耐火澆注料在退火爐中的實際應用

山東客戶退火爐爐體長36mm，分為四個控製段：加熱段、保溫段、急冷段和緩冷段。加熱段爐膛高3m，其他三段爐膛高2.25m，每兩段之間有一個距爐底1.3m的高壓下梁將相鄰兩段隔離。退火時各段溫度分別控製為：1050～1100℃、960～1000℃、780～830℃、560～610℃。 整個爐體從進料到出料上斜2%，鑄管在爐底軌道上由撥爪推動前進，爐兩側安裝有５對對中機,對鑄管行進中跑偏進行校正。
　　爐底原由五層耐火磚砌成，下麵一層輕質磚為立砌，厚122mm，中間三層為平砌，每層厚68mm，上層粘土磚也為立砌，厚度為116mm。軌道采用耐熱鋼，材質為3Cr24Ni18Si2，軌道的鋪設如圖1所示，兩邊采用耐火磚固定。由於使用多年，爐底耐火磚變形較大，耐熱鋼軌道也嚴重變形，而且固定耐火磚已大部分損壞，因此退火過程中管子在爐內運行不平穩，退火後管子的橢圓度增大，有的外表出現外凹導致報廢，更嚴重的是因軌道橫向位移，尤其是在對中機處造成軌道脫節，導致亂爐，出現大批廢品。停爐檢修時，對軌道進行校直、更換和固定，固定采用焊接，將每根道軌尾焊死，相互連接，由於焊接時產生應力較大，加上道軌受熱膨脹等原因，焊點很快斷開，每隔半個月左右就得停爐檢修一次，嚴重影響了生產。為此鑄管公司決定對爐底及軌道進行改造。

2 改造方案的設計

    鑒於耐火澆注料熱穩定性好、線變化率低、形變小等特點，鑄管公司大膽提出以鋼纖維增強耐火澆 注料製成的預製件代替易變形的耐熱鋼，將原來的 五組軌道全部去掉，同時將上麵一層立砌的粘土磚也全部去掉，采用低水泥澆注料打結爐底。
    改造采用的鋼纖維澆注料預製件形狀如圖2所示，改造後爐底結構如圖3所示。爐底表麵為厚120mm的55^#低水泥澆注料，澆注爐底表麵時預留5條斷麵為210×80mm的凹槽，軌道即設置在凹槽中。

3 新材料性能及試驗研究

    耐火澆注料熱穩定性好，線膨脹係數比耐熱鋼小，但其耐磨性及其強度卻難以與耐熱鋼相比(耐火澆注料的理化指標見表１)。以耐火澆注料代替耐熱鋼作退火爐軌道是否能滿足退火的需要呢？為此，做了如下試驗。 ��

表1  耐火澆注料的理化指標 

材料名稱	Al2O3/%	耐火度/℃	線變化率/% 1100℃×3h	抗折強度/MPa 1100℃×3h	抗壓強度/MPa 1100℃×3h
55#低水泥澆注料	≥55	≥1750	0～1.0	≥10	≥60
鋼纖維增強耐火澆注料	≥80	≥1770	0～1.0	≥12	≥80

3.1  耐磨性
    為研究耐火料預製件的耐磨性，用預製件搭成斜度為2%的軌道(退火爐斜度為2%)，將軌道置於退火爐的加熱段內，並將退火爐加熱段爐內溫度升至退火溫度(1080～1100℃)，用減速機構以0.85�﹎/s��的速度(退火時管子大運行速度為0.85m/min)勻速將一通徑為800mm、厚度為36mm、長度為1500mm、表麵粗糙度為100μm的圓鋼管上下拖動10000次，軌道厚度平均下降0.22mm。以軌道表麵磨損不大於10mm為安全運行的極限，則退火時管子可滾動軋過次數為45.5萬次，退火量可達63.4萬t(DN800mm管的標準重量為139kg)。由此可見，預製件的耐磨性足以滿足退火的需要。
3.2  抗壓強度
    仍以DN800mm管為研究對象，管子在軌道上滾動時，與軌道的接觸麵寬度在2mm以上。以1.5 mm寬度計算，5條軌道與DN800mm管子的接觸麵積為15cm²， 軌道所受壓強為9.3MＰa，則預製件的抗壓強度為所受壓強的8.6倍 。
3.3  抗折強度
    由抗折強度計算承受DN800mm管所需的小橫截麵積為11.6 cm\+²，而一條軌道的橫截麵積為240cm²。
    以上試驗研究表明：預製件的耐磨性及強度足以滿足退火需要。

4 施工

4.1  爐底的打結
    (1)設置預製件凹槽打結所需模具，模具的澆注麵均塗油以利於脫模。
    (2)攪拌：采用飲用水，按重量準確稱量，加水量為5%～10%，用強製式攪拌機進行攪拌，攪拌時間控製在5min左右。
　　(3)膨脹縫的預留：在爐體長度與寬度方向上，每隔約2m留一條寬10mm的膨脹縫，縫內填入矽酸鋁耐火纖維氈，各條膨脹縫應錯開。
　　(4)加水攪拌後的澆注料在25min內用完，澆注料硬化約24h後脫模，進行潮濕養護，總養護時間為50h。
4.2  鋼纖維增強耐火澆注料預製件的設置
    預製件設置時兩側放置一塊厚為5mm的油氈紙，兩根預製件連接處留5mm寬的膨脹縫，縫內填入矽酸鋁耐火纖維氈，五條軌道的膨脹縫相互錯開。爐底平麵寬度方向的平直度、五條軌道寬度方向的平直度及爐底平麵、五條軌道長度方向的2%斜度，采用激光器光束測量手段來保證。烘爐曲線見圖4。

5 改造效果與分析

    改造後的爐底設置有預埋軌道的凹槽，整條軌道的下半部都埋在爐內，固定條件非常好，杜絕了因軌道橫向位移導致亂爐而出現大批廢品的現象。
    鋼纖維澆注料是以高鋁礬土、熟料或剛玉等為骨料和粉料，加入結合劑和適量的耐熱不鏽鋼纖維，並加入適量的外加劑配製而成的耐火澆注料，其熱穩定性強，變形小，耐磨性好，強度高，具有較好的抗削落、抗衝擊性能。采用鋼纖維澆注料預製件代替耐熱鋼軌道，不但結構簡單，施工方便，工期短(比采用耐熱鋼短5d)，造價低(節約資金20餘萬元)，而且其耐磨性及強度完全滿足退火要求。
    退火爐改造投入使用至今近兩年，退火管子約8萬t，爐底表麵保持平整狀態，軌道未出現斷裂、變形現象，磨損量小(小於1mm)。退火時管子在爐內運行平穩性增強，提高了退火後管子的圓整度，杜絕了管子外凹及亂爐造成的管子報廢現象，大大提高了退火質量。尤其是退火難度大的DN800mm管，退火合格率由40％提至近100％，創經濟效益約500萬元。