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高炉出铁沟用耐火材料的性能要求

作者: 超级管理员 发布时间:2022-04-15 15:38:39 点击量:645

高炉出铁沟用耐火材料的性能要求,高炉出铁沟是引出高温铁水或熔渣的通道,其耐火衬里应具有下列特性: 1 )耐铁水和熔渣的侵蚀和冲刷能力强; 2 )热震稳定性好,重烧体积变化小; 3 )抗氧化能力强; 4 )容易施工,不粘结渣铁,便于修理和拆除; 5 )不产生有害气体,有利于保护环境。

美国大中型高炉出铁沟曾试用过高级耐火材料,但最常用的还是碳砖补里加保护层的构造型式,使用十分成功。碳砖大块分沟底砖和沟壁砖两种。为了防止碳砖氧化,一般用碳砖砌完出铁沟后,必须采用不定形耐火材料作保护层。例如,伯利恒钢铁公司高炉出铁讼采用碳砖砌筑,用耐火涂抹料作保护层,其配合比如下:小于 318 毫米的碎焦米 60 公斤,耐火粘土 135 公斤,软化点为 163 ℃的煤沥青 135 公斤,水 26 公斤。施工时,先将涂抹料拌好,用手工涂抹在碳砖上,厚度一般为 140 毫米。这种保护层的寿命为一个月左右,仍有残衬,但要进行修理。另一资料介绍, 1500 3000 米的高炉出铁沟碳砖衬里保护层配合比为:天然石墨 10% ,碳化硅 48% ,耐火粘土 30% ,泡沫树脂 12% 。保护层厚度为 70~100 毫米,用煤气烘烤 2~4 小时即可出铁。铁水通过量一般为 4~6 万吨。

苏联彼得罗夫斯克厂在 1033 3 的高炉出铁沟上,采用不烧耐火材料作衬里,其配合比为:耐火粘土 125% ,核桃售 25% ,废方镁石尖品石砖粒 40% ,沥青 10% ,另加适量的纸浆废液。首先,用上述配比材料制成不烧砖,砌在铁沟非工作层上;然后,再用该料捣打铁沟工作层。这种出铁沟衬里的寿命可达 40 昼夜,但工作层每 2~3 天应进行小修一次。最近,马格尼托哥尔斯克钢铁公司在高炉出铁沟上试用了三种耐火捣打料,其结合剂均为沥青和粘土,基质料为碳质材料。在此基础上,分别掺加 3 毫米以下的碎焦、碳化硅废料和电熔氧化铝废渣与碎焦(二者之比为 31 ),从谁配制了三种耐火捣打料,在 10 座高炉主铁沟上使用,年平均寿命分别为 4.20 8.15 10.37 昼夜,即后一种耐火捣打料衬里的使用寿命高,另外拆除较方便。

西德中小型高炉出铁沟衬里一般采用掺有碳化硅的材料建造,其寿命比未掺碳化硅的提高 1~2 倍。据报导,高炉出铁沟采用快硬泥料作衬里时,使用效果较好。该泥料配合比为:高岭土质砂 78% ,煤粉 5% ,焦油 14% ,酚醛树脂 3% ,外加硬化剂六亚甲基四胺 12~40% 。硬化剂能促使焦油中所含的酚和胺参与反应,从而提高泥料的凝固性。大型出铁沟衬里,一般采用化学结合的 SiC-C- 刚玉 - 莫来石质耐火捣打料,有掺加氮化硅,以增强抗氧化性和耐磨性。该料的一般化学成分为: Al2O3 62.6% SiOz 6.06% Fe203 55% SigN 55% SiC 13.22% C 8.08% ,烧失 2.66% 1450 ℃加热并保温 2 小时后的耐压和抗折强度分别为 142.8 公斤 / 厘米和 20.4 公斤 / 厘米,开口气孔率为 25.4%

法国高炉出铁沟衬里用的耐火捣打料配合比为: 0~8 毫米的叶蜡石 20~60% 0~1 毫米的碳化硅 5~30% ,小于 0.5 毫米的塑性粘土 6~20% 3~5 毫米的石英 5~25% ,小于 0.5 毫米的固体沥青 5~15% ,水 7% 。该料在高温下由于叶蜡石的膨胀,可抵消捣打料的部分收缩,以保持衬里体积的稳定性。

日本大型高炉较多,高温高压操作,出铁量大、温度高、流速快、次数频繁、时间长,同时渣量也大。所以,出铁沟衬里工作条件恶劣,使用寿命较知。为此,日本对沟料及其施工方法进行了广泛的研究,并获得显著效果。出铁沟沟料一般选用焦油或树脂与烧结氧化铝、电熔氧化铝、碳化硅、碳质料和粘土等材料,配制成耐火捣打料,基本满足了生产的要求。下表 为日本高炉出铁沟用耐火捣打料的材质和性能。该料用塑料袋包装,单重 25 公斤,现场约加 7% 的水调制,使用方便。

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日本中小型高炉出铁沟一般选用牌号 R-SNBF-N BF-F 等捣打料作衬里,以粘土或沥青作结合剂,也有采用化学结合剂的。大中型高炉出铁沟则用 R-AK3R-A2BF-ASI BF-K 改、 A-5 AT ,等牌号的沟料。出铁沟沟底和与铁水接触的部位,也可以分别采用牌号 R-SN R-S 等耐火捣打料制作衬里。 R-AK 的配合比如下:小于 8 毫米的电熔氧化铝 30% ,优质石墨 7~10% ,碳化硅 15~20% ,粘土 5~10% ,外加适量的化学结合剂(一般为磷酸等)。

日本坩埚公司提出的高炉出铁沟沟料配合比为:氧化铝 55~75% ,碳化硅 10~30% ,碳 5~20% ,化学结合剂 5~12% 。该料对铁水和熔渣均有较好的抗蚀能力。

高炉出铁沟用耐火材料的选择和配制时,应注意下述问题:烧结或电熔氧化铝的粒径,大于 1.5 毫米的应占其用量的 75% 以上,以增强高温耐磨性;碳化硅起填充作用,并形成沟料的基质体,因此粒径应小于 3.4 毫米,其中小于 0.5 毫米的应占 60% 以上;含碳材料可选用天然石墨或无定形碳,粒径也要小于 0.3 毫米。下 为新日铁高炉出铁沟主沟衬里使用情况。

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从表中看出,大于 4000 米的高炉出铁沟采用更换式的,其衬里不经修补能通过铁水量为 2.5~4.5 万吨,经修补或喷涂 2~6 次,总通过铁水量约为 10 万吨;小于 2000 3 的高炉出铁沟一般用固定式的,其衬里不经修补能通过铁水量为 3~4 万随,若修补 3~4 次后,亦可达 9 万吨左右。

根据日本对高炉主铁沟衬里损毁的调查研究表明,由于主铁沟直接受铁水的冲刷,损毁较严重,靠近出铁口处的沟衬蚀损速度般为( 60~85 *10-6 毫米 / 秒。近年来,日本新日铁公司、黑崎窑业公司和品川耐火材料公司等单位,为了提高高炉出铁沟衬里的使用寿命,改善施工操作条件,开发了浇注施工法( N-Cast 法) 芯模振动成型法( VF 法)和芯模干式振动成型法( SVP 法),并代替了捣打施工法在铁沟上得到了应用。这三种方法的共同点是不拆除铁沟残衬,并可

充分利用,能降低耐火材料的消耗。 N-Cast 法系用振动器插入沟料中直接振动的,沟料水分较多;芯模振动成型法的振动器是安装在芯模内的,利用低水分的沟料触变性,振动时料流动且逐渐致密化,停止振动后,沟料便成形和凝固。 VE 法与 SVP 法的区别是芯模构造不同,另外前者用的沟料水量为 4~6% ,而后者可不用水,成型后即时使。下图 万浇注饰工法和技模式抓动成型法的示意图。

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高炉出铁沟采用上述三种方法施工时,其步骤如下: 1 )清除残铁和残渣,并吹扫干净; 2 )支设胎模并加荷重,或者安装振动成型机; 3 )加入沟料和振实。出铁沟采用耐火浇注料作衬里时,需要养护 1~2 小时,干燥 7~8 小时;如用耐火振动料施工衬里时,仅需 5.5 小时,成型后即可使用,但灰尘太大,需加微量液体油米物质。该方法与捣打施工法比较,施工时间缩知到 1/10 节省工时 4/5 ,同时质量好,使用寿命可提高一倍左右,耐火材料消耗降低 1/3

下表 为日本高炉出铁沟用浇注料和振动料的性能。耐火浇注料一般采用结合粘土作结合剂,也有用铝酸盐水泥或磷酸盐的。

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日本福山厂 5 座高炉出铁沟均用浇注或干式振动方法制作衬里,使用效果较好。例如, 3 号高炉炉容 3223 3 ,出铁沟社里用浇注法施工,浇注料配合比为:耐火骨料 100% ,外加树脂 1~10% ,粘土 0.5~30% ,磷酸盐 0.2~1.0% ,硬化剂 0.2~1.0% 。该衬里与捣打法相比,主铁沟流铁量由 9 万吨增加到 30 万吨,使用寿命由 40 天延长到 120 天,维修量小,沟料单耗由 0.95 公斤 / 吨铁降至 0.65 公斤 / 吨铁,但烘烤时间需延长 3 个小时; 4 号高炉炒容 4288 米,非贮铁固定式出铁沟衬里,采用 SVP 法施工,振动料配比为:覆有树脂的铝粉 0.1~50% ,粘土 1~8% ,金属硅或合金硅 1~5% ,余为耐火骨料。该衬坚使用过程中未经修补,流铁量达到 3.7~3.9 万吨,耐火材料单耗仅为 0.58 公斤 / 吨铁。应当指出,高炉出铁沟的主沟衬里沟料,一般采用电熔氧化铝一碳化硅系材料作骨料,其余部位衬里的沟料,则用叶蜡石一碳化硅系材料作骨料。

据资料介绍,日本新日铁公司在高炉出铁沟上,自 1978 年以来普追采用 N-Cast 法和 SVP 法施工衬里,使用寿命显著提高。耐火材料消耗降低到 0.3 公斤 / 吨铁左右。

下图 为高炉主铁沟剖面图。众所周知,高炉出铁沟村里最易损毁的部位是主铁沟,特别是距出铁口 1~2 米处的湍流区和撤渣器底部衬里损毁更快。这是由于高溢下铁水和熔渣的机械冲别和侵蚀造成的。因此,这些部位要选用强度高、耐磨性好和抗氧化能力强的沟衬材料。

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高炉出铁沟主沟可分为贮铁式、半贮铁式和非贮铁式三种型式(见下图 )。另外,从使用方式上又分为出定式和更换式两种。从图中看出,贮铁式主沟因有 300~500 毫米的铁水层,沟底衬里几乎很少损坏;非贮铁式主沟,铁水直接冲点沟底衬里,损毁严重;半贮铁式主沟衬里的损毁,介于两者之间,即沟底和沟壁的衬里损毁程度儿乎一样。另外,出铁沟的深度、宽度和长度、以及坡度等因素,对沟衬寿命也有较大影响,应合理选用。

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根据各国高炉生产的经验,当高炉有效容积大于 2000 3 时,最好选用可更换的贮铁式出铁沟,其优点是能按计划检修,提高沟衬质量,而且不影响炉前作业。

高炉出铁沟渣线及铁水线等部位的衬里,损毁也比较快,特别是渣铁比例高时,更为严重。为此,可采用热喷补方法修理沟衬,使之达到均衡损毁,以提高使用寿命。

高炉出铁沟用耐火喷涂料,一般应选用高铝 - 碳化硅质、 Al2O3-SiC-C 质和莫来石 - 碳化硅质等材料。下表 为日本东京窑业公司铁沟喷涂料的品种性能和用途。表内性能指标为实际喷补体切取试样经 1450 ℃加热后测定的。


高炉出铁沟的喷补,一般系在出铁后清除衬里上的残渣残铁当温度为 400~900 ℃时即可开始喷补,也可在常温下进行。每次进行喷补时,其喷补层厚度为 70~150 毫米,消耗喷涂料为 1.5~2.0 吨,需要时间为 2~3 小时。例如,西德一座高炉,日产铁量为 4000 吨,出铁衬里采用碳化砖质喷涂料进行多次热喷补,能连续使用五个多星期,铁水通过量达 15 万吨左右。

最近,各国十分注意环境保护工作,在高炉出铁沟衬里长寿的基础上,安设有衬置盖,并配有吸尘装置。这样做,不但改善了高炉炉前的作业环境,而且铁沟衬里受到的热冲击减轻,寿命有所提高。



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