抗渣澆注料在加熱爐中的應用

 抗渣澆注料在加熱爐中的應用 耐火澆注料[1]一般具有較高的常溫強度，可以製成預製件在窯爐旋工現場安裝，如連鑄的中間罐用耐火澆注料堰板預製件安裝(見彩圖插頁第20頁)。耐火澆注料主要應用於冶金工業窯爐，也在石油、化工、建材、電力和機械工業窯爐和熱工設備中廣泛使用。

 

目前，在軋鋼加熱爐中，直接接觸熔渣及受熔渣磨損、衝刷嚴重的部位(如爐底、爐炕、出鋼槽、抗渣保護牆等)，渣侵是一個嚴重的問題。熔渣一旦侵蝕了該部位的耐火材料，不但縮短了耐火材料的使用壽命，而且給扒渣造成了極大的困難，從而又增大了工人的勞動強度，間接影響了經濟效益。

為了解決渣侵問題，我們查閱了大量資料，對熔渣的化學成分及侵蝕機理進行了分析與研究。針對研究結果，我們進行了有關實驗工作，研究出了抗渣性能良的RSK抗渣澆注料。

耐火澆注料作為熱工設備的內襯和爐體時，一般應在01次使用前進行烘烤，以使其中的物理水和結晶水逐步排除，達到某種程度的燒結，使其體積和某些性能達到使用時的穩定狀態。烘烤製度對使用壽命有很大影響。烘烤製度的基本原則應是升溫速度與可能產生的脫水及其他物相變化和變形相應，在急劇產生上述變化的某些溫度階段內，應緩慢升溫甚至保溫相當時間。若烘烤不當或不經烘烤立即快速升溫投入使用，極易產生嚴重裂紋，甚至鬆散倒塌，在特本特厚部位甚至可能發生爆炸。

二．熔渣主要化學成分及其侵蝕機理

    (一)熔渣化學成分

    軋鋼加熱爐熔渣的化學成分波動範圍較廣，比較有代表性的成分列於下表：

化學成分    FeO   CaO  Al2O3  SiO2   MgO  熔化溫度
含量(wt %) 50.4  7.42   6.48   34.64  1.06  1280℃

(二)侵蝕機理

    通過多次對軋鋼加熱爐現場侵蝕情況的觀察，我們認為熔渣對耐火材料的侵蝕主要有以下原因：

    1.毛細管滲透

    在許多種情況下，我們可以粗略地認為，耐火材料的氣孔率越高，發生毛細管滲透現象的機率就越高，也就是說氣孔被熔渣液相覆蓋的機率越高，一旦氣孔被熔渣覆蓋，又將促進熔渣浸入的進行。

    2.化學損毀

    耐火材料的化學損毀，即化學侵蝕，可以看作是固體在液體中的溶解。也就是說，耐火材料與熔渣發生反應時，彼此間的組分不斷更新，物質不斷遷移，而形成耐火材料的變質層，降低耐火材料的高溫使用性能。這在軋鋼加熱爐中，則表現為高鐵熔渣對耐火材料內部的侵蝕，從而形成變質層，使耐火材料產生明顯裂紋，引起耐火材料剝落掉塊而損毀。

    從以上分析可以看出，直接接觸熔渣部位耐火材料的損毀，主要是熔渣產生的化學侵蝕和熔渣浸透到耐火材料內部引起的結構剝落。因此，為了抑製熔渣在耐火材料中的浸透，可采取以下兩種方法：

    (1)使耐火材料結構致密；

   (2)降低熔渣對耐火材料的潤濕性。

三、抗渣澆注料的研製

    (一)軋鋼加熱爐的條件及其對抗渣澆注料的性能要求

    軋鋼加熱爐的環境溫度一般可達1300℃左右，氣氛為弱還原性，且在1300℃下爐渣呈熔融狀態，爐渣對耐火材料的侵蝕性較強。

    因此，軋鋼加熱爐對抗渣澆注料除要求其具有較高的強度外，還需滿足以下要求：

    1.高溫力學性能好，具有良的高溫耐磨性和抗熔渣衝刷性；

    2.耐熔渣化學侵蝕性和抗滲透性好；

    3.較高的填充密度和體積穩定性，較小的氣孔率，結構致密均勻；

    同時考慮到施工和使用要求，抗渣澆注料還需符合以下條件：良好的施工性能，可快速施工；較好的烘烤性能，可快速烘烤而不炸裂；較強的不粘渣性，便於解體和修補。

    (二)抗渣澆注料的研製

    1.主要原料性能見表1。

表1 主要原料的化學組成(wt %)

名 稱                  Al2O3    SiO2     Fe2O3    R2O    CaO    其 它
耐火骨料及粉料   ＞85       -           ≤2.0    ≤0.4     ≤0.6    耐火度≥1790℃
結 合 劑         ≥80      ≤0.1      ≤0.2        -        ＜18
2.主要配比見表2。

表2 抗渣澆注料主要配比(wt %)
編號    耐火骨 料     耐火粉 料    抗渣劑     結合劑
1          70                     6                 A               5
2          70                     7                 B               5
3          70                    14                C               6
4          70                    15                D               6
  3.試樣的製作及理化性能測試：

    將稱好的原料預混1min，加入自來水，混練4～5min後，澆注到100×100×100mm的方模和40×40×160mm的標準模中，經振動成型，同時，在方樣中部預留一Φ25mm、深50mm的圓孔。

    試樣經過110℃×24h烘幹後，在方樣的預留孔中放入50g爐渣(爐渣粒徑≤10mm)，與標準樣一同置於電爐中焙燒至1450℃保溫3小時，待試樣隨爐自然冷卻至室溫後，取出試樣進行各項性能測試。其理化性能如表3。

表3 試樣的理化性能

編號   容重(t/m3)     化學成分(wt%)    燒後抗折強度( MPa)    燒後抗壓強度    燒後線變化(%)　     110℃×24h      Al2O3 骨料       110℃×24h           1450℃×3h       1450℃×3h 
1           2.53                 ≥66 高鋁質         3.09                     9.30                 +0.80
2           2.45                  ≥68高鋁質         3.10                     9.15                 +0.68
3           2.65                  ≥77高鋁質         2.25                   11.45                 +0.12
4           2.60                  ≥78高鋁質         2.30                   11.20                 +0.34

    4.抗渣性觀察
    觀察試樣外表麵燒後情況，發現01、第三組試樣表麵氧化形成一較好保護層，將燒後的方樣沿中軸剖開，觀察其渣侵情況，其侵蝕層厚度依次為： (1)＜(2)＜(3)＜(4)，第二組較01組渣侵嚴重，第四組較第三組渣侵嚴重；以錘輕擊熔渣，熔渣易於脫落，可見耐火材料對爐渣的粘性較小。
四．結論

    1.在上述配料中，選用了特殊的抗渣成分，增大了材料與渣之間的潤濕角，降低了材料在渣中的溶解度，提高了材料的抗渣蝕性；

    2.上述材料配料精良，因此其氣孔率較低，爐渣在其中的滲透較弱；

    3.上述材料的不粘渣性，有利於爐渣的清除。

五．RSK抗渣澆注料實例及應用前景

    目前，RSK抗渣料已應用於鋼集團寶生帶鋼有限公司推鋼式加熱爐爐炕、鋼集團小型廠軋鋼加熱爐爐炕，該兩單位在使用RSK抗渣料之前，爐炕渣蝕嚴重，不僅爐炕的使用壽命較短，而且由於過去所用材料的粘渣性較大，給扒渣造成了很大的困難，同時增大了工人的勞動強度。使用RSK抗渣澆注料後上述狀況均得到極大的改善。

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