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                不定形耐火材料的新進展
                不定形耐火材料的新進展

                    本文簡要介紹了在煉鐵、煉鋼、建材、電力、石化方面,不定形耐火材料及施工技術的新發展。 1。引言 不定形耐火材料作為一種筑爐耐火材料,由于它具有節約能源、生產施工簡便、使用壽命長等一系列優點,已日益受到廣泛的重視。不定形耐火材料專業委員會回顧過去十年不定形耐火材料的發展,感到無論在生產、施工、檢測技術等方面都有長足的進步。這期間發表過不少重要的論文著作,又推動著材料技術的深化,現在下面簡述這些新發展。 2。煉鐵系統 2。1高爐長壽熱態維修用不定形耐火材料 隨著世界各國鋼鐵工業的技術進步,高爐朝著大型化、高效化和長壽化發展,逐步采用富氧噴煤、高風溫操作、高壓爐頂等新的冶煉技術。為適應這一發展,高爐用耐火材料也有了較大的變化,長壽命、新型高效耐火材料逐漸被應用,高爐壽命逐步提高。我國擁有<1000m3容積的高爐28座,1500&#0;2000m3高爐7座,2500+3000m3高爐6座,4000m3容積的大型高爐3座。 高爐長壽化已成為當前煉鐵界的主攻方向之一,國外大型高爐一代爐齡可達到15年以上。高爐長壽取決于高爐的設計、制造、施工、耐火材料的配裝,以及高爐建成后的冶煉操作、維修等諸多因素。專家認為,高爐建成后,冶煉技術和維修對高爐壽命的作用各占一半,可見維修技術的重要性。高爐內襯耐火材料的壽命是整個高爐實現長壽的重要方面,高爐的耐火材料內襯在冶煉中不斷受到各種侵蝕。如要承受爐內溫度變化造成的熱沖擊,爐料和高溫氣流造成的磨損和氧化作用,鐵水、堿金屬、Zn和Pb及高爐渣等造成的各種綜合復雜的損壞過程。多種作用使爐襯耐火材料變薄、崩裂、脫落等,造成冷卻系統的損壞甚至爐殼直接受熱變形,形成高爐熱點或熱區。在一些運行時間較長的爐子常見局部爐殼發紅、變形等現象。此時,即需要停爐檢修,高爐爐身工作襯的維修,過去一般是停爐后人進入爐內進行更換內襯或噴補修補。每次維修需停爐1~3個月之久,而且能源等方面浪費極大,嚴重影響高爐的產鐵量。遙控噴補是高爐爐身修補的先進方法之一,該方法無需更換內襯,作業時間少、效率高、復產易、節省大量的人力物力,能大大降低能源消耗和提高高爐的出鐵量,且能進行高爐處于冷、熱狀態時的維修。利用高爐的正常定修時間,從高爐外實現對高爐內襯壓入維修,是高爐內襯維修技術的重大突破。國外已在數十座高爐采用了定期噴補壓入技術,促進了高爐長壽的實現。 我國93年開始在寶鋼1“高爐進行了熱態噴補和壓入,鞍鋼、首鋼、本鋼、太鋼等相應進行了高爐熱態噴補壽命可達半年以上。壓入料在寶鋼1#、2#高爐應用,在爐內可形成100~200mm厚的耐火材料內襯,壓入后爐皮紅區消失,測溫低于130℃,壽命可達5個月以上,有力促進了高爐順行、高產和長壽。 隨著高爐爐身中下部、爐腰、爐腹用高鋁磚、剛玉磚已被Si3N4結合SiC磚,Sialon/Si3N4結合SiC磚和自結合(p&#0;SiC結合)SiC磚等取代,原有的Al203&#0;SiO2系的噴補料,壓入料已不能適應,進一步開發了A1203-SiC或A1203--SiC-C系列的噴補料和壓入料。 表1高爐噴補料性能   研制料Ⅰ 研制料Ⅱ 體積密度(g/cm3) 110℃x24h ≥2.0 ≥2.0 抗折強度(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 線變化率(%) 110℃x24h ±0.5 ±0.5 1350℃x3h ±1.0 ±1.0 熱態抗折強度(Mpa) 600℃x1h ≥5.0 ≥5.0 1000℃x1h ≥8.0 ≥8.0 導熱系數(W/m.K) 500℃ ≥2.0 ≥2.5 1000℃ ≥1.6 ≥2.0 化學成分(%) Al2O3 ≥40 ≥20 SiC ≥15 ≥40 Fe2O3 ≤1.5 ≤1.5 附著率(%) ≥85 ≥85 用水量(%) 10~12 10~12   2.2高爐出鐵主溝澆注料. 根據高爐容積的不同,我國研究開發了出鐵溝澆注料的系列產品,適用于中型高爐出鐵溝襯的以棕剛玉為主原料的澆注料和用于容積4000m3大型高爐出鐵溝的澆注料。 表2 高爐壓入料性能 體積密度(g/cm3) 110℃x24h ≥1.7 1000℃x3h ≥1.6 抗壓強度(Mpa) 110℃x24h ≥35 600℃x3h ≥15 1000℃x3h ≥12 熱態粘結強度(Mpa) 400℃x1h ≥0.5 硬化時間(分) 150℃ 30~60 化學成分 Al2O3 ≥30 SiC ≥10 C ≤115 以我國目前最大鋼鐵生產廠寶鋼為例,寶鋼現有三座容積超過4000m3的大型高爐,產量為9000~10000噸/天,每座高爐每天出鐵8~10次,每次約1000噸。由于高爐容積大,壓力高,鐵水溫度和出鐵速度相對要高些,鐵、渣處理量也很大。出鐵溝耐火材料的使用條件日益苛刻,圖1為出鐵主溝在出鐵時和貯鐵時各部位損毀因素。 寶鋼高爐出鐵溝采用A1203-SiC&#0;C質超低水泥澆注料,原來一次通鐵量達到5萬噸水平,溝料單耗0.46kg/tp,一代溝齡為60萬噸水平,和同期國外先進水平相比,主溝使用壽命和溝料單耗都存在差距。當時,日本幾大鋼鐵公司主溝使用壽命一代溝齡通鐵量在100~150萬噸,主溝料單耗在0.35kg/tp以下,西歐發達國家公司主溝溝料單耗更低,不超過0.3kg/tp。為此,寶鋼與冶金建筑研究總院聯手研制開發出了高通鐵量的新型主溝澆注料。在寶鋼高爐主溝上應用,通鐵量有了穩定提高,在溝襯厚度250mm條件下,一次性通鐵量由過去的5萬噸左右提高到目前的6萬噸水平,經二次熱噴補后周期通鐵量10萬噸以上,一代溝齡累計通鐵量80~100萬噸,耐火材料消耗由以前的o.46kg/tp下降到90%,熱損≤1.5w/cm2   表12 電爐頂澆注料性能   指標 體積密度(g/cm3) 110℃x24h ≥2.95 抗壓強度(MPa) 110℃x24h ≥60 1500℃x3h ≥90 化學成分(%) Al2O3 ≥96 Fe2O3 ≤0.2 SiO2 ≤0.4   3.3.2.電爐底用干式搗打料 爐底耐火材料的損毀主要是化學侵蝕、機械沖擊和鋼水的沖刷,爐底干式搗打料最早用于歐洲現已普遍采用,它在煉鋼溫度下能快速燒結形成致密的燒結工作層,可抗沖擊和渣鐵侵蝕。爐底干搗料的組成見表13。 表13 爐底干搗料的組成 化學組成(%) 奧地利 北美 歐洲 日本 中國 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直流電弧爐用導電冷搗料和導電熱補料 直流電弧爐煉鋼是70年代發展起來的一項新技術,近幾年發展很快,爐底采用多根鋼棒作導電體,其問用搗打料充填,由于此部位存在有額外的傳導加熱,其蝕損比爐襯的其他任何部位都高、國內開發的導電熱補料在100噸ABB型直流電弧爐使用,鋪展性好,導電正常、無上浮,噸鋼消耗為1.45kg,導電冷搗料也已使用,效果良好。導電熱補料理化性能見表14,導電冷補料理化性能見表15。 表14 導電熱補料理化性能   1200℃碳化后物理性能 化學成份(%)   顯氣孔率(%) 體積密度(g/cm3) 抗折強度(MPa) 比電阻( Ω.mX10-3 MgO C 開發料 35 2.20 0.33 2.4 82.66 7.5   表15 導電冷搗料物理性能 處理條件 顯氣孔率(%) 體積密度(g/cm3) 抗折強度(MPa) 耐壓強度(MPa) 比電阻(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、電力、石化用不定形耐火材料 4.1建材 新型干法水泥窯予熱器里,由于水泥原料中有害雜質堿、氯、硫的循環富集作用,會使予熱器旋風筒的錐體部位上升煙道、下料斜坡發生結皮、堵塞,同時清除結皮勞動條件極為惡劣,新型抗結皮,防堵塞澆注料應用提高了水泥的安全運轉率,穩定了水泥窯的工藝狀況。水泥窯用新型澆注料性能見表16 表16 水泥窯用新型澆注料性能 牌號 KT-50S 體積密度(g/cm3) 1200℃x3h 2.5 抗折強度(MPa) 110℃X24h 9 1200℃x3h 15 耐壓強度(MPa) 110℃X24h 120 1200℃x3h 130 顯氣孔率(%) 1200℃x3h 12 化學成分(%) Al2O3 27 SiO2 20 SiC 50.6 4。2電力 高強循環流化床鍋爐能強化燃燒,傳熱熱效率高,燃料適應性廣、操作方便、可減少污染,是一項大力發展的新型燃燒裝置,但由于該種鍋爐多應用低熱值, 高灰分的劣質燃料,多為<10mm的顆粒,因此對燃燒室爐墻及分離器等處的熱態磨損遠高于一般鍋爐,對所使用的耐火材料提出了更高的要求. 國內某廠研制的絕熱耐磨材料(剛玉質涂抹料)指標如下(表17)。使用壽命超過1萬小時,并經過多次停、開爐溫度急驟變化的考驗。 表17 循環流化床鍋爐用絕熱耐磨材料技術性能 項目 指標 耐火度(℃) ≥1790 抗折強度(MPa) 110℃x24h ≥9 800℃x3h ≥12 1450℃x3h ≥14 耐壓強度(MPa) 110℃x24h ≥80 800℃x3h ≥85 1450℃x3h ≥100 線變化率(%) 800℃x3h ≤±0.1 1450℃x3h ≤±0.5 化學成分(%) Al2O3 ≥85 線膨脹率(%)(室溫~900℃) 0.36 4.3石化 煉油廠催化裂化裝置中,其反應器旋風分離器,再生器反應器入口錐體和滑閥部位工作條件極其苛刻,長期經受高溫高速,氣流粉塵的沖刷作用,要求做為襯里的耐火材料具有耐高溫、耐磨、抗剝落和抗沖刷等性能。耐磨澆注料性能見表18 。 經二年多使用,檢修未發現麻面、剝落、磨損量少于2mm。 5不定形耐火材料施工技術的發展 5.1澆注料的濕法噴涂 如前所述,不定形耐火材料,特別是澆注料應用量大,面廣,品種也從普通的澆注料,發展到今天有了低水泥、超低水泥澆注料、自流澆注料等。其施工以現澆為基礎,施工量小簡單易行,如果連續大量施工,則勞動強度大,施工時間長。90年代國外發展了快速施工的噴涂技術,并在多種窯爐上進行了施工。這就是濕法噴涂,實際上是指泵壓送到噴咀處的濕法噴涂,其概要如圖2。 表18 耐磨澆注料性能 項目 指標 體積密度(g/cm3) 110℃x24h 3.06 540℃x3h 3.06 815℃x3h 3.07 抗折強度(MPa) 110℃x24h 24.0 540℃x3h 27.1 815℃x3h 28.6 耐壓強度(MPa) 110℃x24h 102.9 540℃x3h 117.4 815℃x3h 113.6 線變化率(%) 110℃x24h -.012 540℃x3h 0 815℃x3h 0 化學成分(%) AL2O3 91.2 結合方式 復合磷酸鹽 最高使用溫度(℃) 1700   圖2 濕法噴涂系統簡圖 濕法噴涂有如下優點: (1)施工質量高 濕噴能得到與澆注施工質量不相上下的施工體。 (2)效率高 濕噴單位時間施工量大,可達到10噸/時。 (3)無需支模 與澆注料比,在成本方面有利。 (4)無塵施工 施工時無粉塵,對環境保護有利。 (5)可在高溫下施工 (6)可以輸送至高處噴涂 正因為有上述優點,現正逐漸被用戶所接受。 濕法噴涂應用舉例: (1)高爐出鐵溝造襯和熱態修補 某廠在3000m3高爐主溝上,取代原有澆注料。結果表明,在主溝的所有部位(從出鐵口至除渣區),噴涂料的耐久性都與標準澆注料相同。與使用標準澆注料相比,施工前要去除的殘襯量也有大幅度降低。因此,材料的單位消耗量下降30%以上。也免除了設置模板和拆模的作業,從而節約了整個安裝施工過程中的勞動力和工時。 對修補作業來說,濕噴料的耐久性超過干噴料的3倍。由于延長了鐵溝使用壽命,也使材料單耗降低了10%以上。 (2)鋼包內襯施工 在某廠25噸鋼包包壁和底部試驗,附著率95%。使用后觀測熔損速率和澆注料相同,但施工時間縮短了一半。 (3)水泥廠旋風分離器部位的高處施工 施工時揚程65m進行壓送、噴涂,與澆注料比,工期縮短一半,施工體運轉一年后完好,壽命穩定。 (4)用子焚燒爐 在日處理量58噸的流動床式焚燒爐上施工,水平輸送距離l00m,從高度30m的部位施工,與過去支模澆注施工比較,工期縮短一半,施工費用節省70%。 關于泵送濕噴技術,國內某大型鋼廠己牽頭引進了噴涂機,并在高爐出鐵主溝及擺動溝上進行了試驗,尚處于初始階段。 5.2耐火可塑料噴涂 由于耐火可塑料施工后可直接點火而不用擔心爆裂,熱態性能比澆注料好,尤其具優良的抗剝落性、抗化學侵蝕性,所以多用來構筑加熱爐、均熱爐等窯爐的爐襯。但是,可塑料施工需用風錘搗打,工期比較長,勞動強度也大。在國內使用受到限制。盡管后來開發出了粘土結合澆注料,但也不具備可塑料的全部優良性能,使用起來并不理想。 八十年起國外開始研究開發適于噴涂施工的耐火可塑料及其噴涂設備。至今已成功地在加熱爐、均熱爐、焚燒爐及水泥窯上獲得應用。 表19噴涂機的主要規格 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 耐火可塑料噴涂施工就是用專用的噴涂機把有適當粘性的可塑料,由壓縮空氣供料,沿軟管輸送,從噴咀噴出構筑爐壁。圖3表示可塑料噴涂機械配置圖。 圖3 耐火可塑料噴涂機和供料機組合施工 這種施工方法有如下優點: (1)在適宜用耐火可塑料的部位,不需要搗打,改用噴涂施工,速度提高數倍; (2)材料呈濕潤狀,勞動環境好; (3)可無模施工,對于復雜形狀的爐壁也容易施工。 國外己開發出多層噴涂造壁的施工方法。即先噴涂爐壁外側的保溫層材料,表面加工硬化后再噴涂中間隔熱層材料,最后噴涂爐內側工作層的可塑料,構成復合層爐壁。 鑒于有上述優點,國內某大型鋼廠計劃在熱軋大跨度加熱爐大修時采用可塑料噴涂,現正在準備階段。 6結語 上面談到的不定形耐火材料技術發展的新動態,肯定不夠全面。但是,鋼鐵、建材、電力、石化等行業的諸多同仁的論述文章,會彌補這方面的不足。另外,隨著我國鋼鐵生產發展到“控制質量,調整結構,提高效益”的階段,鋼鐵企業對耐火材料也會提出更高的使用要求,必然要促進不定形耐火材料向高質量、多品種的方向發展,需要耐火行業的工作者結合實際來開展工作。 參考文獻 [1]李庭壽.《鋼鐵工業用耐火材料技術發展》,99全國連鑄與電爐用耐火材料學術年會論文集P45&#0;56。 [2]劉興平、陳守牛等.《高通鐵量鐵溝澆注料的研制與應用》,99全國不定形耐火材料學術會議論文集p295&#0;298。 [3]《耐火物》1997,No.ll,P623。 [4]《耐火物》2000,No4,P222&#0;233。 [5]劉根榮.<<不定形耐火材料的研究與應用》P166&#0;175。 [6]李庭壽、馮改山等!朵撹F工業用節能降耗耐火材料》。

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