高性能不定形耐火材料在石灰套筒窯的應用

　　文章導讀

　　使用高性能的不定形耐火材料是使套筒窯獲得較長的使用壽命的關鍵因素之一。以莫來石、紅柱石為原料配製出的高強澆注料和鋼纖維澆注料，能夠滿足套筒窯的設計要求，並取得了良好的使用效果

　　1 前言

　　套筒窯(套筒式石灰窯)是一種煆燒活性石灰的先進窯爐，具有產品質量好(石灰活性高)、能耗低、環保效果好等特點。鋼設計院配套設計的01座活性石灰套筒窯(500噸/天)於2001年11月在鋼第二耐火材料廠建成投產。

　　套筒窯築爐材料的優劣是決定其壽命的關鍵因素之一。國內先後引進過幾座同類型的石灰窯，壽命均隻有一年左右。其損毀原因主要是由於火橋、立柱等關鍵部位耐火材料的損壞引起的。為了確保窯體壽命，鋼設計院和中國京冶公司依據各部位的使用條件和損毀原因，共同製定了套筒窯專用高性能不定形耐火材料的設計指標(詳見表1)。

　　表1 套筒窯用不定形耐火材料性能指標

　　2 材料的研製

　　為了滿足設計要求，我們研製了套筒窯用的高性能不定形耐火材料，並在鋼多做套筒窯上應用，取得了良好的應用效果。具體研製過程如下：

　　2.1 高強澆注料

　　這種澆注料主要用於火橋部位,其設計指標突出了以下三方麵的特點：①高純原料，②高強度，③優異的熱態性能——高荷重軟化溫度。盡管材料的鋁含量不是很高，但是，對材料的雜質含量要求非常嚴格，這是因為即使很微量Fe2O3、K2O、Na2O等雜質也會使材料液相出現溫度顯著降低，導致材料在高溫下軟化，喪失強度。

　　為達到設計要求,需要使用人工合成莫來石作為主原料，加入一定量的紅柱石，並采用氧化鋁超微粉及少量的純鋁酸鈣水泥作為結合劑。

　　莫來石是Al2O3-SiO2二元係中常壓下唯一穩定存在的二元化合物，屬斜方晶係。是一種高品質耐火原料，具有膨脹均勻，熱震穩定性好，荷重軟化點高，硬度大，抗化學侵蝕性好等特點。其合成方法是：以工業氧化鋁和高嶺土為主原料，經共磨、陳化、製坯等工序高溫燒結而成。經過破碎篩分製成骨料。

　　紅柱石在高溫下轉化成莫來石，產生不可逆的體積膨脹，可以“補償”材料在燒結過程中產生的收縮，從而提高材料的荷重軟化溫度，降低蠕變率。主要原料性能見表2：

　　表2 原料性能指標

　　應用上述原料，按照65～70%骨料：35～30%粉料的基本配比，配製出了高純、高強、高荷軟、高流動性的高性能澆注料，其具體性能指標見表1。

　　2.2 立柱用鋼纖維澆注料

　　鋼纖維增強耐火澆注料是耐火澆注料構成的基質相與鋼纖維構成的增強相組成的複合結構。各溫度區域的強度和韌性高於耐火澆注料。具有更好的抗熱衝擊、抗機械衝擊和耐磨性。

　　表3 各溫度條件下耐火澆注料與鋼纖維增強耐火澆注料的強度產生的機理對比

　　鋼纖維的製造方法有：鋼絲剪斷法、鋼板剪斷法、，切削法及熔鋼抽絲法(熔抽法)。其中熔抽法工藝簡單，生產能力大，成本低在耐火材料中的應用較為普遍。

　　表4 不同牌號鋼纖維的性能對比

　　表5 不同鋼纖維加入量和不同鋼纖維品種對材料性能的影響

　　表5中ST5因為鋼纖維加入較多，1300℃燒後表麵有鋼纖維熔融，試塊有較大體積的膨脹，強度有所降低的。ST6采用330鋼纖維,熔融現象較ST4大為減少，體積變化也小得多。綜合分析上述結果可以看出加入4a%的330鋼纖維可以得到理想的材料性能。

　　3、實際應用

　　鋼l#500m3套筒窯於2001年11月竣工後到2006年1月7日停火中修為止，連續運行4年多，生產活性石灰66萬餘噸，創造了國內套筒窯國內使用壽命的新記錄。此後，高性能不定形耐火材料又在鋼秦皇島鋼鐵公司和鋼遷安鋼鐵公司的多座套筒窯中應用，均取得了良好的應用效果。