高炉出铁沟用耐火材料的发展及其现代产品.pdf

年第期新班钢铁总期高炉出铁沟用耐火材料的发展及其现代产品新疆钢铁研究所周立群提耍简单地阐述了商炉 出铁沟用耐火材料的发展,并对铁沟用现代产 品—浇注料、振动料、捣打料、预制槽等做了较为详细的介绍,最后概括了现代铁沟用耐火材料均属于刃一一系统一、引言近年来,随着高炉 生产操作技术的不断发展,高炉趋 向大型化采用高温鼓风和高压操作,铁水温度高,出铁量增多,流速加快,加之炉外脱磷、脱硫技术的开发,对 出铁 沟耐材的使用条件变得更加苛刻为此,国内外对 出铁沟用耐火材料及其筑造方法颇为重视,并进行了积极的研究和开发二、高炉 出铁沟用耐火材料的发展高炉铁沟是引导高温铁水和溶渣 的通道,其耐火材料 内衬受到铁水和渣液的高温、机械和化学侵蚀首先是铁和渣流动时对耐火材料表层的冲刷作用其次由于 出铁时冷热 的频繁交替或高温的长时间作用下,耐火材料产生微裂纹这类微裂纹促进了铁水和渣液的渗透和结构破坏因此,要求铁沟内衬材料耐铁水和熔渣的冲刷能力强耐热震稳定性好重烧体积变化小抗氧化能力强施工方便,不粘结渣铁,便于修理和 拆除具有均匀、高致 密的结构,强度高不产生有害气体,有利于环境保护年代以前,中小高炉铁沟都是以焦炭、枯土熟料和粘土为主,焦油或糖浆搅拌 的人工捣打料,并为各铁厂自行制造。

这种铁沟衬的使用寿命短,通铁量小于万吨在长期生产实践中,人科逐渐认识到,添加碳化硅和石墨可以明显提高出铁沟的使用寿命在耐火骨料方面,试验了刚玉料、高铝钒土,镁铝尖晶石料等在结合剂方面,试验了树脂结合、水泥结合、粘土结合的各种铁沟料,已逐渐成为适合于大、中、小高炉的各类铁 沟料,特别是高温、高压操作,其出铁量大、流速快、温度高℃、出铁次数频繁、时间长、渣量大,出铁沟内衬材料使用条件恶劣为此,开发了以一一质为主的新一代铁沟料,基本上满足 了生产的要求,通铁量在几万吨至万吨加上施工维修等技术的进步,优质铁沟的使用寿命已大为提高,通铁量达到数十万吨铁沟耐火材料消耗降到八铁左右除材质本身外,筑造方法也是很重要的出铁沟内衬的施工方法,以往是人工或风锤捣打或机械夯实自年代开始,逐渐发展 了一些改善施工操作条件、提高内衬使用寿命的施工方法如浇注施工法一法、芯模振动法法、芯模干式振动法法,这些施工方于年第期新吸钢铁总期法提高 了施工效率,使成型体均匀致 密另外,再加上喷涂铁沟修补,大大 延长了铁沟的寿命三、高炉出铁沟用现代产品现 代 出铁 沟用 耐火材料以一一原料为主,品种众 多但按其筑造方法 的不 同可分 为浇注料、振动料、捣打料、预制槽等四种,分述如下一一铁沟浇注料近年来,一一浇注料逐渐在高炉上推广使用,特别是在大型高炉上大有取代传统 的捣打料之 势。

它 多数是用刚玉或铝钒土 为骨料,刚玉、及碳素为基质,以铝酸钙水泥或粘土 为结合剂,制成散状耐火材料,在现场加水混合浇注成型与制 造 其 它 散状耐 火 材 料 一 样,在骨料选 择中,除充分 考 虑 化 学 成 份,主要 是含量及 杂质含量多少之外,应选用致 密的 电熔或烧结刚玉料或烧结致密、吸水率低的优质矾土熟料只有用低吸水率的骨料,才能配制出性能良好 的致密浇注料对于不定形耐火材料来说,合理选用耐火骨料粒径及严格控制级配是制造优良不定形耐火材料的关键否则影响了浇注粒的和 易性,势必要通过增加拌合水量来达到浇注料流动度的要求,这样就难以配制出致密性浇注料骨料的粒度一般不宜过大,通常应,且在配料 中的粗颗粒应占有足够 的比例,一般应川主要以细粉形式引入,但部分 也可以以颗粒形式 引入当加入量较多时,碳素材料可以选用天 然或人造石墨或无定形碳,但必须是低挥发性的的加入量,视对料性的要求,可以在很大范围内波动,通常在写范围内含量 的增加有利于提高制品抗高炉渣的侵蚀目前,多数商品浇注料 中的含量在,又以写一居多由于与水润湿性不良,浇注料 中含量较低,多数在范围内,一般为由、、高铝 细粉、水 泥和其 它添 加物组成的细粉及数 量也是很 重要 的,只有细粉含量适 中,细粉细度较高时,才能制 出致密的成品。

作为结 合剂 的铝 酸钙水泥,可以使用低钙铝酸盐水泥含一,一和纯铝酸钙水 泥 含纬一,一纯铝酸钙水泥的含量低,杂质少,有利于提高制品的性能纯铝酸钙水泥是以工业氧化 铝和方解石为原料用烧结法或电熔法生产的通常电熔法制备的水泥质量高、活性大,采用它有利于提高制品的强度并使硬化更快也有的工厂同时采用烧结和电熔的纯铝酸钙水泥,适当调配两种水泥的比例,以控制合适的硬化速 度水 泥 的加入量一般为超微粉是超低水泥浇注料 中不可缺少的加入物其一,超微粉具有很好的分散减水功能,超微粉的加入,使浇注料具有触变性 能这种触变结构,在剪 切力的作用下,结构破坏,使游离水放 出此外,超 微粉能填 入一般细粉不能填入的微小空隙中,释放 出游离水,起到了分散减水作用其二,超微粉具有凝聚结合功能,由于超细粉比表面积大,有很高的活性,极易在促凝剂作用下发生 凝聚结合作用因此,超微粉在浇注料中既是分散剂又是结 合剂超微粉作为添加物 的另一原因就是 由于它的加入,可改变传统浇注料水泥水化物的形态,使新的配加材料形成年 第期新班钢铁总期一种脱水 范 围宽,胶结 能力强 的假佛面型水化物,这种水化特 征对浇注料的低、中温强度十分有利,常用 于浇注料 的超 微粉有和超微粉,超 微粉含量在一,粒径 多为印,比表面积 为,,超微粉的加入量不宜过 多,过 多会使浇注料的耐火度下降,常温和高温线收缩增大,一般加入量在左右对于超微粉结合的浇注料,分散剂对减水和增强是必要的。

超微粉是比表面积大,活性强的粉体,必须加入高效分散剂才能充分发挥其作用常用的分散剂有六偏磷酸钠、三聚磷酸钠等磷酸盐、硅酸钠、硫酸盐等无机盐类及其它有机化学分散剂,如腐植酸另外,还有采用复合分散剂的理 想的分散剂应有 良好的分散、增强效果,同时掺入量要少、成本低廉分散剂通常可使浇注料水分降到,仍具有良好的流动性,并具有可调节浇注料硬化时间的作用另外,添加快干剂,如铝粉,可以达到制品快干 的目的,满足了由于高炉 出铁 间隔时 间短暂,对 出铁沟进行快速修补的要求,而且能有效地防止浇注料在加热干燥过程中产生的爆裂现象,在浇注料拌合后,有粉和水 生成和的放热反应,这种显著的放热反应能使料温升高,促进浇注料凝聚硬化,同时能明显地加快脱水这时一定量的氢气逸 出,使浇注料 内部形成均匀的微小开门气孔,这样 在烘烤过程 中浇注料 内部水分能通畅排 出,而达到快速干燥不 易产生爆裂的作用这时控制粉的种类、细度、掺入量是重要的川总之,现代浇注料的配方十分复杂,加 入物众多,各生产厂也严格保密,应该说,根据原料性能和使用条件,加入物是可以在一定 范围内变动的在实际制造过程中,由于有的加入物数量很少,而 充分均 匀地混合是发挥少量 加入物作用的必要条件,所以近年来开发了高效混合设备。

利用高效混合设备,混合出均匀的散状料是生产工艺的关键之一一一铁沟振动料振 动料是适应法 芯模振动法和法芯模干式振 动法 振动成型的泥料,法中装于模芯上的振动器以次的频率、的振幅工作,振动料是 触变性的,一受振动即变得容易流动,而一旦停止振动即变硬它们含有一的水份,施 工后需要与捣打料近似的干燥时间川近年来开发的干式振动料以它特殊的优点—短时 间振动成型、不需要烘烤,即可投入快速升温使用而得到迅速发展,这是由于干式振动料与一般不定形耐火材料不 同,它几乎不含水分和任何液态加入物近年来,日本和联邦德国在高炉 出铁沟系统,采用干式振动料和芯模干式振动成型法法 取得 了显著效果与其它不定形耐火材料相比,干式振动料具有以下优点材料制作方便施工简单施工时间大大缩短 不需要养护和烘烤,可快速 加热耐热震稳定性妖保存期不受限制使用中烧结层较薄,用后清理方便等干式振动料的筑衬和加热时间可减至捣打料的川曾报道,用电熔刚玉为原料,试验了加水量的变 化对混合料填充密度的影响,试验结果如图所示对密度有利的含水 范围是资料表明『‘采用一等高铝熟料为原料,进行 了不同加水量对填 充密度影响的试验,得到 了类似的结果。

试验表明,无水 的干式振动料填充密度较高,加入极少量水分,其填充密度就有明显下降,即使加入的水分,其填充密度就要下降无水的干式振动料,在振 动力的作用下,物料能产生流动,细粉·’·年第期新班钢铁总期一,“,卜卜一卜“厂︵,巨,︶趣辛邻忿二各念水 廿图刚玉颗粒振动料的水分与体积密度的关系料能 充填到极 细小的颗粒空隙中去,获得致 密成型体在干式振动料制造中,合理的颗粒组 成是保证获得最大填充密度的关键同时,要考虑 振动频率、振幅、振动时间的影响,以达到振动时产生最少的颗粒偏析干式振动料是不加任何液 态结合剂的,也不靠水 化产物产生结合强度为了使干式振动料在使用 中具有符合要求的强度和耐 冲刷能力,可以加入少量在低温下产生陶瓷的烧结剂,也可以加入热固性 的结合剂,而 使干式振动料具有合适的烧结温度,合适的烧结厚度和强度联邦德国—干 式 振 动料的成 份为,,,,烧后耐压 强度℃,铁沟施工后在℃一℃加热过 后 即可拆去钢模板,并立即加热到使用温度干式振动料的一大问题是振动施工时产生较 多的尘土污染 环境一一铁沟捣打料在发达国家,捣打料逐渐被浇注料和振动料所取代,但我国至今大部分铁厂还使用捣打料。

一一捣打料配料 中的原 料可以是刚玉,也可以是矾土熟料原料可以是优质的,也有采用含的工业废料的可以是天然石墨、人造石 墨和其它无定形碳素结合剂可以是磷酸、焦油 沥青、树脂或粘土因而这类捣打料品种众多,价格和使用情况可以有很大差别日本黑崎窑业生产的大型高炉铁 沟用一捣料是一种优质的一一捣打料,其骨料采用 电熔刚玉料,粒度小于,其中以一的为主以细粉形式引入,加入量为一碳素以人造石墨粉和其它碳引入,碳含量为一,采用磷酸铝作结合剂为改善捣打性能,应添加少量优质塑性枯土细粉另外,要求在捣打料存放中不变质,允许存放期一般为九个月,在运输和存放后,泥料要均匀、使用 后不收缩或在加热过程中稍有膨胀捣打料的强度要耐冲刷,且在用 后拆除时又不太困难为此,还加入多种少量添加剂,如防硬化的缓冲剂、分散剂、防腐剂等这 种捣打料的性 能好,捣打后的体积密度 可达‘,在大型高炉使用效果 良好北京冶金建筑研 究总院采用优质矾土熟料加和,用复合结合剂制成性能 良好 的铁沟捣打料铁 沟料 的理化指标为,一,一,体 积密度一,,抗折强度一℃烘干,一℃缎烧出铁沟渣线部位捣打料理化性能为,一,一,体积密度一,,抗折强度一℃烘干,℃锻烧。

他们研制的刚玉一一捣打料性 能 为环一,一,一,体积密度,抗折强度一℃烘干,℃锻烧这种优质的捣··,年第期新蕊钢铁总期打料主要用 于大型高炉主铁沟一一铁 沟预制槽适合中小型高炉使用的出铁沟预制槽,它 是采用 优质原料一一,通过搅拌和振动成型、经烘干脱水烧结而成产品主要特点是 整体性强热膨胀 系数小 抗氧化和抗铁渣 的侵蚀力强耐磨、耐铁水冲刷 铺设、安装和更换方便,安装时间短,不影响出铁 周期通铁量高大大减轻炉前工的劳动强度,改善炉前环境卫生铺好后不需烘烤,出铁后不粘渣铁预制槽配料中骨料采用 一等高铝矾土,掺合料采用刚玉、碳化硅、石 墨,增塑剂采用粘土,另加一定量外加剂其中石墨的固定碳含量为,灰分,挥发分碳化硅原料的含量大于原料的化学成分见表表原料化学成分表名名称称,灼减减一一级矾土土,刚刚玉玉二二级矾土土工工业微微微微微微微粘粘土结合剂选用磷酸铝,为在使用时获得较好的胶结性能,溶液的值应控制在之间为改善泥料的性能,可添加适量的超微粉和分散剂等一一铁沟预制槽的理 化指标为写,,,,体积密度·,,耐压强度,抗折强度,烘干「梅山特种耐火材料厂与武汉钢铁学院合作研制的高强度、高密度浇注铁 沟预制槽,经 鞍钢、杭钢等四十多家大 中型炼铁厂使用,千吨铁水熔损率。

使用周期 主 沟为个月以上,支沟为个月。