- 企業(yè)
- 供應(yīng)
- 求購
- 資訊
熱導(dǎo)率是爐缸用耐火材料的最重要性能之一，即使耐火材料具備較高的抗侵蝕性，也只能減緩侵蝕速率，如目前應(yīng)用較廣的陶瓷杯結(jié)構(gòu)，也會(huì)在爐役后期完全被侵蝕。因此，在耐火材料表面形成保護(hù)層是延長(zhǎng)爐缸壽命的正確理念。
炭磚和剛玉質(zhì)磚的導(dǎo)熱分別由石墨晶格振動(dòng)和Al2O3晶格振動(dòng)決定，而碳復(fù)合磚的導(dǎo)熱由石墨晶格振動(dòng)與A12O3晶格振動(dòng)共同決定。從表1可以看出：
(1)炭磚的熱導(dǎo)率與剛玉質(zhì)磚的熱導(dǎo)率相差比較大。這是因?yàn)樘季Ц裾駝?dòng)的導(dǎo)熱能力強(qiáng)于A12O3晶格的導(dǎo)熱能力。
(2)炭磚和剛玉質(zhì)磚的熱導(dǎo)率大致隨溫度增加而增加。因?yàn)閷?duì)單一材料或振動(dòng)頻率相同的復(fù)合材料，隨溫度升高，聲子運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，所以熱導(dǎo)系數(shù)增大。
(3)碳復(fù)合磚的熱導(dǎo)率隨溫度增加而減小，這是由于碳與A12O3聲子振動(dòng)頻率不同，聲子間的相互作用或碰撞加強(qiáng)，對(duì)平衡位置的偏移加強(qiáng)，引起的散射加劇，從而使導(dǎo)熱載體聲子的平均自由程減小，從而導(dǎo)致熱導(dǎo)率隨溫度升高而下降。
表1 國內(nèi)外典型高爐耐火材料熱導(dǎo)率
若爐缸內(nèi)部形成保護(hù)層，就需要將1150℃鐵水凝固線推至磚襯熱面以外，根據(jù)傳熱學(xué)知識(shí)，可以計(jì)算形成保護(hù)層磚襯所需的最小熱導(dǎo)率。計(jì)算的初始數(shù)據(jù)如下：冷卻水流速v取1.5m/s，水的密度取1000kg/m3，冷卻壁水管內(nèi)徑厚度取65mm，冷卻水比熱容取4186J/(kg·℃)，水溫差Δt取0.3℃，每塊冷卻壁面積取1.91m2，每塊冷卻壁上有4條冷卻管道。通過式(1)可以計(jì)算熱流強(qiáng)度，計(jì)算得到熱流強(qiáng)度為13.1kW/m2
q=4×cmΔt/A=4×cpπd2/4vΔt=cpπd2vΔt/A(1)
式中：c為冷卻水的比熱容，J/(kg·℃);m為每秒每根水管流過的冷卻水質(zhì)量，kg/s;Δt為冷卻水冷卻前后溫差，℃;ρ為冷卻水的密度，kg/m3;d為冷卻水管道直徑，m;A為每塊冷卻壁的面積，m2;v為冷卻水流速，m/s。
根據(jù)熱流強(qiáng)度與總熱阻的關(guān)系，可以計(jì)算出總熱阻R為0.086(m2·K)/W，鐵水溫度Tw取1423K(1150℃)，冷卻水溫度Tm為303K(30℃)。計(jì)算公式為
q=TW-TM/R(2)
式中：Tw為鐵水溫度，K;Tm為冷卻水溫度，K;R為近似總熱阻，(m2·K)/W。
爐缸部位傳熱由鐵水對(duì)流換熱、磚襯導(dǎo)熱、搗打料導(dǎo)熱、冷卻壁導(dǎo)熱、冷卻水對(duì)流換熱5部分組成，由于搗打料和冷卻壁的熱導(dǎo)率較大，因此考慮爐缸傳熱熱阻時(shí)，總熱阻可近似由鐵水對(duì)流換熱、磚襯導(dǎo)熱和冷卻水對(duì)流換熱3部分組成。鐵水與耐火材料的對(duì)流傳熱系數(shù)取75W/(m2·K)，水與管壁間對(duì)流傳熱系數(shù)取7016W/(m2·K)，磚襯厚度L取1m，總熱阻可寫為
R=1/α1+L/λ+1/α2(3)
式中：α1為鐵水對(duì)磚襯的對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2·K);L為磚襯厚度，m;λ為磚襯的熱導(dǎo)率，W/(m·K);α2為冷卻水對(duì)壁管的對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2·K)。
通過式(3)可以求出磚襯的熱導(dǎo)率λ為13.865W/(m·K)。因此，只要爐缸耐火材料的熱導(dǎo)率近似或大于13.865W/(m·K)，就可以將1150℃鐵水凝固線推至磚襯熱面外部。美國NMA炭磚和碳復(fù)合磚均符合這一要求。
評(píng)論區(qū)
