海綿鐵生產(chǎn)主要是用鐵精礦、氧化鐵皮等含氧化鐵高的原料在還原介質(zhì)作用下被還原成金屬鐵。該反應(yīng)是固相反應(yīng),并放出很多氣體在生成的固體鐵里有很多氣孔,像海綿一樣,故稱海綿鐵。反應(yīng)溫度一般在800~1300℃,所用的還原介質(zhì)主要有煤、天然氣和煤氣等非焦還原劑。所用的設(shè)備主要有豎窯、方形窯、環(huán)形窯、回轉(zhuǎn)窯、隧道窯、臺車底連續(xù)爐等。目前世界上以天然氣為還原介質(zhì)的豎窯生產(chǎn)海綿鐵為主,約占80%。不管是哪一種窯,使用溫度都不高,所以一般鋁硅系耐火材料作為窯襯就能滿足溫度的要求。
使用鋁硅系耐火材料作為直接還原鐵回轉(zhuǎn)窯襯的使用壽命,一般是半年一小修,一年或一年半一大修。值得指出的是,濕式噴射澆注料的性能優(yōu)良,施工時不用模具,施工速度快,因此它在海綿鐵生產(chǎn)的窯襯上應(yīng)用應(yīng);是非常有前景的。
在使用過程中,耐火材料里的Fe2O3在CO氣氛里發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成金屬鐵和Fe3C,在Fe3C的催化作用下發(fā)生2CO=CO2+C(沉積)的反應(yīng),纖維狀的炭沉積在耐火材料氣孔裂紋和缺陷中,由炭沉積帶來的體積膨脹導(dǎo)致耐火材料組織脆化、裂紋擴展,最終使得材料崩裂甚至粉化。因此,為了提高海綿鐵生產(chǎn)用窯襯、窯具的使用壽命,要求耐火材料窯具必須低鐵、組織結(jié)構(gòu)致密和氣孔微細化,以抑制滲透和降低催化反應(yīng)速度,因而提高海綿鐵生產(chǎn)用鋁硅系密具和窯襯的使用壽命。堇青石質(zhì)和黏土質(zhì)等鋁硅系耐火材料窯具的熱導(dǎo)率較低,需要很長時間才能把熱量傳到窯具中心,從而造成保溫時間過長和能耗過高,嚴重影響了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本。另外,為了高的裝載量,提高生產(chǎn)率還應(yīng)該要求棚板墊板有高的熱態(tài)強度。因此,應(yīng)該選擇高導(dǎo)熱和高強的耐火匣缽、棚板和隔板等為好。
能夠同時滿足使用壽命、高裝載量和高傳熱效率要求的耐火材料應(yīng)該是高抗熱震、高導(dǎo)熱率和高強的碳化硅質(zhì)耐火材料,它作為匣缽、棚板、墊板和隔焰的窯墻的耐火材料應(yīng)該是非常有前景的。