不定形耐火材料新技术在高炉中的应用

本文介绍了几种炼铁系统相关的耐火材料新技术,包括:①采用金属陶瓷材料制作的一种预挂渣皮的新型冷却壁镶砖,其强度可达150MPa以上,代替传统镶砖,能够避免从燕尾部分断裂,延长使用寿命。导热率较高,利于形成稳定渣皮层。②替代传统半干法喷注技术的高炉内衬湿法喷注造衬技术的优点是喷注内衬强度高、反弹低、寿命长。③铁口修补用纳米SiO2结合浇注料能够解决铁口热态修复问题,该材料可实现快速烘烤、不爆裂、施工工期短、使用寿命长、一次修复可使用半年以上。④炉缸整体泵送浇注维修技术能够对风口组合砖及炉缸陶瓷杯及陶瓷垫进行快速修复,工期一般不超过一周,整体浇注陶瓷杯可安全使用2年以上。

  

      2 高炉喷涂造衬技术
      高炉内CO导致耐火材料内部C沉积,会对材料造成破坏,主要表现为崩裂及材料强度显著降低,崩裂试样如图1所示。C沉积反应式如(1)式。
      2CO=CO2↑ C      
(1)
      尤其在有Fe存在的条件下,Fe对上述反应能够起到催化作用,使得该反应速率进一步提高。耐火原料中不可避免会含有极少量Fe2O3,它们会和CO反应生成Fe。这些Fe恰好充当了碳沉积反应所需的催化剂。
      在高炉正常使用条件下,这些反应的发生不可避免。为了获得抗碳沉积性能优异的高炉喷涂造衬,对使用的每种材料做了抗碳沉积性能的检测,部分结果如图2所示。选择抗碳沉积性能优异的材料作为喷注料主要原料。新型的喷注设备能力达到平均每小时8吨,峰值可达12吨。工程记录显示,喷注过程无流淌、无粉尘,实测反弹普遍低于5%,远低于干法喷涂15%-30%的反弹率。喷注内衬表面平整、材料密实。
      高炉喷涂造衬技术已经被市场普遍接受,该技术已经成为高炉内衬维修维护的主要方案。
      经喷注造衬后的高炉煤气利用率、燃料比、冷却水温差、利用系数及富氧率等运行指标均得到了较大幅度改善。
      3 铁口维修用纳米SiO2结合浇注料
      3.1 材料特性及其应用
      很多高炉的铁口经过几年使用后都会出现铁口直径变大和铁口深度变浅的问题。传统的维护方式是用泥炮压入超量的炮泥。这既增加了炮泥消耗量,又不能从根本上解决问题。有人尝试使用磷酸盐浇注料来恢复铁口直径,但结果并不理想。高铝水泥结合刚玉浇注料也被用于铁口修复,但使用效果依然不能令人满意。
      纳米SiO2结合浇注料是专门开发用于铁口维修的。采用刚玉和碳化硅为主要原料,SiO2溶胶为结合剂。该浇注料为热硬性材料,可快速烘烤而无爆炸危险。即使在高温环境施工浇注并迅速干燥后,该材料也能保持高强度和可靠的抗侵蚀性能。
      纳米SiO2结合浇注料已用于多座高炉的铁口直径与深度修复。某高炉休风实施铁口维修时,先清理铁口内的渣铁,然后用现场搅拌的纳米SiO2结合浇注料进行浇注。用一根钢管作为出铁口模具。维修使用了1吨多浇注料。由于铁口周边温度很高,材料硬化速度很快。没有刻意烘烤,铁口在浇注结束一小时后投入使用。使用9个多月后,更换铁口泥套护板时发现,铁口内修补的材料依然保持良好强度,没有粉化开裂现象,仅在铁口上方及局部有少量蚀损,略有点状煤气火出现。用炮泥简单修补后继续使用。较之前使用的普通铁口维修材料寿命延长了8-9个月。
    
      4 炉缸整体浇注维修技术
      为了延长高炉寿命,采用了许多新技术、新工艺和新材料,取得了显著的效果,使高炉寿命不断提高。但近年来,高炉相继发生了大型高炉炉缸侧壁烧穿的事故,而且国内有许多高炉存在开炉不久就出现炉缸侧壁温度大幅度上升的现象,严重威胁着高炉安全生产和一代炉役寿命。
      高炉炉缸整体浇注修复技术是一项快速重造陶瓷杯的新技术。其特征在于紧贴炉缸炭砖直接进行支模泵送浇注,浇注体与炭砖紧密贴合,炉缸结构更加紧密;不存在传统砌筑陶瓷杯与炭砖间的填充层,所以避免了因填充层而造成“间隙热阻”及其他隐患的问题;使炉缸整体传热效率得以有效保证和提高,1150℃铁水凝固等温线向炉内自然偏移,炉缸内形成自生渣铁保护层;炉缸长寿得以实现。
      该技术是一套完整系统的解决方案,其中包括材料 装备 施工工艺。
      材料 溶胶结合刚玉碳化硅质泵送浇注料。该材料是专门针对高炉炉缸工艺环境特点设计;以优质刚玉与碳化硅为主要原料,以纳米溶胶为结合剂;材料不仅具有优良的抗渣铁侵蚀、抗冲刷及快干防爆等应用性能,而且具有优异自流泵送的施工性能。
      装备 采用专用的连续搅拌机与泵送机集成系统,现场一用一备,可实现搅拌泵送连续作业,作业效率约15t/h。
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