本文簡要介紹了在煉鐵、煉鋼、建材、電力、石化方面，不定形耐火材料及施工技術(shù)的新發(fā)展。 1。引言 不定形耐火材料作為一種筑爐耐火材料，由于它具有節(jié)約能源、生產(chǎn)施工簡便、使用壽命長等一系列優(yōu)點(diǎn)，已日益受到廣泛的重視。不定形耐火材料專業(yè)委員會回顧過去十年不定形耐火材料的發(fā)展，感到無論在生產(chǎn)、施工、檢測技術(shù)等方面都有長足的進(jìn)步。這期間發(fā)表過不少重要的論文著作，又推動著材料技術(shù)的深化，現(xiàn)在下面簡述這些新發(fā)展。 2。煉鐵系統(tǒng) 2。1高爐長壽熱態(tài)維修用不定形耐火材料 隨著世界各國鋼鐵工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，高爐朝著大型化、高效化和長壽化發(fā)展，逐步采用富氧噴煤、高風(fēng)溫操作、高壓爐頂?shù)刃碌囊睙捈夹g(shù)。為適應(yīng)這一發(fā)展，高爐用耐火材料也有了較大的變化，長壽命、新型高效耐火材料逐漸被應(yīng)用，高爐壽命逐步提高。我國擁有<1000m3容積的高爐28座，1500�2000m3高爐7座，2500+3000m3高爐6座，4000m3容積的大型高爐3座。 高爐長壽化已成為當(dāng)前煉鐵界的主攻方向之一，國外大型高爐一代爐齡可達(dá)到15年以上。高爐長壽取決于高爐的設(shè)計、制造、施工、耐火材料的配裝，以及高爐建成后的冶煉操作、維修等諸多因素。專家認(rèn)為，高爐建成后，冶煉技術(shù)和維修對高爐壽命的作用各占一半，可見維修技術(shù)的重要性。高爐內(nèi)襯耐火材料的壽命是整個高爐實(shí)現(xiàn)長壽的重要方面，高爐的耐火材料內(nèi)襯在冶煉中不斷受到各種侵蝕。如要承受爐內(nèi)溫度變化造成的熱沖擊，爐料和高溫氣流造成的磨損和氧化作用，鐵水、堿金屬、Zn和Pb及高爐渣等造成的各種綜合復(fù)雜的損壞過程。多種作用使?fàn)t襯耐火材料變薄、崩裂、脫落等，造成冷卻系統(tǒng)的損壞甚至爐殼直接受熱變形，形成高爐熱點(diǎn)或熱區(qū)。在一些運(yùn)行時間較長的爐子常見局部爐殼發(fā)紅、變形等現(xiàn)象。此時，即需要停爐檢修，高爐爐身工作襯的維修，過去一般是停爐后人進(jìn)入爐內(nèi)進(jìn)行更換內(nèi)襯或噴補(bǔ)修補(bǔ)。每次維修需停爐1～3個月之久，而且能源等方面浪費(fèi)極大，嚴(yán)重影響高爐的產(chǎn)鐵量。遙控噴補(bǔ)是高爐爐身修補(bǔ)的先進(jìn)方法之一，該方法無需更換內(nèi)襯，作業(yè)時間少、效率高、復(fù)產(chǎn)易、節(jié)省大量的人力物力，能大大降低能源消耗和提高高爐的出鐵量，且能進(jìn)行高爐處于冷、熱狀態(tài)時的維修。利用高爐的正常定修時間，從高爐外實(shí)現(xiàn)對高爐內(nèi)襯壓入維修，是高爐內(nèi)襯維修技術(shù)的重大突破。國外已在數(shù)十座高爐采用了定期噴補(bǔ)壓入技術(shù)，促進(jìn)了高爐長壽的實(shí)現(xiàn)。 我國93年開始在寶鋼1“高爐進(jìn)行了熱態(tài)噴補(bǔ)和壓入，鞍鋼、首鋼、本鋼、太鋼等相應(yīng)進(jìn)行了高爐熱態(tài)噴補(bǔ)壽命可達(dá)半年以上。壓入料在寶鋼1#、2#高爐應(yīng)用，在爐內(nèi)可形成100～200mm厚的耐火材料內(nèi)襯，壓入后爐皮紅區(qū)消失，測溫低于130℃，壽命可達(dá)5個月以上，有力促進(jìn)了高爐順行、高產(chǎn)和長壽。 隨著高爐爐身中下部、爐腰、爐腹用高鋁磚、剛玉磚已被Si3N4結(jié)合SiC磚，Sialon／Si3N4結(jié)合SiC磚和自結(jié)合(p�SiC結(jié)合)SiC磚等取代，原有的Al203�SiO2系的噴補(bǔ)料，壓入料已不能適應(yīng)，進(jìn)一步開發(fā)了A1203-SiC或A1203--SiC-C系列的噴補(bǔ)料和壓入料。 表1高爐噴補(bǔ)料性能 研制料Ⅰ 研制料Ⅱ 體積密度(g/cm3) 110℃x24h ≥2.0 ≥2.0 抗折強(qiáng)度(Mpa) 110℃x24h ≥7.0 ≥7.0 600℃x3h ≥8.0 ≥8.0 1000℃x3h ≥8.0 ≥8.0 1350℃x3h ≥10.0 ≥10.0 線變化率（％） 110℃x24h ±0.5 ±0.5 1350℃x3h ±1.0 ±1.0 熱態(tài)抗折強(qiáng)度(Mpa) 600℃x1h ≥5.0 ≥5.0 1000℃x1h ≥8.0 ≥8.0 導(dǎo)熱系數(shù)(W/m.K) 500℃ ≥2.0 ≥2.5 1000℃ ≥1.6 ≥2.0 化學(xué)成分（%） Al2O3 ≥40 ≥20 SiC ≥15 ≥40 Fe2O3 ≤1.5 ≤1.5 附著率（%） ≥85 ≥85 用水量（%） 10~12 10~12 2．2高爐出鐵主溝澆注料． 根據(jù)高爐容積的不同，我國研究開發(fā)了出鐵溝澆注料的系列產(chǎn)品，適用于中型高爐出鐵溝襯的以棕剛玉為主原料的澆注料和用于容積4000m3大型高爐出鐵溝的澆注料。 表2 高爐壓入料性能 體積密度(g/cm3) 110℃x24h ≥1.7 1000℃x3h ≥1.6 抗壓強(qiáng)度(Mpa) 110℃x24h ≥35 600℃x3h ≥15 1000℃x3h ≥12 熱態(tài)粘結(jié)強(qiáng)度(Mpa) 400℃x1h ≥0.5 硬化時間（分） 150℃ 30~60 化學(xué)成分 Al2O3 ≥30 SiC ≥10 C ≤115 以我國目前最大鋼鐵生產(chǎn)廠寶鋼為例，寶鋼現(xiàn)有三座容積超過4000m3的大型高爐，產(chǎn)量為9000～10000噸／天，每座高爐每天出鐵8～10次，每次約1000噸。由于高爐容積大，壓力高，鐵水溫度和出鐵速度相對要高些，鐵、渣處理量也很大。出鐵溝耐火材料的使用條件日益苛刻，圖1為出鐵主溝在出鐵時和貯鐵時各部位損毀因素。 寶鋼高爐出鐵溝采用A1203－SiC�C質(zhì)超低水泥澆注料，原來一次通鐵量達(dá)到5萬噸水平，溝料單耗0．46kg／tp，一代溝齡為60萬噸水平，和同期國外先進(jìn)水平相比，主溝使用壽命和溝料單耗都存在差距。當(dāng)時，日本幾大鋼鐵公司主溝使用壽命一代溝齡通鐵量在100～150萬噸，主溝料單耗在0．35kg／tp以下，西歐發(fā)達(dá)國家公司主溝溝料單耗更低，不超過0．3kg／tp。為此，寶鋼與冶金建筑研究總院聯(lián)手研制開發(fā)出了高通鐵量的新型主溝澆注料。在寶鋼高爐主溝上應(yīng)用，通鐵量有了穩(wěn)定提高，在溝襯厚度250mm條件下，一次性通鐵量由過去的5萬噸左右提高到目前的6萬噸水平，經(jīng)二次熱噴補(bǔ)后周期通鐵量10萬噸以上，一代溝齡累計通鐵量80～100萬噸，耐火材料消耗由以前的o．46kg／tp下降到90%，熱損≤1.5w/cm2 表12 電爐頂澆注料性能 指標(biāo) 體積密度（g/cm3） 110℃x24h ≥2.95 抗壓強(qiáng)度（MPa） 110℃x24h ≥60 1500℃x3h ≥90 化學(xué)成分（％） Al2O3 ≥96 Fe2O3 ≤0.2 SiO2 ≤0.4 3.3.2．電爐底用干式搗打料 爐底耐火材料的損毀主要是化學(xué)侵蝕、機(jī)械沖擊和鋼水的沖刷，爐底干式搗打料最早用于歐洲現(xiàn)已普遍采用，它在煉鋼溫度下能快速燒結(jié)形成致密的燒結(jié)工作層，可抗沖擊和渣鐵侵蝕。爐底干搗料的組成見表13。 表13 爐底干搗料的組成 化學(xué)組成(%) 奧地利 北美 歐洲 日本 中國 Veitcher Radex MgO 77 85 82 97.6 98.0 77.0 84.5 95.6 81~83 CaO 16 6.0 8.0 1.8 0.8 16.0 1.29 1.1 7~9 SiO2 0.5 0.5 1.0 3.2 0.6 0.5 1.90 2.8 <1.5 Fe2O3 5.5 5.0 8.0 1.2 0.3 5.5 5~7 Al2O3 0.5 6.0 1.0 1.7 0.3 0.5 <0.8 粒度（mm） 6~0 7~0 6~0 5~0 3．3．3直流電弧爐用導(dǎo)電冷搗料和導(dǎo)電熱補(bǔ)料 直流電弧爐煉鋼是70年代發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，近幾年發(fā)展很快，爐底采用多根鋼棒作導(dǎo)電體，其問用搗打料充填，由于此部位存在有額外的傳導(dǎo)加熱，其蝕損比爐襯的其他任何部位都高、國內(nèi)開發(fā)的導(dǎo)電熱補(bǔ)料在100噸ABB型直流電弧爐使用，鋪展性好，導(dǎo)電正常、無上浮，噸鋼消耗為1．45kg，導(dǎo)電冷搗料也已使用，效果良好。導(dǎo)電熱補(bǔ)料理化性能見表14，導(dǎo)電冷補(bǔ)料理化性能見表15。 表14 導(dǎo)電熱補(bǔ)料理化性能 1200℃碳化后物理性能 化學(xué)成份（％） 顯氣孔率（％） 體積密度（g/cm3） 抗折強(qiáng)度（MPa） 比電阻（ Ω.mX10-3 MgO C 開發(fā)料 35 2.20 0.33 2.4 82.66 7.5 表15 導(dǎo)電冷搗料物理性能 處理?xiàng)l件 顯氣孔率（％） 體積密度（g/cm3） 抗折強(qiáng)度（MPa） 耐壓強(qiáng)度（MPa） 比電阻（Ω.m） 200℃x14h 13.6 2.76 5.4 10.4 1.1x10-1 1000℃x3h 21.2 2.51 5.6 16.7 5.2x10-4 4建材、電力、石化用不定形耐火材料 4．1建材 新型干法水泥窯予熱器里，由于水泥原料中有害雜質(zhì)堿、氯、硫的循環(huán)富集作用，會使予熱器旋風(fēng)筒的錐體部位上升煙道、下料斜坡發(fā)生結(jié)皮、堵塞，同時清除結(jié)皮勞動條件極為惡劣，新型抗結(jié)皮，防堵塞澆注料應(yīng)用提高了水泥的安全運(yùn)轉(zhuǎn)率，穩(wěn)定了水泥窯的工藝狀況。水泥窯用新型澆注料性能見表16 表16 水泥窯用新型澆注料性能 牌號 KT-50S 體積密度（g/cm3） 1200℃x3h 2.5 抗折強(qiáng)度(MPa) 110℃X24h 9 1200℃x3h 15 耐壓強(qiáng)度(MPa) 110℃X24h 120 1200℃x3h 130 顯氣孔率（％） 1200℃x3h 12 化學(xué)成分（％） Al2O3 27 SiO2 20 SiC 50.6 4。2電力 高強(qiáng)循環(huán)流化床鍋爐能強(qiáng)化燃燒，傳熱熱效率高，燃料適應(yīng)性廣、操作方便、可減少污染，是一項(xiàng)大力發(fā)展的新型燃燒裝置，但由于該種鍋爐多應(yīng)用低熱值， 高灰分的劣質(zhì)燃料，多為<10mm的顆粒，因此對燃燒室爐墻及分離器等處的熱態(tài)磨損遠(yuǎn)高于一般鍋爐，對所使用的耐火材料提出了更高的要求. 國內(nèi)某廠研制的絕熱耐磨材料(剛玉質(zhì)涂抹料)指標(biāo)如下(表17)。使用壽命超過1萬小時，并經(jīng)過多次停、開爐溫度急驟變化的考驗(yàn)。 表17 循環(huán)流化床鍋爐用絕熱耐磨材料技術(shù)性能 項(xiàng)目 指標(biāo) 耐火度（℃） ≥1790 抗折強(qiáng)度（MPa） 110℃x24h ≥9 800℃x3h ≥12 1450℃x3h ≥14 耐壓強(qiáng)度（MPa） 110℃x24h ≥80 800℃x3h ≥85 1450℃x3h ≥100 線變化率（%） 800℃x3h ≤±0.1 1450℃x3h ≤±0.5 化學(xué)成分（%） Al2O3 ≥85 線膨脹率（%）(室溫~900℃) 0.36 4．3石化 煉油廠催化裂化裝置中，其反應(yīng)器旋風(fēng)分離器，再生器反應(yīng)器入口錐體和滑閥部位工作條件極其苛刻，長期經(jīng)受高溫高速，氣流粉塵的沖刷作用，要求做為襯里的耐火材料具有耐高溫、耐磨、抗剝落和抗沖刷等性能。耐磨澆注料性能見表18 。 經(jīng)二年多使用，檢修未發(fā)現(xiàn)麻面、剝落、磨損量少于2mm。 5不定形耐火材料施工技術(shù)的發(fā)展 5．1澆注料的濕法噴涂 如前所述，不定形耐火材料，特別是澆注料應(yīng)用量大，面廣，品種也從普通的澆注料，發(fā)展到今天有了低水泥、超低水泥澆注料、自流澆注料等。其施工以現(xiàn)澆為基礎(chǔ)，施工量小簡單易行，如果連續(xù)大量施工，則勞動強(qiáng)度大，施工時間長。90年代國外發(fā)展了快速施工的噴涂技術(shù)，并在多種窯爐上進(jìn)行了施工。這就是濕法噴涂，實(shí)際上是指泵壓送到噴咀處的濕法噴涂，其概要如圖2。 表18 耐磨澆注料性能 項(xiàng)目 指標(biāo) 體積密度（g/cm3） 110℃x24h 3.06 540℃x3h 3.06 815℃x3h 3.07 抗折強(qiáng)度（MPa） 110℃x24h 24.0 540℃x3h 27.1 815℃x3h 28.6 耐壓強(qiáng)度（MPa） 110℃x24h 102.9 540℃x3h 117.4 815℃x3h 113.6 線變化率（％） 110℃x24h -.012 540℃x3h 0 815℃x3h 0 化學(xué)成分（％） AL2O3 91.2 結(jié)合方式 復(fù)合磷酸鹽 最高使用溫度（℃） 1700 圖2 濕法噴涂系統(tǒng)簡圖 濕法噴涂有如下優(yōu)點(diǎn)： (1)施工質(zhì)量高 濕噴能得到與澆注施工質(zhì)量不相上下的施工體。 (2)效率高 濕噴單位時間施工量大，可達(dá)到10噸／時。 (3)無需支模 與澆注料比，在成本方面有利。 (4)無塵施工 施工時無粉塵，對環(huán)境保護(hù)有利。 (5)可在高溫下施工 (6)可以輸送至高處噴涂 正因?yàn)橛猩鲜鰞?yōu)點(diǎn)，現(xiàn)正逐漸被用戶所接受。 濕法噴涂應(yīng)用舉例： (1)高爐出鐵溝造襯和熱態(tài)修補(bǔ) 某廠在3000m3高爐主溝上，取代原有澆注料。結(jié)果表明，在主溝的所有部位(從出鐵口至除渣區(qū))，噴涂料的耐久性都與標(biāo)準(zhǔn)澆注料相同。與使用標(biāo)準(zhǔn)澆注料相比，施工前要去除的殘襯量也有大幅度降低。因此，材料的單位消耗量下降30％以上。也免除了設(shè)置模板和拆模的作業(yè)，從而節(jié)約了整個安裝施工過程中的勞動力和工時。 對修補(bǔ)作業(yè)來說，濕噴料的耐久性超過干噴料的3倍。由于延長了鐵溝使用壽命，也使材料單耗降低了10％以上。 (2)鋼包內(nèi)襯施工 在某廠25噸鋼包包壁和底部試驗(yàn)，附著率95％。使用后觀測熔損速率和澆注料相同，但施工時間縮短了一半。 (3)水泥廠旋風(fēng)分離器部位的高處施工 施工時揚(yáng)程65m進(jìn)行壓送、噴涂，與澆注料比，工期縮短一半，施工體運(yùn)轉(zhuǎn)一年后完好，壽命穩(wěn)定。 (4)用子焚燒爐 在日處理量58噸的流動床式焚燒爐上施工，水平輸送距離l00m，從高度30m的部位施工，與過去支模澆注施工比較，工期縮短一半，施工費(fèi)用節(jié)省70％。 關(guān)于泵送濕噴技術(shù)，國內(nèi)某大型鋼廠己牽頭引進(jìn)了噴涂機(jī)，并在高爐出鐵主溝及擺動溝上進(jìn)行了試驗(yàn)，尚處于初始階段。 5．2耐火可塑料噴涂 由于耐火可塑料施工后可直接點(diǎn)火而不用擔(dān)心爆裂，熱態(tài)性能比澆注料好，尤其具優(yōu)良的抗剝落性、抗化學(xué)侵蝕性，所以多用來構(gòu)筑加熱爐、均熱爐等窯爐的爐襯。但是，可塑料施工需用風(fēng)錘搗打，工期比較長，勞動強(qiáng)度也大。在國內(nèi)使用受到限制。盡管后來開發(fā)出了粘土結(jié)合澆注料，但也不具備可塑料的全部優(yōu)良性能，使用起來并不理想。 八十年起國外開始研究開發(fā)適于噴涂施工的耐火可塑料及其噴涂設(shè)備。至今已成功地在加熱爐、均熱爐、焚燒爐及水泥窯上獲得應(yīng)用。 表19噴涂機(jī)的主要規(guī)格 Name of machine Item Reed gun Material hose diameter(mm) 50 45 38 Outlet Capacity (m3/h) 1.0~3.0 1.0~2.5 1.0~2.0 Feedable distance of material (m) Horizontal 60 40 20 vertical 30 20 10 Outlet pressure (Mpa) 0.3~0.5 Required air volume (m3/min) More than 15 More than 12 More than 10 Required air pressure (Mpa) 0.5~0.75 Power source 3 pole 220v 3.7kW Size of unit (mm) 1300L x 850W x 1100H Weight (kg) 350 耐火可塑料噴涂施工就是用專用的噴涂機(jī)把有適當(dāng)粘性的可塑料，由壓縮空氣供料，沿軟管輸送，從噴咀噴出構(gòu)筑爐壁。圖3表示可塑料噴涂機(jī)械配置圖。 圖3 耐火可塑料噴涂機(jī)和供料機(jī)組合施工 這種施工方法有如下優(yōu)點(diǎn)： (1)在適宜用耐火可塑料的部位，不需要搗打，改用噴涂施工，速度提高數(shù)倍； (2)材料呈濕潤狀，勞動環(huán)境好； (3)可無模施工，對于復(fù)雜形狀的爐壁也容易施工。 國外己開發(fā)出多層噴涂造壁的施工方法。即先噴涂爐壁外側(cè)的保溫層材料，表面加工硬化后再噴涂中間隔熱層材料，最后噴涂爐內(nèi)側(cè)工作層的可塑料，構(gòu)成復(fù)合層爐壁。 鑒于有上述優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)某大型鋼廠計劃在熱軋大跨度加熱爐大修時采用可塑料噴涂，現(xiàn)正在準(zhǔn)備階段。 6結(jié)語 上面談到的不定形耐火材料技術(shù)發(fā)展的新動態(tài)，肯定不夠全面。但是，鋼鐵、建材、電力、石化等行業(yè)的諸多同仁的論述文章，會彌補(bǔ)這方面的不足。另外，隨著我國鋼鐵生產(chǎn)發(fā)展到“控制質(zhì)量，調(diào)整結(jié)構(gòu)，提高效益”的階段，鋼鐵企業(yè)對耐火材料也會提出更高的使用要求，必然要促進(jìn)不定形耐火材料向高質(zhì)量、多品種的方向發(fā)展，需要耐火行業(yè)的工作者結(jié)合實(shí)際來開展工作。 參考文獻(xiàn) [1]李庭壽．《鋼鐵工業(yè)用耐火材料技術(shù)發(fā)展》，99全國連鑄與電爐用耐火材料學(xué)術(shù)年會論文集P45�56。 [2]劉興平、陳守牛等．《高通鐵量鐵溝澆注料的研制與應(yīng)用》，99全國不定形耐火材料學(xué)術(shù)會議論文集p295�298。 [3]《耐火物》1997，No.ll，P623。 [4]《耐火物》2000，No4，P222�233。 [5]劉根榮．<<不定形耐火材料的研究與應(yīng)用》P166�175。 [6]李庭壽、馮改山等。《鋼鐵工業(yè)用節(jié)能降耗耐火材料》。 |
