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    行業資訊

    高爐出鐵溝用耐火材料的性能要求

    作者:超級管理員 發布時間:2022-04-15 15:38:39 點擊量: 110

    高爐出鐵溝用耐火材料的性能要求,高爐出鐵溝是引出高溫鐵水或熔渣的通道,其耐火襯里應具有下列特性:1)耐鐵水和熔渣的侵蝕和沖刷能力強;2)熱震穩定性好,重燒體積變化??;3)抗氧化能力強;4)容易施工,不粘結渣鐵,便于修理和拆除;5)不產生有害氣體,有利于保護環境。

    美國大中型高爐出鐵溝曾試用過高級耐火材料,但最常用的還是碳磚補里加保護層的構造型式,使用十分成功。碳磚大塊分溝底磚和溝壁磚兩種。為了防止碳磚氧化,一般用碳磚砌完出鐵溝后,必須采用不定形耐火材料作保護層。例如,伯利恒鋼鐵公司高爐出鐵訟采用碳磚砌筑,用耐火涂抹料作保護層,其配合比如下:小于318毫米的碎焦米60公斤,耐火粘土135公斤,軟化點為163℃的煤瀝青135公斤,水26公斤。施工時,先將涂抹料拌好,用手工涂抹在碳磚上,厚度一般為140毫米。這種保護層的壽命為一個月左右,仍有殘襯,但要進行修理。另一資料介紹,15003000米的高爐出鐵溝碳磚襯里保護層配合比為:天然石墨10%,碳化硅48%,耐火粘土30%,泡沫樹脂12%。保護層厚度為70~100毫米,用煤氣烘烤2~4小時即可出鐵。鐵水通過量一般為4~6萬噸。

    蘇聯彼得羅夫斯克廠在10333的高爐出鐵溝上,采用不燒耐火材料作襯里,其配合比為:耐火粘土125%,核桃售25%,廢方鎂石尖品石磚粒40%,瀝青10%,另加適量的紙漿廢液。首先,用上述配比材料制成不燒磚,砌在鐵溝非工作層上;然后,再用該料搗打鐵溝工作層。這種出鐵溝襯里的壽命可達40晝夜,但工作層每2~3天應進行小修一次。最近,馬格尼托哥爾斯克鋼鐵公司在高爐出鐵溝上試用了三種耐火搗打料,其結合劑均為瀝青和粘土,基質料為碳質材料。在此基礎上,分別摻加3毫米以下的碎焦、碳化硅廢料和電熔氧化鋁廢渣與碎焦(二者之比為31),從誰配制了三種耐火搗打料,在10座高爐主鐵溝上使用,年平均壽命分別為4.20、8.1510.37晝夜,即后一種耐火搗打料襯里的使用壽命高,另外拆除較方便。

    西德中小型高爐出鐵溝襯里一般采用摻有碳化硅的材料建造,其壽命比未摻碳化硅的提高1~2倍。據報導,高爐出鐵溝采用快硬泥料作襯里時,使用效果較好。該泥料配合比為:高嶺土質砂78%,煤粉5%,焦油14%,酚醛樹脂3%,外加硬化劑六亞甲基四胺12~40%。硬化劑能促使焦油中所含的酚和胺參與反應,從而提高泥料的凝固性。大型出鐵溝襯里,一般采用化學結合的 SiC-C-剛玉-莫來石質耐火搗打料,有摻加氮化硅,以增強抗氧化性和耐磨性。該料的一般化學成分為:Al2O3 62.6%,SiOz 6.06%,Fe203 55%,SigN 55%,SiC 13.22%,C 8.08%,燒失2.66%。1450℃加熱并保溫2小時后的耐壓和抗折強度分別為142.8公斤/厘米和20.4公斤/厘米,開口氣孔率為25.4%。

    法國高爐出鐵溝襯里用的耐火搗打料配合比為:0~8毫米的葉蠟石20~60%,0~1毫米的碳化硅5~30%,小于0.5毫米的塑性粘土6~20%,3~5毫米的石英5~25%,小于0.5毫米的固體瀝青5~15%,水7%。該料在高溫下由于葉蠟石的膨脹,可抵消搗打料的部分收縮,以保持襯里體積的穩定性。

    日本大型高爐較多,高溫高壓操作,出鐵量大、溫度高、流速快、次數頻繁、時間長,同時渣量也大。所以,出鐵溝襯里工作條件惡劣,使用壽命較知。為此,日本對溝料及其施工方法進行了廣泛的研究,并獲得顯著效果。出鐵溝溝料一般選用焦油或樹脂與燒結氧化鋁、電熔氧化鋁、碳化硅、碳質料和粘土等材料,配制成耐火搗打料,基本滿足了生產的要求。下表為日本高爐出鐵溝用耐火搗打料的材質和性能。該料用塑料袋包裝,單重25公斤,現場約加7%的水調制,使用方便。

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    日本中小型高爐出鐵溝一般選用牌號R-SNBF-NBF-F等搗打料作襯里,以粘土或瀝青作結合劑,也有采用化學結合劑的。大中型高爐出鐵溝則用R-AK3R-A2BF-ASI、BF-K改、A-5AT,等牌號的溝料。出鐵溝溝底和與鐵水接觸的部位,也可以分別采用牌號R-SNR-S等耐火搗打料制作襯里。 R-AK的配合比如下:小于8毫米的電熔氧化鋁30%,優質石墨7~10%,碳化硅15~20%,粘土5~10%,外加適量的化學結合劑(一般為磷酸等)。

    日本坩堝公司提出的高爐出鐵溝溝料配合比為:氧化鋁55~75%,碳化硅10~30%,碳5~20%,化學結合劑5~12%。該料對鐵水和熔渣均有較好的抗蝕能力。

    高爐出鐵溝用耐火材料的選擇和配制時,應注意下述問題:燒結或電熔氧化鋁的粒徑,大于1.5毫米的應占其用量的75%以上,以增強高溫耐磨性;碳化硅起填充作用,并形成溝料的基質體,因此粒徑應小于3.4毫米,其中小于0.5毫米的應占60%以上;含碳材料可選用天然石墨或無定形碳,粒徑也要小于0.3毫米。下為新日鐵高爐出鐵溝主溝襯里使用情況。

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    從表中看出,大于4000米的高爐出鐵溝采用更換式的,其襯里不經修補能通過鐵水量為2.5~4.5萬噸,經修補或噴涂2~6次,總通過鐵水量約為10萬噸;小于20003的高爐出鐵溝一般用固定式的,其襯里不經修補能通過鐵水量為3~4萬隨,若修補3~4次后,亦可達9萬噸左右。

    根據日本對高爐主鐵溝襯里損毀的調查研究表明,由于主鐵溝直接受鐵水的沖刷,損毀較嚴重,靠近出鐵口處的溝襯蝕損速度般為(60~85*10-6毫米/秒。近年來,日本新日鐵公司、黑崎窯業公司和品川耐火材料公司等單位,為了提高高爐出鐵溝襯里的使用壽命,改善施工操作條件,開發了澆注施工法(N-Cast法) 芯模振動成型法(VF法)和芯模干式振動成型法(SVP法),并代替了搗打施工法在鐵溝上得到了應用。這三種方法的共同點是不拆除鐵溝殘襯,并可

    充分利用,能降低耐火材料的消耗。N-Cast法系用振動器插入溝料中直接振動的,溝料水分較多;芯模振動成型法的振動器是安裝在芯模內的,利用低水分的溝料觸變性,振動時料流動且逐漸致密化,停止振動后,溝料便成形和凝固。VE法與SVP法的區別是芯模構造不同,另外前者用的溝料水量為4~6%,而后者可不用水,成型后即時使。下圖萬澆注飾工法和技模式抓動成型法的示意圖。

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    高爐出鐵溝采用上述三種方法施工時,其步驟如下:1)清除殘鐵和殘渣,并吹掃干凈;2)支設胎模并加荷重,或者安裝振動成型機;3)加入溝料和振實。出鐵溝采用耐火澆注料作襯里時,需要養護1~2小時,干燥7~8小時;如用耐火振動料施工襯里時,僅需5.5小時,成型后即可使用,但灰塵太大,需加微量液體油米物質。該方法與搗打施工法比較,施工時間縮知到1/10節省工時4/5,同時質量好,使用壽命可提高一倍左右,耐火材料消耗降低1/3。

    下表為日本高爐出鐵溝用澆注料和振動料的性能。耐火澆注料一般采用結合粘土作結合劑,也有用鋁酸鹽水泥或磷酸鹽的。

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    日本福山廠5座高爐出鐵溝均用澆注或干式振動方法制作襯里,使用效果較好。例如,3號高爐爐容32233,出鐵溝社里用澆注法施工,澆注料配合比為:耐火骨料100%,外加樹脂1~10%,粘土0.5~30%,磷酸鹽0.2~1.0%,硬化劑0.2~1.0%。該襯里與搗打法相比,主鐵溝流鐵量由9萬噸增加到30萬噸,使用壽命由40天延長到120天,維修量小,溝料單耗由0.95公斤/噸鐵降至0.65公斤/噸鐵,但烘烤時間需延長3個小時;4號高爐炒容4288米,非貯鐵固定式出鐵溝襯里,采用SVP法施工,振動料配比為:覆有樹脂的鋁粉0.1~50%,粘土1~8%,金屬硅或合金硅1~5%,余為耐火骨料。該襯堅使用過程中未經修補,流鐵量達到3.7~3.9萬噸,耐火材料單耗僅為0.58公斤/噸鐵。應當指出,高爐出鐵溝的主溝襯里溝料,一般采用電熔氧化鋁一碳化硅系材料作骨料,其余部位襯里的溝料,則用葉蠟石一碳化硅系材料作骨料。

    據資料介紹,日本新日鐵公司在高爐出鐵溝上,自1978年以來普追采用N-Cast法和SVP法施工襯里,使用壽命顯著提高。耐火材料消耗降低到0.3公斤/噸鐵左右。

    下圖為高爐主鐵溝剖面圖。眾所周知,高爐出鐵溝村里最易損毀的部位是主鐵溝,特別是距出鐵口1~2米處的湍流區和撤渣器底部襯里損毀更快。這是由于高溢下鐵水和熔渣的機械沖別和侵蝕造成的。因此,這些部位要選用強度高、耐磨性好和抗氧化能力強的溝襯材料。

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    高爐出鐵溝主溝可分為貯鐵式、半貯鐵式和非貯鐵式三種型式(見下圖)。另外,從使用方式上又分為出定式和更換式兩種。從圖中看出,貯鐵式主溝因有300~500毫米的鐵水層,溝底襯里幾乎很少損壞;非貯鐵式主溝,鐵水直接沖點溝底襯里,損毀嚴重;半貯鐵式主溝襯里的損毀,介于兩者之間,即溝底和溝壁的襯里損毀程度兒乎一樣。另外,出鐵溝的深度、寬度和長度、以及坡度等因素,對溝襯壽命也有較大影響,應合理選用。

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    根據各國高爐生產的經驗,當高爐有效容積大于20003時,最好選用可更換的貯鐵式出鐵溝,其優點是能按計劃檢修,提高溝襯質量,而且不影響爐前作業。

    高爐出鐵溝渣線及鐵水線等部位的襯里,損毀也比較快,特別是渣鐵比例高時,更為嚴重。為此,可采用熱噴補方法修理溝襯,使之達到均衡損毀,以提高使用壽命。

    高爐出鐵溝用耐火噴涂料,一般應選用高鋁-碳化硅質、Al2O3-SiC-C質和莫來石-碳化硅質等材料。下表為日本東京窯業公司鐵溝噴涂料的品種性能和用途。表內性能指標為實際噴補體切取試樣經1450℃加熱后測定的。


    高爐出鐵溝的噴補,一般系在出鐵后清除襯里上的殘渣殘鐵當溫度為400~900℃時即可開始噴補,也可在常溫下進行。每次進行噴補時,其噴補層厚度為70~150毫米,消耗噴涂料為1.5~2.0噸,需要時間為2~3小時。例如,西德一座高爐,日產鐵量為4000噸,出鐵襯里采用碳化磚質噴涂料進行多次熱噴補,能連續使用五個多星期,鐵水通過量達15萬噸左右。

    最近,各國十分注意環境保護工作,在高爐出鐵溝襯里長壽的基礎上,安設有襯置蓋,并配有吸塵裝置。這樣做,不但改善了高爐爐前的作業環境,而且鐵溝襯里受到的熱沖擊減輕,壽命有所提高。



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