程。成型后的砖坯要室温存放5-6小时，以利于挥发物的挥发。不能立即送入隧道干燥器。为使镁碳砖获得足够的低温强度，需严格确定与结合剂相适应的热处理温度和热处理时间等热工制度，一般在150200温度下进行热处理，时间不少于32小时，且在室温到80左右时要不少于16小时。通常，树脂在达到固化温度时要有足够的时间，才能完成固化过程，如果固化时间不够，挥发物排出不完全，会导致在使用过程中受热时由于颗粒膨胀、基质收缩而使结合强度降低，使镁碳砖的显微结构变坏，最终影响其使用寿命。 2.1.9 检选是产品出厂前的最后一道检查工序，通过检查工具对热处理后的镁碳砖制品按照包装计划的要求进行检选。严格控制砌筑方向的尺寸偏差，对于层裂的检查范围要求块块检查，避免层裂砖出厂投入使用。成型废品类型：层裂、层密度现象，尺不合，单重不合，料偏析，压力太大产生层裂，压力太小体密不合，飞边，掉角，扭曲，偏沿等模具问题。2.1.10 成品仓库镁砖制品按品种、砖型批号、级别等分别贮放在成品库内，每种制品堆放方式和允许堆放高度均按标准进行。成品库面积除设有贮存量占用面积外，还留有成品检选、废品堆放和运输通道所需最小面积8。因镁砂易水化结块变质，所以成品仓库必须保持干燥。2.2 工艺流程2.2.1 工艺流程简述本设计主要生产镁碳砖，将原料和电熔镁砂及部分废砖坯用5吨桥式抓斗起重机送入1台PEF250400鄂式破碎机的供料槽中，在颚式破碎机中进行粗破，经B=500mm的带式输送机送到破粉碎车间，分别送到3台PYD-1200短头圆锥破碎机的供料仓，利用电磁震动给料机送到供电熔镁砂的圆锥破碎机中进行中碎。原料被破碎后，由TD250斗式提升机提升到3个DZSF-90180三层自定中心震动筛筛分，筛下料、筛中料经流管送到颗粒料料仓存放，筛上料经流管送回到圆锥破碎机料仓继续破碎。一部分筛下料和一部分筛上料通过流管直接进入2台1200450管磨机磨细，产生的细粉由2台TD250斗式提升机送到细粉料仓。同时一部分电熔镁砂筛下料由B=500可逆带式输送机进入破粉碎车间一楼的管磨机供料仓，一部分进入另一个细粉料仓。电熔镁砂颗粒配料后依次进入5台600L混炼机，经15-20min的混练后，泥料倒入泥料灌，不合格泥料返回高速混练机重新混合。用桥式起重机将泥料罐吊到压砖机供料仓，用6台800吨摩擦压砖机、5台1000吨摩擦压砖机和1台液压机进行成型，成型的废品再经叉车送至混炼机中重新混合，成型后的砖坯放在干燥车上，分别用1.5吨手拖车和3吨电带推杆拖车送到干燥工段的存放处等待干燥，采用隧道式电加热干燥器干燥，干燥后等到砖坯冷却进行拣选，不合格的砖坯用叉车送到原料仓库的颚式破碎机内进行破碎，合格的砖坯由工人进行码砖装窑，合格的砖坯经包装后存放在成品仓库，用卡车运输出厂。镁砖生产流程如图2.1。图2.1 镁砖的生产工艺流程2.2.2 工艺流程论证（1）原料仓库.工厂的选址距离原料产地较近，原料在仓库存放时间较短，考虑到降低成本，严格根据理论计算进行仓库设计，本设计的原料有电熔镁砂97.5、电熔镁砂96、石墨、酚醛树脂、防氧化剂Al粉。为了防止原料的潮湿，原料仓库采用单侧封闭式卸料的方式，原料之间设有挡墙来防止原料混料。（2）破碎工段原料是经过推车送入颚式破碎机进行粗破，然后通过传送带到短头圆锥破碎机细碎，接着通过振动筛筛分，筛上料返回圆锥破碎机再次破碎，筛下料进入各自料仓。生产中所需要的粉料通过管磨机进行磨粉。（3）配料工段生产时根据需要采用微机控制三斗称量车进行自动称料，自动化程度高，生产效率高，产品质量好。（4）混料工段 湿碾机为间歇式混合设备，能使泥料混拌均匀、密实和使泥料具有一定可塑性。湿碾机是耐火材料生产厂采用的主要混合设备，用于半干法和多熟料制品的泥料混合。设备简单，操作容易，维修方便；但是设备笨重，金属磨损大，效率低，动力消耗大，出料不干净。在湿碾机中混合时间不应少于250300秒，间歇一般为5080毫米。（5）成型设备 成型设备应满足砖坯组织致密和均匀，外型光洁整齐、无夹层及裂纹等要求。砖坯质量的优劣除与颗粒配合及泥料的塑性等因素有关外，还取决于成型压力与压制工艺等因素。摩擦压砖机机体结构简单、维修方便、换模迅速以及设备较低，用于压制砖型较大，外形复杂的砖。（6）热处理工段 选用电加热干燥器，和燃料式干燥器相比，节能，环保，可以控制温度，不会产生有害物质影响制品质量。由于产量比较大，本设计选用了7条电加热隧道干燥器。2.3 工艺参数本设计的粒度配比见表2.4。表2.4 镁碳砖配料比砖种配比 (%)外加剂(%)电熔镁砂97.5电熔镁砂96石墨金属铝粉酚醛树脂MT-14B861423MT-18C821823本设计镁碳砖生产的混合制度见表2.5。表2.5 混合制度砖 种混合量(千克/次)混合周期(分钟)MT-14B90020MT-18C90020本设计镁碳砖生产的干燥制度见表2.6。表2.6 干燥制度干燥器类型长宽高(mm)数量(条)干燥装砖(kg/车)干燥时间(h)干燥废品率(%)热风进口温度()热风出口温()24500100016507100020320040502.4 物料平衡计算车间生产班制见表2.7。制砖部分物料平衡计算参数见表2.8。表2.7 生产班制表序号工段名称年工作日日工作班制班工作小时1原料仓库365282破粉碎365283磨碎365284配料365285混合工段365286成型工段365287干燥工段36538表2.8 物料平衡计算参数，%计算参数转炉镁碳砖MT14B转炉镁碳砖MT18C名称符号干燥综合废品率F233泥料的循环混练量F31010镁碳砖的配比系数K11石墨配比P1418石墨的灼减量L200石墨在原料仓库中的水分W200配料时石墨的水分W300电熔镁砂水分W100酚醛树脂外加量q133金属铝粉的外加量q222原料加工、运输损失（包括破粉碎、配料、混合成型工序）L322管磨机加入量q32020原料在仓库中的存放损失L10.50.5干燥废品回收率T9595换算系数K1K1=KK1=K酚醛树脂的贮运损失L522铝粉贮运损失L622表2.9 MT-14B制砖部分物料平衡表生产工序项目符号生产班制日/班/时物料量，吨年日班时原料仓库原料仓库总存放量其中：电熔镁砂97.5回收废砖坯石墨酚醛树脂金属铝粉Q12Q13Q14Q15Q16Q17365/2/815858.80 13197.85440.722220.23473.39315.5943.4536.161.216.081.300.8621.7218.080.603.040.650.432.722.260.0750.380.080.054破碎总破碎量DMS97.5Q10365/2/813570.3837.1818.592.32磨碎总磨碎量DMS97.5Q11365/2/83155.908.654.320.54配料总配料量其中：电熔镁砂97.5石墨酚醛树脂金属铝粉 Q5Q6Q7Q8Q9365/2/815463.9213298.972164.95463.92309.2842.3736.445.931.270.8521.1818.222.970.640.422.652.280.370.0790.053混合成型总混合量总成型量（指成型后的合格砖坯）Q4Q3365/2/817182.1315463.9247.0742.3723.5421.182.942.65干燥成品库总干燥量总成品量Q2Q1365/3/815463.921500042.3741.1014.1213.701.771.71MT-18C制砖部分物料平衡见表2.10。表2.10 MT-18C 制砖部分物料平衡表生产工序项目符号生产班制日/班/时物料量，吨年日班时原料仓库原料仓库总存放量其中：电熔镁砂96回收废砖坯石墨酚醛树脂金属铝粉Q12Q13Q14Q15Q16Q17365/2/826431.3420939.16734.544757.64788.98525.9872.4158.582.0113.032.161.4436.2129.291.016.521.080.724.533.660.1260.8150.1350.090破碎总破碎量DMS96Q10365/2/821565.3359.0829.543.69磨碎总磨碎量DMS96Q11365/2/85259.8414.417.210.90配料总配料量其中：电熔镁砂96石墨酚醛树脂金属铝粉Q5Q6Q7Q8Q9365/2/825773.2021134.024639.18773.20515.4670.6157.9012.712.121.4135.3128.956.361.060.714.413.620.790.1320.088混合成型总混合量总成型量（指成型后的合格砖坯）Q4Q3365/2/828636.8825773.2078.4670.6139.2335.314.904.41干燥成品库总干燥量总成品量Q2Q1365/3/825773.202500070.6168.4923.5422.832.942.85MT-14B制砖部分物料平衡系数见表2.11。表2.11 MT-14B 制砖部分物料平衡系数表综合成品率97%破、粉碎总破、粉碎量13570.38原料仓库总存放量15858.80总磨粉量3155.90DMS97.513197.85电熔镁砂97.5与石墨比6.14:1废砖废坯440.72石墨2220.23总混合量17182.13外加酚醛树脂473.39外加铝粉315.59干燥总干燥量15463.92配料总配料量15463.92DMS97.513298.97干燥废品量463.92石墨2164.95总成型量（系指合格砖坯量）15463.92外加酚醛树脂463.92铝粉309.28配比系数（k值）1MT-18C制砖部分物料平衡系数见表2.12。表2.12 MT-18C制砖部分物料平衡系数表综合成品率97%破、粉碎总破、粉碎量21565.33原料仓库总存放量26431.34总磨粉量5259.84DMS9620939.16电熔镁砂96与石墨比4.401:1废砖废坯734.54石墨4757.64总混合量28636.88外加酚醛树脂788.98外加铝粉525.98干燥总干燥量25773.20配料总配料量25773.20DMS9621134.02干燥废品量773.20石墨4639.18总成型量（系指合格砖坯量）25773.20外加酚醛树脂773.20铝粉515.46配比系数（k值）12.5 生产设备根据设备的选型计算得到主机平衡表，见表2.13。表2.13 主机平衡表工序名称设备及规格产品主机作业率（%）生产能力（吨时）设备台数（台）主机要求产量主机台时产量要求主机台数设计的台数破碎PEF250400颚式破碎机MT14BMT18C802.9054.61612-150.2420.3851粉碎900短头圆锥破碎机MT14BMT18C603.8736.1544-4.50.9681.5393磨碎15005700管磨机MT14BMT18C750.7211.2012.5-30.2880.4802混合600L高速混练机MT14BMT18C704.2037.0052.71.5572.5945成型800 吨摩擦压砖机1000吨摩擦压砖机1200吨液压压砖机7070905