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1、大型高炉出铁沟用耐火材料的研究与应用徐 国 涛)张 洪 雷)孙 平 安)李 安 平)李 怀 远)1)武汉钢铁公司技术中心 摘 要 对大型高炉出 铁沟用浇注料、捣打料、喷补料的性能进行了 研究工工艺 与 使用寿 命的关系，认为适当 的维 护对于 降 低成本、提高 寿 命是 有益的用寿 命与材料的价格因素。分析了 材料的性能、施铁厂需要合理的考虑使关健词 高炉 出 铁沟 耐火材料1 前言 高炉大型化后，出 铁沟的使用条件也发生了变化，铁水对沟壁的冲 刷、磨损加剧，提高一代沟龄，降低成本，减轻炉后工人的工作压力，是炉后工作的主要目 标。对于主沟、不同的 部位，侵蚀条件不同，在材料的选择上应该有所分别
2、，以 到达综合平衡的经济寿命;而对于 铁沟，应该致力于提高材料的 抗渗透性能。而就施工工艺与 维护过程看，一些操作方法也与 材料的使用寿命密切相关。本文 就大型高炉炉后耐火材料的性能、施工维护工艺进行一些分析和探讨。出铁沟耐火材料的组成与性能主沟耐火材料 大型高沪主沟采用的 材料主要为水泥结合浇注料，以纯铝酸钙水泥作为结合剂;为了自 流，增加细粉与水的用量。多用在2-3 个铁口 的高炉;加人快干剂与促凝剂的浇注料，为 快干浇注料，多用在单铁口的高 炉或生产安排比 较紧张的高炉。武钢自 己 开发的溶胶结合浇注料为自 洁净结合的 浇注料.不采用水泥结合，温度增加，抗压强度提高，不存在中 温区强度损
3、失，抗氧化性能好，自 流型浇注料在武钢1 5 1 3 耐高 炉的 一 次 通铁 量 超过1 5 万 吨;而 快 干 型的 浇注 料 成型 后1 小 时即 可 脱 模，快 速 烘 烤2-3 小时即可投 人使用，在某2 2 0 0 M，高炉主沟 使用，经过1-2 次局部修补 后通铁量超过2 0 万吨。主沟用不同浇注料的 性能如表1 a 对于主沟，其结构与侵蚀状态示意图 如图 1，铁水在主沟内的 落点以 后的3-5 m范围，是侵蚀最严重的部位;此部分铁水冲击力大，流动速度快，有回 旋的 现象，故对沟壁浇注料的侵蚀最大。在渣铁的界面、底部拐角 处，也侵蚀 较严重，另 外在撇渣 器的 部位，侵蚀 也较严
4、重。因 此，在设 计主 沟浇注 料时，必须针对不同部位使用不同的材料、采用不同的施工方法，对结构设计也 进行一些改进，以达到均衡使用材料，达到最佳的性能价格比。1 a s 从表1 可以 看出:溶胶结合的快干浇注料、自 流浇注料的氧化层的 厚度很小，其高温抗折强度较高因 此在使用过程中，碳素没有氧化，对渣、铁的渗透的抵抗力强，因此抗侵蚀性能好。表1 研制的主沟 低水泥浇注料与溶胶结合浇注料的性能项目 低水泥刚玉浇注料溶胶结合快干浇注料溶胶结合自流浇注料体积密度/显气孔率(g/c m /%,1 1 0 9 0 x 2 4 h)2.8 9/1 1.4 32.9 0/1 4.5 82.8 8/1 3.
5、5 2 .一一.-一 一一一 一-.一一一.一-.-一-一一一-.-一体积密度/显气孔率(g l c m 3/%,1 5 0 0 0 x 3 h)耐压强度(M P a、I 1 0 C x 2 4 h)耐压强度(MP a，1 4 5 0 0 x 3 h)高温抗折强度(M P a，1 4 0 0 9 0 x 2 h，埋碳)抗氧化性氧化层厚度(mm)2.8 1/2 2.6 02.8 5/1 9.012.8 4/1 8.5 38 2.5 02 2.912 0.514 3.7 05 42 24 3.7 5试样表面 1 4 5 0 度1 4 5 0 度下试样4 0 m m厚度仅1 4 5 0 度下试样4
6、0 m m厚度仅下碳素全部氧化表面1-3 m m厚碳素氧化层表面约1-2 m m厚碳素氧化层芍引侧川月川洲J到.、和!命狱吮唁以一一止 二 三 二=“杖 沈个溯万 二 二 工二皿皿二三 泣山-，一 f，一，产，守 从一.尸-一州口 狱 中“、_、一 才!一卜图1高 炉主沟的结构与侵烛状态示意图(a俯视图 b截面图)2.2 铁沟耐火材料 铁沟的 耐火材料与主沟的使用条件不同，它在平时不储存铁水，没有长时间的高温铁水及渣的浸泡，因此渗透冲刷的破坏低于主沟;但铁沟属于高温下不连续使用，因 此，热破坏较强，要求材料的 抗热震性能好，对于铁水来看，渗透破坏较大，要求材料致密、抗氧化性能好。大型高炉的铁沟
7、多使用低水泥结合的浇注料，部分一千立方米左右的 高炉，也有使用免烘烤捣打料。铁沟使用的耐火材料性能如表2 免烘烤捣打料有其独特的 性能 不用烘烤就可投人使用;但因为 使用了 液态树脂，有一定的挥发份存在，对环境影响不好。最近我们开发的 快速烘烤无公害捣打料，不使用有机结合剂，含水量低，可快速烘烤，具有良好的使用性能。表2研制的铁沟浇注料与捣打料的性能项目铁沟浇注料免烘烤捣打料 快速烘烤无公害捣打料 体积密度/显气孔率(g/cm/%,1 1 0 0 x 2 4 h)体积密度/显气孔率(g/cm/%,1 5 0 0 9 0 x 3 h)耐压强度 (MP a，1 1 0 C x 2 4 h)2.9
8、2/1 3.1 22.9 0/1 4.5 82.8 8/1 9.1 31.9 1/1 7.0 02.8 5/1 9.012.8 9/1 7.0 16 4.6 92 2.8 11 1R R耐压强度5 9.3 85 4.2 241.5 6(Mp g，1 4 5 0 9 0 x 3 h)2.3 修补用喷补料 修补用的喷补料主要采用棕刚玉为骨料，外加一些刚玉、碳化硅细粉，也有使用特级铝矾土作为骨料的。结合剂主要有聚合磷酸盐、硅酸盐等，国外有些公司采用铝酸钙水泥位结合剂，加人量中C a O可达到3-6%.武钢研制的主沟喷补料性能如表3 0 此种喷补料在 1 4 5 0 下与基体粘接性能良 好，烧结致密，
9、在实际生产中，也具有良 好的使用性能，喷补后，可以维持 2-3 万吨左右的 通铁量，对于延长沟龄，降低成本起到了重要作用。裹 3研制的铁沟喷补料的性能项目铁沟浇注料 体积密度/显 气孔率(g/c m /%,1 1 0 0 x 2 4 h)体积密度/显气孔率(沙动%，1 1 0 0 9 0 x 3 h)2.7 4 122.2 41.6 1/2 5.9 5耐压强度9.6 9(MP a，I I O C x 2 4 h)耐压强度3 5.0 0(MP a.1 0 0 0 0 x 3 h)3施工工艺与维护存在的问题探讨 主沟浇注料的施工，需要将浇注料搅拌混合，一些厂家使用的是强制式混合机，但也有不少厂家使
10、用的 是水泥混凝土用的滚筒式混合机，或者其它非强制式混 合机，这些混合设备混合时，对物料没有剪切力，水与物料的 湿润过程比 较慢，要使物料流动性好，混合时间又短，只 好增加用水量。水量增加，干燥后浇注件内的气孔就比 较多，抗侵蚀性就差，使用寿命就降低。因此在施工过程中过于注重自 流性的结果，往往以多加水，降低寿命，增加修补工作量为代价。另外在施工过程中，需要使用振动棒，如果不进行振动，材料的 气孔仍然比 较大，虽然有分层的可能性，但在底部与侧壁，振动的 效果优于自 流。使用大功率的振动棒，可以 使得浇注料的比 重由 2.8g/c m 3 提 高 到3.0 0 g/c m 3 0 对于 修补，有
11、些厂家的 修补时间 较早，如某2 1 0 0 M 3 的 高炉，主 沟使 用1 5 天就进行第一次热 补，以后每隔 1 0-1 2 天修补一次，每次2 吨料，使用到6 0 天时拆除，通铁量 1 8.6 4 万吨n 1。从这样的操作工1 0 7 艺看，修补比 较频繁，如果需要放掉残铁，工作量较大。采用溶胶结合的浇注料后，修补的量大为减少，一般通铁到8-1 2 万吨时开始修补一次，1 2-1 5 万吨时再修补 1-3 次，可达到2 0 万吨的 通铁量。从成本看重新浇注出 铁沟的费用较高，如果能够用修补的方法，成本较低;对于主沟，建议提高回 旋区 3-6 m范围耐火 材料的宽度，即炉衬厚度，同时提高
12、撇渣器部位耐火材料的价格，采用优质材料，最后对其它部位实行修补，这样可以降低总体的材料成本。4 结束语 降低高炉炉后铁沟耐火材料消耗是降低铁水成本的一个重要因素，同时，维持沟龄长寿也是保持生产顺行的 要求。从大型高炉看，溶胶结合的A 1 2 0 3-S i C-C质自 流浇注料、快干浇注料在炼铁厂不同 高炉上使用，均取得了良 好的使用效果，通铁量均达到 1 5 万吨以上，修补后可达到2 0 万吨;对于此类材料，修补方便，容易粘接，而且该材料在干燥脱模后，可快速烘烤投人使用，没有裂纹和崩落，抗侵蚀性良好，对于快速施工保产需要是非常有意义的。从炉后的 施工条件看，仍然需要改进施工1 艺，改进施工设备，使得浇注料具有稳定的、不易于分层又便于 施工的性能，对于降低炉后工人的劳动强度是有利的，也可以 稳定生产。长远看，喷补造衬技术应该是一个方向;另外从环保和维护工人健康的 角度，生产无公害的J决 速烘烤捣打 料是有发展潜 七 勺 的，应该引起有关方面的重视。参考文献1.余鸿林.首钢高炉出铁沟高强热补料的应用.2 0 0 4 年全国炼铁生产技术及炼铁年会.无锡.2 0 0 4.6.5 6 4-5