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 - 1.00 28.00 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（63mm）电熔棕刚玉，细骨料（30.5mm）、 320目粉料均采用矾土基刚玉、电熔镁铝尖晶石，骨料总比例6272%，320目电熔镁砂粉料、水泥 、硅灰、 - Al2O3、工业级Cr2O3、复合减水剂、防暴剂、若干配料，混合，加水5.55.8%，做试块 4040160mm, 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/cm3气孔率，%Al2O3 ，82MgO ，8.2Cr2O3 ，3.11101350110135013501101101350空白 刷涂料75.690.08.511.70.202.9814.015.08.7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%，10006h， 0.05;热导率W(mK)-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/gm-2密度/ gcm-3加热线变化/%抗张强度/Pa15mm200mm热导率/W(mK)-1 1000 2007000.35o.444纵向20852597横向1161776700,0.095;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/T5201.12003制做100mm100 mm25mm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,1105烘干,厚度如下:2.3 烧成每组两块，在12503h，13503h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、12503h组别空白组A组B组C组涂料厚度，mm0010305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895856不测试表6、13503h组别空白组A组B组C组涂料厚度，mm0010305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8.65.65.2不测试2.5 切样切开样品，断面断面，涂料渗入深度，均在12mm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2 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11001350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5mm2mm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，