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不定形耐火材料的新进展
不定形耐火材料的新进展

    本文简要介绍了在炼铁、炼钢、建材、电力、石化方面,不定形耐火材料及施工技术的新发展。 1。引言 不定形耐火材料作为一种筑炉耐火材料,由于它具有节约能源、生产施工简便、使用寿命长等一系列优点,已日益受到广泛的重视。不定形耐火材料专业委员会回顾过去十年不定形耐火材料的发展,感到无论在生产、施工、检测技术等方面都有长足的进步。这期间发表过不少重要的论文著作,又推动着材料技术的深化,现在下面简述这些新发展。 2。炼铁系统 2。1高炉长寿热态维修用不定形耐火材料 随着世界各国钢铁工业的技术进步,高炉朝着大型化、高效化和长寿化发展,逐步采用富氧喷煤、高风温操作、高压炉顶等新的冶炼技术。为适应这一发展,高炉用耐火材料也有了较大的变化,长寿命、新型高效耐火材料逐渐被应用,高炉寿命逐步提高。我国拥有<1000m3容积的高炉28座,1500&#0;2000m3高炉7座,2500+3000m3高炉6座,4000m3容积的大型高炉3座。 高炉长寿化已成为当前炼铁界的主攻方向之一,国外大型高炉一代炉龄可达到15年以上。高炉长寿取决于高炉的设计、制造、施工、耐火材料的配装,以及高炉建成后的冶炼操作、维修等诸多因素。专家认为,高炉建成后,冶炼技术和维修对高炉寿命的作用各占一半,可见维修技术的重要性。高炉内衬耐火材料的寿命是整个高炉实现长寿的重要方面,高炉的耐火材料内衬在冶炼中不断受到各种侵蚀。如要承受炉内温度变化造成的热冲击,炉料和高温气流造成的磨损和氧化作用,铁水、碱金属、Zn和Pb及高炉渣等造成的各种综合复杂的损坏过程。多种作用使炉衬耐火材料变薄、崩裂、脱落等,造成冷却系统的损坏甚至炉壳直接受热变形,形成高炉热点或热区。在一些运行时间较长的炉子常见局部炉壳发红、变形等现象。此时,即需要停炉检修,高炉炉身工作衬的维修,过去一般是停炉后人进入炉内进行更换内衬或喷补修补。每次维修需停炉1~3个月之久,而且能源等方面浪费极大,严重影响高炉的产铁量。遥控喷补是高炉炉身修补的先进方法之一,该方法无需更换内衬,作业时间少、效率高、复产易、节省大量的人力物力,能大大降低能源消耗和提高高炉的出铁量,且能进行高炉处于冷、热状态时的维修。利用高炉的正常定修时间,从高炉外实现对高炉内衬压入维修,是高炉内衬维修技术的重大突破。国外已在数十座高炉采用了定期喷补压入技术,促进了高炉长寿的实现。 我国93年开始在宝钢1“高炉进行了热态喷补和压入,鞍钢、首钢、本钢、太钢等相应进行了高炉热态喷补寿命可达半年以上。压入料在宝钢1#、2#高炉应用,在炉内可形成100~200mm厚的耐火材料内衬,压入后炉皮红区消失,测温低于130℃,寿命可达5个月以上,有力促进了高炉顺行、高产和长寿。 随着高炉炉身中下部、炉腰、炉腹用高铝砖、刚玉砖已被Si3N4结合SiC砖,Sialon/Si3N4结合SiC砖和自结合(p&#0;SiC结合)SiC砖等取代,原有的Al203&#0;SiO2系的喷补料,压入料已不能适应,进一步开发了A1203-SiC或A1203--SiC-C系列的喷补料和压入料。 表1高炉喷补料性能   研制料Ⅰ 研制料Ⅱ 体积密度(g/cm3) 110℃x24h ≥2.0 ≥2.0 抗折强度(Mpa) 110℃x24h ≥7.0 ≥7.0 600℃x3h ≥8.0 ≥8.0 1000℃x3h ≥8.0 ≥8.0 1350℃x3h ≥10.0 ≥10.0 线变化率(%) 110℃x24h ±0.5 ±0.5 1350℃x3h ±1.0 ±1.0 热态抗折强度(Mpa) 600℃x1h ≥5.0 ≥5.0 1000℃x1h ≥8.0 ≥8.0 导热系数(W/m.K) 500℃ ≥2.0 ≥2.5 1000℃ ≥1.6 ≥2.0 化学成分(%) Al2O3 ≥40 ≥20 SiC ≥15 ≥40 Fe2O3 ≤1.5 ≤1.5 附着率(%) ≥85 ≥85 用水量(%) 10~12 10~12   2.2高炉出铁主沟浇注料. 根据高炉容积的不同,我国研究开发了出铁沟浇注料的系列产品,适用于中型高炉出铁沟衬的以棕刚玉为主原料的浇注料和用于容积4000m3大型高炉出铁沟的浇注料。 表2 高炉压入料性能 体积密度(g/cm3) 110℃x24h ≥1.7 1000℃x3h ≥1.6 抗压强度(Mpa) 110℃x24h ≥35 600℃x3h ≥15 1000℃x3h ≥12 热态粘结强度(Mpa) 400℃x1h ≥0.5 硬化时间(分) 150℃ 30~60 化学成分 Al2O3 ≥30 SiC ≥10 C ≤115 以我国目前最大钢铁生产厂宝钢为例,宝钢现有三座容积超过4000m3的大型高炉,产量为9000~10000吨/天,每座高炉每天出铁8~10次,每次约1000吨。由于高炉容积大,压力高,铁水温度和出铁速度相对要高些,铁、渣处理量也很大。出铁沟耐火材料的使用条件日益苛刻,图1为出铁主沟在出铁时和贮铁时各部位损毁因素。 宝钢高炉出铁沟采用A1203-SiC&#0;C质超低水泥浇注料,原来一次通铁量达到5万吨水平,沟料单耗0.46kg/tp,一代沟龄为60万吨水平,和同期国外先进水平相比,主沟使用寿命和沟料单耗都存在差距。当时,日本几大钢铁公司主沟使用寿命一代沟龄通铁量在100~150万吨,主沟料单耗在0.35kg/tp以下,西欧发达国家公司主沟沟料单耗更低,不超过0.3kg/tp。为此,宝钢与冶金建筑研究总院联手研制开发出了高通铁量的新型主沟浇注料。在宝钢高炉主沟上应用,通铁量有了稳定提高,在沟衬厚度250mm条件下,一次性通铁量由过去的5万吨左右提高到目前的6万吨水平,经二次热喷补后周期通铁量10万吨以上,一代沟龄累计通铁量80~100万吨,耐火材料消耗由以前的o.46kg/tp下降到90%,热损≤1.5w/cm2   表12 电炉顶浇注料性能   指标 体积密度(g/cm3) 110℃x24h ≥2.95 抗压强度(MPa) 110℃x24h ≥60 1500℃x3h ≥90 化学成分(%) Al2O3 ≥96 Fe2O3 ≤0.2 SiO2 ≤0.4   3.3.2.电炉底用干式捣打料 炉底耐火材料的损毁主要是化学侵蚀、机械冲击和钢水的冲刷,炉底干式捣打料最早用于欧洲现已普遍采用,它在炼钢温度下能快速烧结形成致密的烧结工作层,可抗冲击和渣铁侵蚀。炉底干捣料的组成见表13。 表13 炉底干捣料的组成 化学组成(%) 奥地利 北美 欧洲 日本 中国 Veitcher Radex MgO 77 85 82 97.6 98.0 77.0 84.5 95.6 81~83 CaO 16 6.0 8.0 1.8 0.8 16.0 1.29 1.1 7~9 SiO2 0.5 0.5 1.0 3.2 0.6 0.5 1.90 2.8 <1.5 Fe2O3 5.5 5.0 8.0 1.2 0.3 5.5     5~7 Al2O3 0.5 6.0 1.0 1.7 0.3 0.5     <0.8 粒度(mm) 6~0 7~0 6~0           5~0   3.3.3直流电弧炉用导电冷捣料和导电热补料 直流电弧炉炼钢是70年代发展起来的一项新技术,近几年发展很快,炉底采用多根钢棒作导电体,其问用捣打料充填,由于此部位存在有额外的传导加热,其蚀损比炉衬的其他任何部位都高、国内开发的导电热补料在100吨ABB型直流电弧炉使用,铺展性好,导电正常、无上浮,吨钢消耗为1.45kg,导电冷捣料也已使用,效果良好。导电热补料理化性能见表14,导电冷补料理化性能见表15。 表14 导电热补料理化性能   1200℃碳化后物理性能 化学成份(%)   显气孔率(%) 体积密度(g/cm3) 抗折强度(MPa) 比电阻( Ω.mX10-3 MgO C 开发料 35 2.20 0.33 2.4 82.66 7.5   表15 导电冷捣料物理性能 处理条件 显气孔率(%) 体积密度(g/cm3) 抗折强度(MPa) 耐压强度(MPa) 比电阻(Ω.m) 200℃x14h 13.6 2.76 5.4 10.4 1.1x10-1 1000℃x3h 21.2 2.51 5.6 16.7 5.2x10-4 4建材、电力、石化用不定形耐火材料 4.1建材 新型干法水泥窑予热器里,由于水泥原料中有害杂质碱、氯、硫的循环富集作用,会使予热器旋风筒的锥体部位上升烟道、下料斜坡发生结皮、堵塞,同时清除结皮劳动条件极为恶劣,新型抗结皮,防堵塞浇注料应用提高了水泥的安全运转率,稳定了水泥窑的工艺状况。水泥窑用新型浇注料性能见表16 表16 水泥窑用新型浇注料性能 牌号 KT-50S 体积密度(g/cm3) 1200℃x3h 2.5 抗折强度(MPa) 110℃X24h 9 1200℃x3h 15 耐压强度(MPa) 110℃X24h 120 1200℃x3h 130 显气孔率(%) 1200℃x3h 12 化学成分(%) Al2O3 27 SiO2 20 SiC 50.6 4。2电力 高强循环流化床锅炉能强化燃烧,传热热效率高,燃料适应性广、操作方便、可减少污染,是一项大力发展的新型燃烧装置,但由于该种锅炉多应用低热值, 高灰分的劣质燃料,多为<10mm的颗粒,因此对燃烧室炉墙及分离器等处的热态磨损远高于一般锅炉,对所使用的耐火材料提出了更高的要求. 国内某厂研制的绝热耐磨材料(刚玉质涂抹料)指标如下(表17)。使用寿命超过1万小时,并经过多次停、开炉温度急骤变化的考验。 表17 循环流化床锅炉用绝热耐磨材料技术性能 项目 指标 耐火度(℃) ≥1790 抗折强度(MPa) 110℃x24h ≥9 800℃x3h ≥12 1450℃x3h ≥14 耐压强度(MPa) 110℃x24h ≥80 800℃x3h ≥85 1450℃x3h ≥100 线变化率(%) 800℃x3h ≤±0.1 1450℃x3h ≤±0.5 化学成分(%) Al2O3 ≥85 线膨胀率(%)(室温~900℃) 0.36 4.3石化 炼油厂催化裂化装置中,其反应器旋风分离器,再生器反应器入口锥体和滑阀部位工作条件极其苛刻,长期经受高温高速,气流粉尘的冲刷作用,要求做为衬里的耐火材料具有耐高温、耐磨、抗剥落和抗冲刷等性能。耐磨浇注料性能见表18 。 经二年多使用,检修未发现麻面、剥落、磨损量少于2mm。 5不定形耐火材料施工技术的发展 5.1浇注料的湿法喷涂 如前所述,不定形耐火材料,特别是浇注料应用量大,面广,品种也从普通的浇注料,发展到今天有了低水泥、超低水泥浇注料、自流浇注料等。其施工以现浇为基础,施工量小简单易行,如果连续大量施工,则劳动强度大,施工时间长。90年代国外发展了快速施工的喷涂技术,并在多种窑炉上进行了施工。这就是湿法喷涂,实际上是指泵压送到喷咀处的湿法喷涂,其概要如图2。 表18 耐磨浇注料性能 项目 指标 体积密度(g/cm3) 110℃x24h 3.06 540℃x3h 3.06 815℃x3h 3.07 抗折强度(MPa) 110℃x24h 24.0 540℃x3h 27.1 815℃x3h 28.6 耐压强度(MPa) 110℃x24h 102.9 540℃x3h 117.4 815℃x3h 113.6 线变化率(%) 110℃x24h -.012 540℃x3h 0 815℃x3h 0 化学成分(%) AL2O3 91.2 结合方式 复合磷酸盐 最高使用温度(℃) 1700   图2 湿法喷涂系统简图 湿法喷涂有如下优点: (1)施工质量高 湿喷能得到与浇注施工质量不相上下的施工体。 (2)效率高 湿喷单位时间施工量大,可达到10吨/时。 (3)无需支模 与浇注料比,在成本方面有利。 (4)无尘施工 施工时无粉尘,对环境保护有利。 (5)可在高温下施工 (6)可以输送至高处喷涂 正因为有上述优点,现正逐渐被用户所接受。 湿法喷涂应用举例: (1)高炉出铁沟造衬和热态修补 某厂在3000m3高炉主沟上,取代原有浇注料。结果表明,在主沟的所有部位(从出铁口至除渣区),喷涂料的耐久性都与标准浇注料相同。与使用标准浇注料相比,施工前要去除的残衬量也有大幅度降低。因此,材料的单位消耗量下降30%以上。也免除了设置模板和拆模的作业,从而节约了整个安装施工过程中的劳动力和工时。 对修补作业来说,湿喷料的耐久性超过干喷料的3倍。由于延长了铁沟使用寿命,也使材料单耗降低了10%以上。 (2)钢包内衬施工 在某厂25吨钢包包壁和底部试验,附着率95%。使用后观测熔损速率和浇注料相同,但施工时间缩短了一半。 (3)水泥厂旋风分离器部位的高处施工 施工时扬程65m进行压送、喷涂,与浇注料比,工期缩短一半,施工体运转一年后完好,寿命稳定。 (4)用子焚烧炉 在日处理量58吨的流动床式焚烧炉上施工,水平输送距离l00m,从高度30m的部位施工,与过去支模浇注施工比较,工期缩短一半,施工费用节省70%。 关于泵送湿喷技术,国内某大型钢厂己牵头引进了喷涂机,并在高炉出铁主沟及摆动沟上进行了试验,尚处于初始阶段。 5.2耐火可塑料喷涂 由于耐火可塑料施工后可直接点火而不用担心爆裂,热态性能比浇注料好,尤其具优良的抗剥落性、抗化学侵蚀性,所以多用来构筑加热炉、均热炉等窑炉的炉衬。但是,可塑料施工需用风锤捣打,工期比较长,劳动强度也大。在国内使用受到限制。尽管后来开发出了粘土结合浇注料,但也不具备可塑料的全部优良性能,使用起来并不理想。 八十年起国外开始研究开发适于喷涂施工的耐火可塑料及其喷涂设备。至今已成功地在加热炉、均热炉、焚烧炉及水泥窑上获得应用。 表19喷涂机的主要规格 Name of machine Item Reed gun Material hose diameter(mm) 50 45 38 Outlet Capacity (m3/h) 1.0~3.0 1.0~2.5 1.0~2.0 Feedable distance of material (m)       Horizontal 60 40 20 vertical 30 20 10 Outlet pressure (Mpa) 0.3~0.5 Required air volume (m3/min) More than 15 More than 12 More than 10 Required air pressure (Mpa) 0.5~0.75 Power source 3 pole 220v 3.7kW Size of unit (mm) 1300L x 850W x 1100H Weight (kg) 350 耐火可塑料喷涂施工就是用专用的喷涂机把有适当粘性的可塑料,由压缩空气供料,沿软管输送,从喷咀喷出构筑炉壁。图3表示可塑料喷涂机械配置图。 图3 耐火可塑料喷涂机和供料机组合施工 这种施工方法有如下优点: (1)在适宜用耐火可塑料的部位,不需要捣打,改用喷涂施工,速度提高数倍; (2)材料呈湿润状,劳动环境好; (3)可无模施工,对于复杂形状的炉壁也容易施工。 国外己开发出多层喷涂造壁的施工方法。即先喷涂炉壁外侧的保温层材料,表面加工硬化后再喷涂中间隔热层材料,最后喷涂炉内侧工作层的可塑料,构成复合层炉壁。 鉴于有上述优点,国内某大型钢厂计划在热轧大跨度加热炉大修时采用可塑料喷涂,现正在准备阶段。 6结语 上面谈到的不定形耐火材料技术发展的新动态,肯定不够全面。但是,钢铁、建材、电力、石化等行业的诸多同仁的论述文章,会弥补这方面的不足。另外,随着我国钢铁生产发展到“控制质量,调整结构,提高效益”的阶段,钢铁企业对耐火材料也会提出更高的使用要求,必然要促进不定形耐火材料向高质量、多品种的方向发展,需要耐火行业的工作者结合实际来开展工作。 参考文献 [1]李庭寿.《钢铁工业用耐火材料技术发展》,99全国连铸与电炉用耐火材料学术年会论文集P45&#0;56。 [2]刘兴平、陈守牛等.《高通铁量铁沟浇注料的研制与应用》,99全国不定形耐火材料学术会议论文集p295&#0;298。 [3]《耐火物》1997,No.ll,P623。 [4]《耐火物》2000,No4,P222&#0;233。 [5]刘根荣.<<不定形耐火材料的研究与应用》P166&#0;175。 [6]李庭寿、冯改山等。《钢铁工业用节能降耗耐火材料》。

发布:管理员 时间:[2006/3/15]
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