單鐵口高爐出鐵溝長壽技術-世界金屬導報1911期

1、.單鐵口高爐出鐵溝長壽技術 一、前言 現(xiàn)代大型高爐出鐵溝一般都是采用低水泥結合AL2O3SiCc質(zhì)澆注料。該材料使用安全、壽命長、消耗少、施工維修方便是高爐穩(wěn)產(chǎn)、順產(chǎn)的重要保證。由于消耗少，維修少，使用穩(wěn)定，因此，現(xiàn)代大高爐爐前出鐵場環(huán)境整潔。 一般大高爐都有2個以上的出鐵溝，當其中一條鐵溝必須重新造襯或必須修補時，只要堵住該條鐵溝的出鐵口后，就可以對該條鐵溝進行澆注、養(yǎng)護硬化、烘烤干燥等。與此同時，其他出鐵口出鐵正常，不影響高爐的正常生產(chǎn)。但容積為1000m以下的中小型高爐一般設計為單個出鐵口，因此不可能保證一般澆注料施工所需要的養(yǎng)護、烘烤時間。所以，目前的單出鐵口的中、小型高爐鐵溝一般還是

2、采用瀝青或樹脂結合A1203，SiCC質(zhì)免烘烤搗打料搗打鐵溝內(nèi)襯。由于采用樹脂或焦油結合，搗打料搗打施工后不必烘烤或短時間烘烤即可立即直接過鐵水，可以滿足較小高爐的使用工藝要求。但因為搗打的溝襯耐火材料一般只是溝底表面一層相對密實，而表層以下及溝幫部位都很疏松不耐沖刷，因此搗打料存在使用壽命太短的問題，一般只有17天，最短的甚至1班一修。因此，鐵溝修補頻繁，爐前工人勞動強度太大，且高熱的環(huán)境又造成很多小女全囚素，還有樹脂的煙塵有毒有害問題!因此，如何有效地解決單鐵口高爐出鐵溝壽命的問題備受關注。 北京聯(lián)合榮大公司為此曾開發(fā)能夠快硬快烘的樹脂結合A12O3， SiCC質(zhì)澆注料(專利：鐵溝面烘烤澆

3、注料及單鐵口高爐出鐵溝澆注料造襯工藝，專利號2006100869258)，替代搗打料來解決單鐵口高爐出鐵溝使用壽命短的問題，并在一些高爐進行了應用。該技術雖然解決了施工體的密實性問題，但這種澆注料由于主要是樹脂結合，樹脂用量相對較大，樹脂自身的燒后松散造成燒后澆注體結構疏松，鐵溝的抗侵蝕抗沖刷能力似乎還有欠缺，使用壽命遠不如大高爐所用的低水泥結合A1203，-SiC-C質(zhì)澆注料。而且樹脂結合澆注料在烘烤時樹脂的煙塵造成的爐前環(huán)境惡劣問題依然存在。 在總結經(jīng)驗與大量實驗的基礎上，北京聯(lián)合榮大公司通過對大型高爐用低水泥結合M203SiCC質(zhì)鐵溝澆注料進行改性，使其能夠在熱態(tài)下施工并能快速升溫而不爆

4、裂，滿足中、小型單鐵口高爐鐵溝的快速施工使用要求。在工程實踐中還借鑒大高爐主鐵溝普遍采用的儲鐵式結構，將中、小型單鐵口高爐出鐵主溝也改造成儲鐵式或半儲鐵式結構，從而改善耐火材料的燒結環(huán)境以及急冷急熱環(huán)境。這種結構也取消了小高爐爐前每次出鐵前在溝內(nèi)鋪沙的慣例，從而徹底改變了爐前作業(yè)平臺的工作環(huán)境。 二、低水泥結合A1203SiCC質(zhì)澆注料的改性研究 大高爐用低水泥結合A1203SiC亡質(zhì)澆注料配料中有超微粉和分散劑，因此流動性好、耐火度高，澆注體致密性好、強度高，因此鐵溝抗侵蝕、抗沖刷，使用壽命長(通鐵量高)。但該材料的最大問題是澆注后需要養(yǎng)護且不能過快速度烘烤，否則會出現(xiàn)強度低和爆裂。因此有效

5、解決大高爐鐵溝澆注料的快干脫模和快速烘烤、防止爆裂問題，是該材料能否用于單鐵口高爐的關鍵，也是本研究的主攻方向。 本試驗的基本思路是：以大型高爐用A120，SiCC質(zhì)鐵溝澆注料為基質(zhì)，加入各種防爆改性材料，使其具有快硬快烘的性能。防爆試驗方法是將澆注料澆注成100*100*60的方塊，澆注后1.52h即放入電爐中，觀測其爆裂的程度。進一步放大樣試驗是將澆注料澆注為50kg以上的預制塊，同樣是澆注后152h即脫模并立即放在10000C左右的炭火上進行烘烤，檢驗其爆裂情況。 1，加入發(fā)氣劑改進防爆性能金屬A1粉能夠與水反應生成H2氣，因此澆注料中加入少量A1粉可以在澆注后產(chǎn)生大量氣體通道，有利于烘

6、烤過程中水蒸氣的擴散。同時A1粉與水反應的過程還會產(chǎn)生大量的熱量，能夠有效促進澆注料的硬化。但金屬Al粉加量過多時，因發(fā)氣量人多，致結構強度降低。發(fā)氣量跟金屬Al粉的細度和數(shù)量有關，鋁粉粒度越細，數(shù)量越多與水反應發(fā)氣越劇烈，產(chǎn)氣量越多越集中，越易產(chǎn)生鼓脹開裂，影響體積密度，降低強度。所以，必須嚴格控制金屬Al粉的細度與加入量。除Al粉之外，本案還在澆注料中添了有機發(fā)氣劑。有機發(fā)氣劑的發(fā)氣機理是發(fā)氣劑與水泥和水發(fā)生分解反應，生成某種鈣鹽，鈣鹽分解產(chǎn)生N2、CO：、NH3氣。由于有機發(fā)氣劑不像Al粉那樣反應劇烈，因此澆注料不易出現(xiàn)鼓脹和細粉上浮的問題。而且有機發(fā)氣劑不會因施工養(yǎng)護環(huán)境溫度的差別而產(chǎn)

7、生發(fā)氣速度與發(fā)氣量的很大變化，因此施工更易掌握。 2添加助結合劑調(diào)整硬化時間 澆注料的快硬對于施工后快速脫模至關重要，本案通過加入促硬的助結合劑，保證澆注料具有足夠的施工時間，同時還必須在澆注成型后很快硬化，以便及時脫模進行烘烤。 研究還發(fā)現(xiàn)，澆注料的硬化時間還與澆注體的鼓脹與爆裂有很大關系。澆注料過快硬化和過慢硬化，都會出現(xiàn)澆注體鼓脹與爆裂的問題。因此，通過加入適量的助結合劑，能有效控制澆注料的硬化時間，并進而防止發(fā)氣帶來的鼓脹和裂紋。加有發(fā)氣劑和助結合劑的澆注料大約1h即能固化脫模，固化后的樣塊直接放到450C爐內(nèi)也不會發(fā)生爆裂。 3添加有機纖維提高抗爆裂性 ；從水的蒸氣壓和溫度的關系中不

8、難看出，水在1000C以上時，蒸氣壓力迅猛上升。澆注體烘烤時，澆注料內(nèi)的水會因受熱迅速氣化。澆注料烘烤開裂和爆裂主要原因就是因為迅速形成的水蒸氣不能及時排出澆注體外，澆注體內(nèi)水蒸氣壓太高。 添加防爆纖維是澆注料最有效防爆措施之一。纖維防爆的原理是澆注料受熱后纖維迅速收縮或分解，并同時在澆注料中形成氣孔通道，從而讓澆注料因受熱而產(chǎn)生的水蒸氣迅速擴散揮發(fā)出去。澆注料內(nèi)的水蒸氣及時擴散出去而不在澆注體內(nèi)集聚形成較大壓力，則澆注體不會發(fā)生爆裂。但纖維品種眾多，合理的選擇品種、直徑、長度與用量對澆注料的防爆效果至關重要。本研究通過合理選擇，在澆注料中加入適當品種與數(shù)量的纖維后，硬化后的試樣直接放進500

9、0C的高溫爐內(nèi)保溫后，試樣表面完好，不會發(fā)生爆裂。 4添加堿式乳劑防爆劑堿式乳劑防爆劑是近幾年才見報道的一種新型防爆劑，其組成為氫氧化物的離子聚合而成的多核絡合物，能有效溶解于水溶液。有文獻介紹其防爆機理為：澆注料在受熱干燥時，堿式乳劑的脫水膠化在基質(zhì)中形成網(wǎng)片狀微裂紋通道，從而增大了澆注料的透氣率。另據(jù)稱堿式乳劑能抑制或延緩CAHl0的生成，也可提高澆注料的防爆裂溫度。為進一式對乳劑防爆劑進行了應用研究， 通運用量匹配研究，將澆注料抗 爆裂溫度從原來的安全防爆溫度減小， 5000C提高到8000C，使快干防爆 澆注料有了更安全的使用性能。 “運過上述一系列改性研究，獲得了系列低水泥結合A12

10、03 SiC-C質(zhì)快干防爆澆注料，性能如表1所示。 三、主出鐵溝儲鐵式改造 大高爐鐵溝之所以通鐵量 高，使用壽命長，不僅因為是使用高檔次的Al2O3 SiCc質(zhì) 澆筑料，而且因為應用了儲鐵式結購。即大高爐的出鐵溝主溝在出鐵期間和出鐵間隔時間內(nèi)鐵溝內(nèi)總是儲存大量的鐵水，因此 鐵溝內(nèi)的耐火材料所處溫度環(huán)境 相對恒定。 傳統(tǒng)的單鐵口高爐主鐵溝溝底坡度較大，而且撇渣器出鐵口溝底標高幾乎接近于撇渣器前端進鐵口處主溝溝底的標高。因此，每次出完鐵以后主溝溝底不會留存殘余鐵水，并完全暴露在空氣中。更有甚者，為了使鐵溝溫度迅速降低以便清渣和鋪沙，很多工人操作時還要向剛出完鐵的溝內(nèi)澆水。因此，小高爐鐵溝耐火材料會

11、反復出現(xiàn)因溫度驟降和水冷而發(fā)生收縮開裂等急冷急熱的損壞問題。由于溝底不存鐵水，因此出鐵沖擊區(qū)的鐵水流對溝底沖擊損害嚴重，而這種落鐵點沖擊正是小高爐主鐵溝損壞的最重要原因之一。但是，到目前為止，還沒單鐵口半儲鐵式鐵溝的工藝方案與實踐，主要是因為沒有合適的快干快烘鐵溝澆注料來進行配套，無法實現(xiàn)后續(xù)的快速修補與維護，而這種鐵溝的修補又是必須的和持續(xù)的。 由于有了上述新研制的快硬快烘鐵溝澆注料，因此將單鐵口高爐出鐵主溝改造為儲鐵式鐵溝結構就有了物質(zhì)條件。儲鐵式出鐵主溝的改造或設計方法如下：首先抬高撇渣器出口端溝底的標高，使其遠高于撇渣器進鐵口處主溝底的標高。主鐵溝從出鐵口組的，是碳質(zhì)搗打料加水管冷卻。

12、前者使用壽命為13個月(大部分是1個月)，后者使用壽命則是半年左右。需要說明的是，碳質(zhì)搗打料加水冷的撇渣器，雖然使用壽命較長，但耗水量大、能耗高，而且如果一旦出現(xiàn)漏水問題，則會出現(xiàn)重大事故。 實際上，撇渣器最易損壞的部分是中間的過梁。本方案在改造主溝的同時將撇渣器改為可更換式過梁，即撇渣器過梁是預制塊并事先仔細烘烤過。由于過梁可快速更換以及溝底澆注料的長壽命，因此，新型撇渣器無需再備“副撇渣器”，這不僅可節(jié)省了成本，還為出鐵場節(jié)省了可貴的爐前作業(yè)空間。為了盡可能使撇渣器與鐵溝修補工作同步，撇渣器過梁材料的設計與選擇至關重要，撇渣器橫梁材料的理化指標見表1。 四、使用實例與效果 2008年9月，

13、利用沙鋼集團淮鋼特鋼公司450m3高爐大修之際，北京聯(lián)合榮大公司對其鐵溝進行了整體改造：爐前全部鐵溝(包括主溝與支溝)全部采用低水泥結合A1203-SiC-C質(zhì)快干防爆澆注料進行整體澆注，主出鐵溝改造為儲鐵式，采用單一撇渣器，并將撇渣器改為可更換預制過梁式。 主溝施工結束2h，就已經(jīng)硬化，可以脫模。脫模2h后即開始烘烤，4h后大火升至800。 實踐證明：快干防爆鐵溝澆注料的成功研發(fā)和單鐵口高壙出鐵溝儲鐵式改造技術(專利號2008201804058)的應用，將使小高爐出鐵場的作業(yè)現(xiàn)場發(fā)生革命性的改變。 指標 主溝 支溝撇渣器橫梁體積密度，gcm3 1100C X24h 10000C X3h 14500C X 3h 286 280 277 236 232 234 252 耐壓(抗折)強度，MP：1100C X 24h10000C X 3h14