武钢：高炉长寿顺行中的耐火材料
2010-08-16 08:52 来源： 我的钢铁
摘 要： 介绍了高炉出铁沟耐火材料、炮泥、硬质压入料的研究与应用的进展。从环保、长寿、高炉顺行的角度，给钢铁行业的工作者以借鉴，以利于降低成本，提高高炉的利用效果铁沟采用溶胶结合、无污染浇注料，炮泥采用树脂或无污染有机物结合，提高硬质压入料的抗氧化性与抗侵蚀性能是发展方向。
关键词：高炉；耐火材料；铁沟；浇注料；炮泥；修补
高炉长寿顺行是稳定炼铁生产的基本保证。高炉建成投产后，在确保炉体耐火材料修砌质量的前提下，一代炉龄可达15～2O年，炉体的长寿问题基本得到解决。保持高炉长寿顺行，出铁过程要顺利，开铁口、堵铁口要稳定，炉子局部有问题时需压入修补，这些都是必须做到的日常性工作；而有关这些方面的研究对于高炉的日常维护是必要的。本文综合不同的报道与研究结果，介绍了铁沟、炮泥、压入修补料的研究与使用情况。
1 出铁沟耐火材料的研究
高炉出铁沟的工作层主要采用氧化铝、碳化硅、碳素组成的材料。数百立方米容积的小型高炉，每次出铁量少，散热快，单铁口出铁，清除残余渣铁较困难；一般采用非储铁式主沟，多采用免烘烤捣打料，施工简单，使用寿命较短，几天或十多天就需清沟重新铺沟。这类材料一般用树脂结合，在成型使用过程中产生有害气体较多，恶化了作业环境。中型、大型高炉一般有2～4个铁口，采用储铁式主沟，主出铁沟多用的是Al2O3-SiC-C质浇注料，按照施工方式可分为自流浇注料、快干浇注料等类型；按照结合系统，除水泥结合浇注料外，最近也多有溶胶结合、氮化物结合浇注料的报道；水泥结合浇注料中温强度有降低，其中碳素抗氧化的效果较差，使用寿命一次通铁量在8～12万t，高炉容积越大，顶压力大，铁水的出铁冲击力也大，对沟衬的冲刷和磨损也增加。武钢开发的溶胶结合浇注料为自洁净结合浇注料，不采用水泥结合，温度增加，抗压强度提高，不存在中温区强度损失，抗氧化性能好，自流型浇注料的通铁量可达到15万t；而快干型的浇注料成型后1h即可脱模，快速烘烤2～3h即可投入使用，在2200m。高炉主沟使用，经过1～2次修补后通铁量可达到20万t。氮化物结合的主沟料有研究报道。不同浇注料的性能见表1（表1详见原文）。
从性能测定结果看，溶胶结合Al2O3-SiC-C质自流浇注料烧结致密，高温下的抗折强度比低水泥浇注料要高，且抗氧化性能亦好，因此材料在使用过程中碳素氧化少、渣与铁水渗透破坏小、抗侵蚀性好，能快速烘烤不产生裂纹，抗热震稳定性优良。
为评价不同材料的环保性能，对浇注料在不同温度加热后于空气中总挥发有机物的量(TVOC)作为检测比对指标和检测的依据。其检测方法是：在同一环境条件下，分别检测溶胶结合Al2O3-SiC-C质浇注料与水泥结合Al2O3-SiC-C质浇注料遇热所释放的TVOC含量。用PGM-7240TVOC测定仪测定室内空气中的TVOC浓度作为背景，分别测试两种产品加热后释放的总挥发性有机物(TVOC)在空气中的浓度值，取其1min的平均值减去背景值作为产品释放有毒气体的贡献值。测试样本采取随机抽样，设定温度500，600，800℃时加热测试。同样条件测试对比样结果见表2。
溶胶结合Al2O3-SiC-C质浇注料遇热所释放的TVOC含量低于常用的水泥结合Al2O3-SiC-C质浇洼料遇热所释放的TVOC含量，加热800℃后有害气体排放量减少率为94.55。这些改进有利于改善炉前的作业环境。
2 炮泥的研究
炮泥同时具有堵塞出铁口及同时保护炉壁和炉缸的机能。要维持高炉顺行高产，确保稳定操作的关键是出铁口的深度。炮泥使用适当，出铁口的深度就会延长，其深度越深则出铁状态就会越稳定，同时对炉缸也起到较好的保护作用。
早期的炮泥多用矾土或粘土类骨料、结合粘土、焦炭与水的混合物，后来逐步使用非水系的煤焦油结合剂。高性能的煤焦油系炮泥材料是伴随着高炉的大型化、高压化而来的，对出铁口堵塞的坚实性和出铁时的耐侵蚀性要求越来越高，开始采用SiO2-Al2O3-SiC-C系炮泥材料；采用叶蜡石、粘土、碳化硅、焦炭等原料，同焦油混练。为了改善炮泥产品性能，进一步提高其强度及耐侵蚀性，采用刚玉、金属硅、绢云母粉或氮化硅铁等材料，并有树脂结合炮泥的应用报道。不同组成与性能的炮泥技术指标见表3。
炮泥要做好，不仅要考虑组成、成分、性能的要求，还要更多地考虑生产环境与条件。不同的高炉对炮泥的要求也各异，就是同一高炉在不同时期对炮泥的要求可能也不一致，因此需根据不同的情况分别处理。如开炉初期，要从维护铁口的深度、稳定出铁操作的角度考虑，这时的强度要求高一些对铁口的维护和炉缸的保护有利；在稳定铁口深度的同时，又要利于铁口的开口作业，需根据泥炮及开孔机的性能综合考虑炮泥的性能设计。为了减轻出铁作业劳动强度、减少炮泥消耗，需妥善考虑出铁的周期以降低成本。国内外对树脂结合的炮泥都做过研究与应用，目前树脂与焦油混合的结合剂仍优于单一的树脂结合剂，树脂更好的完全取代焦油，且应用良好，需进一步研究；而环保型有机物结合的炮泥已有应用研究的报道。
3 硬质压入料的研究
硬质压入修补料的主要原料采用焦宝石、刚玉、碳化硅、碳素材料，如果用水性结合剂，则对中小型高炉较适用；而大型高炉为了确保安全、高效和提高修补料的利用效率，多采用酚醛树脂结合剂，安全稳定，以提高其修补效果。影响高炉压入料应用效果的主要因素有：①材料应具有良好的流动性，进入炉内过程中不凝固；② 材料应与基体具有良好的粘结性能，抗渣、铁侵蚀性能优良；③ 高温下具有良好的热稳定性能，不开裂。针对上述因素。研制的硬质压入料主要原料粒度分别为3～1mm、1～0mm及小于0.076mm的细粉，且加入了碳化硅、碳素石墨材料，以增加其耐磨损与热稳定的性能。研制的硬质压入修补料指标见表4。
硬质压入料的关键是结合剂树脂的选择。树脂既要在管道内输送料，又要起到结合剂的作用，烧结后还要形成致密的结构。对于酚醛树脂，其溶剂主要为丙酮、酒精、二丁脂、二辛脂等，但酒精为易燃易爆物质，因此采用高沸点的溶剂作为稀释剂，改性酚醛树脂作为硬质压入修补料的结合剂。
4 结 语
高炉长寿顺行中的耐火材料，无论是出铁沟耐火材料、炮泥，还是压入修补料，都有一个逐步改进的过程。现阶段有些材料仍在使用焦油、沥青、树脂等有机的有害物质，但随着环保要求的提高，必然要求改善材料的组成，以利于人体健康。另外，从降低成本和提高工效的角度考虑，应在某些材料的预组装、施工设备的机械自动化方面做深入细致的研究，因为某些材料的施工方法的细微改进，也可在很大程度上改善材料的性能，如施工工艺与操作方法的改进，辅助一些更环保的材料设计，就会更好地改善高炉的环境，进而实现安全环保生产和降低耐火材料消耗与成本。
摘自《中国冶金》2006年5月第16卷第5期
作者 徐国涛（武钢技术中心）
编辑 蔚金哲 021-26093241
