高炉进风装置内衬耐火材料的开发与应用.doc

高炉进风装置内衬耐火材料的开发与设计世林（漯河）冶金设备有限公司张海佑 郭荣霞摘要: 选用铝镁尖晶石结合的刚玉耐磨浇注料，耐高温涂料为原料，做试块，在底部注模面刷涂一定厚度的涂料，在不同温度下烧成，在试验研究的基础上，分析了不同厚度的涂料，在不同温度下对材料耐磨性能的影响结果表明：涂刷合理厚度的涂料能大大提高材料的常温耐磨性能,进一步做试验测试涂刷涂料后的隔热效果以此设计多层材料施工，加强隔热并投入了高炉热风管进风装置工业应用，效果良好关键词: 进风装置、浇注料，涂料，耐磨性 , 隔热性目前,炼铁技术提高送风温度已成为必然,但是送风管道能不能承受新负荷,已经带来技术瓶颈,为此必须采用新材料和新工艺制做送风管道满足炼铁技术的发展本文对送风管道上直吹管内衬材料的耐磨性, 隔热性进行了研究和试验, 试验数据表明采用新材料、新工艺后应用效果显著提高1. 选用材料指标及配制1.1 选用主要原料选用的材料指标见表 1表 1 原料化学组成（%）原 料 Al2O3 MgO SiO2 CaO Fe2O3 TiO2 K2O+Na2O电熔棕刚玉 95.60 0.16 1.20 0.20 0.40 3.30 -矾土基刚玉 98.7 0.02 0.01 0.03 0.15 0.01 0.06电熔镁砂 - >97.00 - - - - -水泥 71.01 - 97 - - - -电熔镁铝尖晶石 70.40 28.40 0.30 0.40 - - -1.2 配料过程粗骨料（6~3mm）电熔棕刚玉，细骨料（3~0.5mm） 、 320 目粉料均采用矾土基刚玉、电熔镁铝尖晶石，骨料总比例 62~72%，320 目电熔镁砂粉料、水泥 、硅灰、 α- Al2O3、 、工业级 Cr2O3、复合减水剂、防暴剂、若干配料，混合，加水 5.5~5.8%，做试块 40×40×160mm, 110 ℃± 5 ℃烘干 12h，测量各项指标，见表 2表 2 铝镁尖晶石结合的刚玉耐磨浇注料指标:化学成分，%耐压强度，Mpa抗折强度，Mpa线变化，% 体密，g/cm 3 气孔率，%110℃1350℃110℃1350℃1350℃ 110℃ 110℃1350℃空白 刷涂料Al2O3 ，82MgO ，8.2Cr2O3 ，3.1 75.6 90.0 8.5 11.7 0.20 2.98 14.0 15.0 8.7注：1350℃气孔率为表面涂刷涂料后并烘干所测试1.3 耐高温涂料 选用 Al2O3 —Zr2O3 质加红外线不透明复合材料，指标见表 3表 3 耐高温涂料指标项 目 指 标粘结强度 Mpa ， 17线变化%，1000℃×6h， 0.05;热导率 W·(m·K)-1， 0.3发射率 ，1200℃ 0.871.4 硅酸铝纤维纸选用硅酸铝纤维纸（厚度 2mm）作为隔热材料，指标见表 4表 4 硅酸铝纤维纸指标项 目 指 标长期使用温度/℃面密度/g·m -2密度/ g·cm -3加热线变化/%抗张强度/Pa15mm×200mm热导率/W·(m·K) -11000200~7000.35~o.44<4纵向 2085~2597横向 116~1776700℃,0.095;900℃,0.108;1000℃,0.1352. 耐磨性试验过程2.1 试块制做用铝镁尖晶石结合的刚玉耐磨浇注料,按 YB/T5201.1—2003 制做 100mm×100 mm×25mm 样品,其中 4 块为空白样品,12 块进一步做下步试验;2.2 涂刷涂料将 12 块样品分为三组,每组三块, 在底部注模面用刷子刷不同厚度的涂料,110℃±5℃烘干,厚度如下:2.3 烧成每组两块，在 1250℃×3h，1350℃×3h 烧成后,观察表观状况,2.4 测试测试常温耐磨性能,指标及表面状况如下表 5、表 6表 5、1250℃×3h组别 空白组 A 组 B 组 C 组涂料厚度，mm 0 0．1 0．3 0．5烧后现象 正常 涂料附着表面 涂料附着表面 表面有微裂纹耐磨性 8．9 5．8 5．6 不测试表 6、1350℃×3h组别 空白组 A 组 B 组 C 组涂料厚度，mm 0 0．1 0．3 0．5烧后现象 正常 涂料渗如表面 涂料渗入表面 表面有微裂纹耐磨性 8.6 5.6 5.2 不测试2.5 切样切开样品，断面断面，涂料渗入深度，均在 1~2mm 左右。

3. 隔热性能试验图 1. 试块图试块制做两块，其中一块在钢板内侧，平铺硅酸铝纤维纸，在模型中浇筑试验料，养护，烘干，在料表面刷涂 0.2mm 厚涂料，再烘干另一块不涂刷涂料，制作工艺同第一块见图 1分别放置于电炉炉门处，缝用高温密封材料封严，均按同一升温曲线（到 1200℃）升温，对浇注料表面进行加热，测试块内外表面温度，数据见图 202004006008001000120014001 2 3 4 5 6 7 8 9 101112 1314 1516 1718 19时 间 (10min）温度KK'炉 温图 2 各点温度曲线注：K 为有涂料试块外表面（钢板）温度平均值，K’ 为无涂料试块外表面（钢板）温度平均值数据显示，炉温升至 1200℃后，两试块外表温度相差 100℃以上4 结果分析根据测试数据，耐磨性指标提高 35%左右，气孔率指标下降 42%，表面温度下降100℃以上以上试验结果表明，涂料刷涂后，材料的常温耐磨性大大提高，隔热效果明显进一步分析研究，涂料在以上温度下出现液相并形成低溶点溶体，进一步与底材固相反应生成镁铝铬尖晶石，由于涂料添加大量超微粉制作，并添加反应活化剂，在 1100℃~1350℃尖晶石合成化完成，低溶点溶体渗入表面，表面一定深度气孔微细化，致密化，降低了对流传热的效果，最终刚玉骨料由生成的尖晶石结合，基质得到优化，整体材料高温性能良好。

基质的优化，材料强度提高，耐磨性能得到明显改善，完全满足高风速的冲刷，涂料中添加了红外线不透明物质，热辐射传热作用减弱，气孔微细化使热对流作用同样减弱，隔热效果进一步增加，超薄硅酸铝纤维纸代替传统的轻质浇注料的应用，同样的隔热效果可以降低隔热层重量，对于减轻设备重量有重要意义5 在进风装置设备上设计应用根据上述实验结果，在进风装置上进行设计，见图 3 图 3 进风装置弯管、直吹管部分6 工业应用试验我公司在高炉、热风炉进送风管道设备系统内衬进行了如上的设计施工，硅酸铝纤维纸铺设 5mm~2mm 厚，内衬耐火材料厚度如下，涂料施工按试验方案进行应用于江苏、河北两家钢厂工艺参数见下表 7、表 8： 表 7 江苏某钢厂工艺参数、进风管道表面温度参数 数值高炉 /m3 450送风温度/℃ 1150风压/Mpa 0.25直吹管表面温度/℃（内衬材料厚度 40mm） 240 其它管道表面温度/℃ ＜150注：直吹管共三套，一套灌渣报废外，其余寿命均超过 10 个月仍在使用。

表 7 河北某钢厂工艺参数、进风管道表面温度参数 数值高炉 /m3 500送风温度/℃ 1170风压/Mpa 0.26直吹管表面温度/℃（内衬材料厚度 50mm） 240 其它管道表面温度/℃ ＜150注：直吹管共三套，寿命均超过 8 个月仍在使用6 结论：利用尖晶石结构牢固、熔点高、热膨胀小、热应力低、抗热震性好的优点，靠原位反应生成，大大改善了材料的基质性能，优化配比及各种添加剂，材料可以在较低温度下活化烧结，得到优良高温力学性能的不定型耐火材料材料，比传统莫来石材料、高铝质材料优越。

利用高温涂料烧结后可以增加底材耐磨性，可以隔断辐射传热，对于节能降耗有重要意义硅酸铝纤维纸，导热率极低，保温效果优良；其柔软性能，可缓冲工作层产生的热应力，防止裂纹扩展密度小质量轻，对于降低设备重量施工方便有重要意义采用以上材料和工艺制作管道内衬材料可以满足高炉炼铁提高风压和风温的要求作者：张海佑，1968 年生，耐火材料工程师，：13693955309，邮箱：lyhaiyou@ 联系地址：河南省漯河市湘江西路 386 号，邮编：462000。