大型高炉炉后耐火材料的选择与施工维护

大型高炉炉后耐火材料的选择与施工维护

大型化后，铁沟的使用条件也发生了变化。铁水对沟壁的冲刷和磨损加剧，改善了一代沟龄，降低了成本，减轻了工人的工作量。这是以后的主要目标。对于主沟和不同的部位,由于侵蚀条件不同,在材料的选择上应该区别对待,以到达综合平衡的经济寿命;对于铁沟,应该致力于提高材料的抗渗透性能。从施工工艺与维护过程看,一些操作方法也与材料的使用寿命密切相关。因此,对大型高炉炉后耐火材料的性能、施工维护工艺进行分析和探讨。1由铁沟材料组成和性能1.1主沟浇注料的应用大型高炉主沟采用的材料主要为水泥结合浇注料,以纯铝酸钙水泥作为结合剂。为了自流,增加细粉与水的用量,多用在2～3个铁口的高炉;加入快干剂与促凝剂的浇注料,为快干浇注料,多用在单铁口的高炉或生产安排比较紧张的高炉。武钢自己开发的溶胶结合浇注料为自洁净结合的浇注料,不采用水泥结合,温度增加,抗压强度提高,不存在中温区强度损失,抗氧化性能好,自流型浇注料在武钢1513m3高炉的一次通铁量超过15万t;而快干型的浇注料成型后1h即可脱模,快速烘烤2～3h即可投入使用,在某2200m3高炉主沟使用,经过1～2次局部修补后通铁量超过20万t。主沟用不同浇注料的性能如表1。铁水在主沟内的落点以后的3～5m范围,是侵蚀最严重的部位,此部分铁水冲击力大,流动速度快,有回旋的现象,故对沟壁浇注料的侵蚀最大。在渣铁的界面、底部拐角处,侵蚀较严重,另外在撇渣器的部位,侵蚀也较严重。因此,在设计主沟浇注料时,必须针对不同部位使用不同的材料,采用不同的施工方法,对结构设计也进行一些改进,以达到均衡使用材料,达到最佳的性能价格比。溶胶结合的快干浇注料(在1450℃下试样40mm厚度仅表面1～3mm厚碳素氧化层)和自流浇注料(在1450℃下试样40mm厚度仅表面约1～2mm厚碳素氧化层)的氧化层厚度均很小,其高温抗折强度较高,因此在使用过程中,碳素没有氧化,对渣、铁的渗透的抵抗力强,因此抗侵蚀性能好。1.2免烘烤捣打料使用铁沟最铁沟的耐火材料与主沟的使用条件不同,它在平时不储存铁水,没有长时间的高温铁水及渣的浸泡,因此其渗透冲刷的破坏没有主沟严重;但铁沟属于高温下不连续使用,因此,热破坏较强,要求材料的抗热震性能好。由于铁水渗透性强,破坏性较大,所以要求耐火材料致密,抗氧化性能好。大型高炉的铁沟大多使用低水泥结合的浇注料,部分1000m3左右的高炉,也有使用免烘烤捣打料。铁沟使用的耐火材料性能如表2。免烘烤捣打料有其独特的性能,不用烘烤就可投入使用;但因为使用了液态树脂,有一定的挥发分存在,对环境影响不好。最近我们开发的快速烘烤无公害捣打料,不使用有机结合剂,含水量低,可快速烘烤,具有良好的使用性能。1.3主沟喷补料剂修补用的喷补料主要采用棕刚玉为骨料,外加一些刚玉、碳化硅细粉,也有使用特级铝矾土作为骨料的。结合剂主要有聚合磷酸盐、硅酸盐等,国外有些公司采用铝酸钙水泥为结合剂,加入量中CaO质量分数可达到3%～6%。武钢研制的主沟喷补料性能如表3。此种喷补料在1450℃下与基体粘接性能良好,烧结致密,在实际生产中,也具有良好的使用性能,喷补后,可以维持2～3万t左右的通铁量,对于延长沟龄,降低成本起到了重要作用。2修补工艺的改进主沟浇注料的施工,需要将浇注料搅拌混合,一些厂家使用的是强制式混合机,但也有不少厂家使用的是水泥混凝土用的滚筒式混合机,或者其它非强制式混合机,这些混合设备混合时,对物料没有剪切力,水与物料的湿润过程比较慢,要使物料流动性好,混合时间又短,只好增加用水量。水量增加,干燥后浇注件内的气孔就比较多,抗侵蚀性就差,使用寿命就降低。因此在施工过程中过于注重自流性的结果,往往以多加水,降低寿命,增加修补工作量为代价。另外在施工过程中,需要使用振动棒,如果不进行振动,材料的气孔仍然比较大,虽然有分层的可能性,但在底部与侧壁,振动的效果优于自流。使用大功率的振动棒,可以使浇注料的比重由2.8g/cm3提高到3.0g/cm3。对于修补,有些厂家的修补时间较早,如某2100m3的高炉,主沟使用15天就进行第一次热补,以后每隔10～12天修补一次,每次用料2t,使用到60天时拆除,通铁量18.64万t。从这样的操作工艺看,修补比较频繁,如果需要放掉残铁,工作量较大。采用溶胶结合的浇注料后,修补的量大为减少,一般通铁到8～12万t时开始修补一次,12～15万t时再修补1～3次,可达到20万t的通铁量。从成本看,重新浇注出铁沟的费用较高,如果能够用修补的方法,成本较低;对于主沟,建议提高回旋区3～6m范围耐火材料的宽度,即炉衬厚度,同时提高撇渣器部位耐火材料的性能,采用优质材料,最后对其它部位实行修补,这样可以降低总体的材料成本。3对特殊锅炉的因数和工艺要求进行喷补造衬技术的应用降低高炉炉后铁沟耐火材料消耗是降低铁水成本的一个重要因素,同时,维持沟龄长寿也是保持生产顺行的要求。从大型高炉看,溶胶结合的Al2O3-SiC-C质自流浇注料、快干浇注料在炼铁厂不同高炉上使用,均取得了良好的使用效果,通铁量均达到15万t以上,修补后可达到20万t;对于此类材料,修补方便,容易粘接,而且该材料在干燥脱模后,可快速烘烤投入使用,没有裂纹和崩落,抗侵蚀性良好,对于快速施工保产需要是非常有意义的。从炉后的施工条件看,仍然需要改进施工工艺,改进施工设备