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高炉铁沟用耐火材料的发展趋势主要有这4个方面

发布日期: 2019-07-16 09:10:45    阅读量(486)    作者:

高炉的发展趋势仍然是不断地大型化,从宝钢的4063m3高炉开始,到2000年的时候,我国4000m3以上的大型高炉仅有4座。而到目前为止,建成或在建的4000m3以上高炉己经达到16座,特别是首钢曹妃甸耸立起来2座5500m3高炉,沙钢集团座5800m3高炉,标志着我国大型高炉又踏上一个新的台阶。

高炉的大型化发展同样催生着高炉铁沟用耐火材料的不断发展,主要表现在通铁量不断增加,使用寿命不断延长,吨铁耐材单耗不断降低。以宝钢铁沟为例,一次性通铁量(沟帮250mm)由原来的4〜6万吨,发展到10〜12万吨甚至更多。一代沟龄由40〜60万吨,发展到100〜120万吨,吨铁耐材单耗由0.45kg/t降低到0.35kg/t。即使如此,与国外发达国家相比,还有一定差距。日本吨铁耐材单耗稳定在0.35kg/t以下,而西欧国家则是0.30kg/t左右。

目前,高炉铁沟用耐火材料的发展趋势主要有以下几个方面:

1、不同部位的铁沟材料优化配置

由于高炉出铁沟的复杂多样性,其不同部位的作用不同,被侵蚀损毁的机理不同,使用寿命也各不相同,所以,如何对铁沟浇注料进行优化配置,使其达到长寿命、低消耗,目前受到各耐火材料企业的高度重视,比如主沟浇注料就有至少2种以上的基本配置。

由于此种沟衬后半段的熔损速度与前半段的熔损速度相比,要慢1/2左右,也就是说,前半段修补2次,后半段仅需要修补1次,所以其修补周期确定为:

全线(全沟)修补→只修前半段→全线(全沟)修补→只修前半段

将主沟分成前后两部分,前半段用高档铁沟浇注料,后半段则用低价位浇注料。这种布置主要是考虑铁沟的施工方法不同,修补器具不同,也考虑到耐火材料的成本降低与之总体施工方便等问题,其修补周期确定为:

全线修补→全线修补

2、加入不同添加剂改善材料性能

如前所述,由于出铁沟的不同部位,其侵蚀机理、损毁程度都不一样,因此加入不同添加剂对浇注料的性能改善有着极强的针对性。

A、加入碳化硼或含硼的化合物

对渣线部位而言,减少铁沟浇注料烧结层强度与中温强度(烧结层与未烧结层之间的强度)之差,是延长渣线浇注料使用寿命的主要办法之一,而适当增加中温强度是最佳选择。实验证明,添加碳化硼或含硼的化合物能够增加铁沟浇注料的中温强度(见图1)。当试样加入不同量的碳化硼后,1000℃的中温强度由45MPa提升到67MPa,增加率为49%。但加入量为2b的试样,其1450℃的高温强度增加很高,不符合我们减少中高温强度差值的愿望。而加入量为1b的试样,其高温强度和标准样相比仪增加5MPa,中高温强度差降低45.2%。所以,适量加入碳化硼或含硼化合物是提高渣线浇注料使用质量有效措施之一。

图1渣线浇注料加入碳化硼后不同烧结温度下的强度比较

加入碳化硼后的试样经电镜分析:加热至1000℃时,可见到针状的9Al2O32B2O3晶体;加热至1450℃时,9Al2O32B2O3晶体明显增大且呈柱状体日本的铁沟自流料中将硼化锆(ZrB2)作为烧结助剂加入。硼化锆中的B能够降低品间界面能、促进烧结,硼化锆熔点高且不会生成阻碍施工体组织致密化的液相,和氮化硅、碳化硅、碳等难烧结的物料反应,生成致密的复合氧化物覆盖施工体表面形成保护层。

在铁沟自流料中硼化锆以微粉状态添加,加入量在0.5〜5%范围内。加入量不足0.5%时则不能发挥期望的效果。如加入量超过5%时,由于该硼化锆的分解,生成的B和原料的SiO2与渣的碱杂质在组织内生成低熔点液相,使耐蚀性反而变低。

B、加入氮化硅促进铁沟浇注料的原位反应

在Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料屮加入部分氮化硅粉,在使用的过程中使其固溶到氧化铝中形成SiAlON,提高浇注料强度。SiAlON是Si3N4中Si和N原子分别被Al和O部分芄换后形成的固溶体,它不仅具有Si3N4的强度、耐热性和硬度,而且比Si3N4具有更好的化学稳定性、韧性和抗氧化性)。

这种形成SiAlON的形式,称其为原位反应。

河南某耐火材料公司在武钢的高炉铁沟中使用该技术,铁沟寿命可延长20%左右。

C、加入碳化硅微粉

加入SiC微粉(SiC>95%,d50=2.8μm),替代Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料中部分SiC细粉,对浇注料试样的常温性能影响较小,但可以提高1100℃的中温强度,显著改善浇注料的抗热震性。

图2为1450℃烧后试样1100℃水冷1次的残佘强度和残余强度保持率。由图可知,SiC微粉加入量为3%时具有大的强度保持率和残余强度,分别为48.95%,6.89MPa,加入量为5%时与不加时强度保持率相当,加入量为8%时则略有降低。

图2SiC微粉对浇注料抗热震性的影响

显然,SiC微粉具有更小的粒度、更大的比表面积,在基质内分布较SiC细粉均匀。所以,将其加入替代部分SiC细粉,一方面改善了浇注料的粒度组成,另一方面提高了1100℃的中温强度、降低了气孔率,特别是热震后的残余强度保持率有所提高。

3、溶胶结合改善铁沟浇注料性能

20世纪90年代初,美国橡树岭国家重点实验室M.A.Janncty等人提出凝胶注膜成形技术,该技术首次将传统陶瓷工艺和聚合物化学有机结合起来,开创了陶瓷成形工艺中利用高分子单体聚合进行成形的技术,耐火材料的溶胶结合试用随之跟进。

试验证明,硅溶胶作结合剂可以提高复相陶瓷的抗热震性、高温强度和抗蠕变性。也可以作结合剂,能够改善材料的性能和显微结构。铝硅溶胶在加热的过程中可以结晶生成莫来石,因此,采用铝硅凝胶作为结合剂,不但会对胚体起到结合作用,还可能在烧结过程中较早地产生莫来石,从而对制品的显微结构与性能产生一定的影响。

武科大用硅微粉、铝微粉加丙烯酰胺凝胶为复合结合剂,加1%过硫酸铵为引发剂对浇注料工艺进行研究表明,试样的初始强度来源于复合结合剂中有机成分发生反应形成的三维网络状聚合物水凝胶,由于该凝胶的结构非常坚固,所以试样的各项指标都较CA水泥结合为高(见图3)。

图3 凝胶与水泥结合抗折强度比较

武汉瑞升特耐公司对铝济胶和水泥分别作为Al2O3-SiC-C浇注料的结合剂进行高温抗折比较试验,证明铝溶胶结合剂对浇注料的高温液相有着较好的贡献,所以浇注料高温抗折强度明显要高于水泥结合(见图4)。

图4 高温抗折比较图

4、铁沟浇注料喷射施工

铁沟浇注料的施工方法在不断变化。

特别值得提到的就是铁沟浇注料的喷射施工。

随着铁沟喷补的需求量增加,现场条件的多种因素影响,原来使用在高炉炉腔内的湿式喷补技术很快移植到铁沟的修补(热态喷补),该技术进一步推而广之,就是直接喷射施工。

喷射施工就是把Al2O3-SiC-C浇注料通过高压管道直接输送到铁沟模具中,快捷方便,省时省工,是一个值得推广的好方法。

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