高爐進風裝置內襯耐火材料的開發(fā)與應用.doc

高爐進風裝置內襯耐火材料的開發(fā)與設計世林（漯河）冶金設備有限公司 張海佑 郭榮霞摘要: 選用鋁鎂尖晶石結合的剛玉耐磨澆注料，耐高溫涂料為原料，做試塊，在底部注模面刷涂一定厚度的涂料，在不同溫度下燒成，在試驗研究的基礎上，分析了不同厚度的涂料，在不同溫度下對材料耐磨性能的影響。結果表明：涂刷合理厚度的涂料能大大提高材料的常溫耐磨性能,進一步做試驗測試涂刷涂料后的隔熱效果。以此設計多層材料施工，加強隔熱。并投入了高爐熱風管進風裝置工業(yè)應用，效果良好。關鍵詞: 進風裝置、澆注料，涂料，耐磨性, 隔熱性目前,煉鐵技術提高送風溫度已成為必然,但是送風管道能不能承受新負荷,已經(jīng)帶來技術瓶頸,為此必須采用新材料和新工藝制做送風管道滿足煉鐵技術的發(fā)展。本文對送風管道上直吹管內襯材料的耐磨性, 隔熱性進行了研究和試驗,試驗數(shù)據(jù)表明采用新材料、新工藝后應用效果顯著提高。1. 選用材料指標及配制1.1 選用主要原料選用的材料指標見表1表1 原料化學組成（%）原 料 Al2O3 MgO SiO2 CaO Fe2O3 TiO2 K2O+Na2O電熔棕剛玉 95.60 0.16 1.20 0.20 0.40 3.30 -礬土基剛玉 98.7 0.02 0.01 0.03 0.15 0.01 0.06電熔鎂砂 - 97.00 - - - - -水泥 71.01 - 1.00 28.00 97 - - - -電熔鎂鋁尖晶石 70.40 28.40 0.30 0.40 - - -1.2 配料過程粗骨料（63mm）電熔棕剛玉，細骨料（30.5mm）、 320目粉料均采用礬土基剛玉、電熔鎂鋁尖晶石，骨料總比例6272%，320目電熔鎂砂粉料、水泥 、硅灰、 - Al2O3、工業(yè)級Cr2O3、復合減水劑、防暴劑、若干配料，混合，加水5.55.8%，做試塊 4040160mm, 110 5 烘干12h，測量各項指標，見表2表2 鋁鎂尖晶石結合的剛玉耐磨澆注料指標:化學成分，%耐壓強度，Mpa抗折強度，Mpa線變化，%體密，g/cm3氣孔率，%Al2O3 ，82MgO ，8.2Cr2O3 ，3.11101350110135013501101101350空白 刷涂料75.690.08.511.70.202.9814.015.08.7注：1350氣孔率為表面涂刷涂料后并烘干所測試1.3 耐高溫涂料 選用Al2O3 Zr2O3質加紅外線不透明復合材料，指標見表3表3 耐高溫涂料指標項 目 指 標粘結強度Mpa ， 17線變化%，10006h， 0.05;熱導率W(mK)-1， 0.3發(fā)射率 ，1200 0.871.4 硅酸鋁纖維紙選用硅酸鋁纖維紙（厚度2mm）作為隔熱材料，指標見表4表4 硅酸鋁纖維紙指標項 目指 標長期使用溫度/面密度/gm-2密度/ gcm-3加熱線變化/%抗張強度/Pa15mm200mm熱導率/W(mK)-1 1000 2007000.35o.444縱向20852597橫向1161776700,0.095;900,0.108;1000,0.1352. 耐磨性試驗過程2.1 試塊制做用鋁鎂尖晶石結合的剛玉耐磨澆注料,按YB/T5201.12003制做100mm100 mm25mm樣品,其中4塊為空白樣品,12塊進一步做下步試驗;2.2 涂刷涂料將12塊樣品分為三組,每組三塊, 在底部注模面用刷子刷不同厚度的涂料,1105烘干,厚度如下:2.3 燒成每組兩塊，在12503h，13503h燒成后,觀察表觀狀況,2.4 測試測試常溫耐磨性能,指標及表面狀況如下表5、表6表5、12503h組別空白組A組B組C組涂料厚度，mm0010305燒后現(xiàn)象正常涂料附著表面涂料附著表面表面有微裂紋耐磨性895856不測試表6、13503h組別空白組A組B組C組涂料厚度，mm0010305燒后現(xiàn)象正常涂料滲如表面涂料滲入表面表面有微裂紋耐磨性8.65.65.2不測試2.5 切樣切開樣品，斷面斷面，涂料滲入深度，均在12mm左右。3. 隔熱性能試驗 圖1. 試塊圖試塊制做兩塊，其中一塊在鋼板內側，平鋪硅酸鋁纖維紙，在模型中澆筑試驗料，養(yǎng)護，烘干，在料表面刷涂0.2mm厚涂料，再烘干。另一塊不涂刷涂料，制作工藝同第一塊。見圖1。分別放置于電爐爐門處，縫用高溫密封材料封嚴，均按同一升溫曲線（到1200）升溫，對澆注料表面進行加熱，測試塊內外表面溫度，數(shù)據(jù)見圖2 圖2 各點溫度曲線注：K為有涂料試塊外表面（鋼板）溫度平均值，K 為無涂料試塊外表面（鋼板）溫度平均值。 數(shù)據(jù)顯示，爐溫升至1200后，兩試塊外表溫度相差100以上。4 結果分析根據(jù)測試數(shù)據(jù)，耐磨性指標提高35%左右，氣孔率指標下降42%，表面溫度下降100以上。 以上試驗結果表明，涂料刷涂后，材料的常溫耐磨性大大提高，隔熱效果明顯。進一步分析研究，涂料在以上溫度下出現(xiàn)液相并形成低溶點溶體，進一步與底材固相反應生成鎂鋁鉻尖晶石，由于涂料添加大量超微粉制作，并添加反應活化劑，在11001350尖晶石合成化完成，低溶點溶體滲入表面，表面一定深度氣孔微細化，致密化，降低了對流傳熱的效果，最終剛玉骨料由生成的尖晶石結合，基質得到優(yōu)化，整體材料高溫性能良好。 基質的優(yōu)化，材料強度提高，耐磨性能得到明顯改善，完全滿足高風速的沖刷，涂料中添加了紅外線不透明物質，熱輻射傳熱作用減弱，氣孔微細化使熱對流作用同樣減弱，隔熱效果進一步增加， 超薄硅酸鋁纖維紙代替?zhèn)鹘y(tǒng)的輕質澆注料的應用，同樣的隔熱效果可以降低隔熱層重量，對于減輕設備重量有重要意義。5 在進風裝置設備上設計應用根據(jù)上述實驗結果，在進風裝置上進行設計，見圖3 圖3 進風裝置彎管、直吹管部分 6 工業(yè)應用試驗 我公司在高爐、熱風爐進送風管道設備系統(tǒng)內襯進行了如上的設計施工，硅酸鋁纖維紙鋪設5mm2mm厚，內襯耐火材料厚度如下，涂料施工按試驗方案進行。應用于江蘇、河北兩家鋼廠工藝參數(shù)見下表7、表8： 表7 江蘇某鋼廠工藝參數(shù)、進風管道表面溫度參數(shù) 數(shù)值高爐 /m3 450送風溫度/ 1150風壓/Mpa 0.25直吹管表面溫度/（內襯材料厚度40mm） 240 其它管道表面溫度/ 150 注：直吹管共三套，一套灌渣報廢外，其余壽命均超過10個月仍在使用。表7 河北某鋼廠工藝參數(shù)、進風管道表面溫度參數(shù) 數(shù)值高爐 /m3 500送風溫度/ 1170風壓/Mpa 0.26直吹管表面溫度/（內襯材料厚度50mm） 240 其它管道表面溫度/ 150注：直吹管共三套，壽命均超過8個月仍在使用。6 結論：利用尖晶石結構牢固、熔點高、熱膨脹小、熱應力低、抗熱震性好的優(yōu)點，靠原位反應生成，大大改善了材料的基質性能，優(yōu)化配比及各種添加劑，材料可以在較低溫度下活化燒結，得到優(yōu)良高溫力學性能的不定型耐火材料材料，比傳統(tǒng)莫來石材料、高鋁質材料優(yōu)越。利用高溫涂料燒結后可以增加底材耐磨性，可以隔斷輻射傳熱，對于節(jié)能降耗有重要意義。硅酸鋁纖維紙，導熱率極低，保溫效果優(yōu)良；其柔軟性能，可緩沖工作層產(chǎn)生的熱應力，