抗渣浇注料在加热炉中的应用

 抗渣浇注料在加热炉中的应用 耐火浇注料[1]一般具有较高的常温强度，可以制成预制件在窑炉旋工现场安装，如连铸的中间罐用耐火浇注料堰板预制件安装(见彩图插页第20页)。耐火浇注料主要应用于冶金工业窑炉，也在石油、化工、建材、电力和机械工业窑炉和热工设备中广泛使用。

 

目前，在轧钢加热炉中，直接接触熔渣及受熔渣磨损、冲刷严重的部位(如炉底、炉炕、出钢槽、抗渣保护墙等)，渣侵是一个严重的问题。熔渣一旦侵蚀了该部位的耐火材料，不但缩短了耐火材料的使用寿命，而且给扒渣造成了极大的困难，从而又增大了工人的劳动强度，间接影响了经济效益。

为了解决渣侵问题，我们查阅了大量资料，对熔渣的化学成分及侵蚀机理进行了分析与研究。针对研究结果，我们进行了有关实验工作，研究出了抗渣性能良的RSK抗渣浇注料。

耐火浇注料作为热工设备的内衬和炉体时，一般应在01次使用前进行烘烤，以使其中的物理水和结晶水逐步排除，达到某种程度的烧结，使其体积和某些性能达到使用时的稳定状态。烘烤制度对使用寿命有很大影响。烘烤制度的基本原则应是升温速度与可能产生的脱水及其他物相变化和变形相应，在急剧产生上述变化的某些温度阶段内，应缓慢升温甚至保温相当时间。若烘烤不当或不经烘烤立即快速升温投入使用，极易产生严重裂纹，甚至松散倒塌，在特本特厚部位甚至可能发生爆炸。

二．熔渣主要化学成分及其侵蚀机理

    (一)熔渣化学成分

    轧钢加热炉熔渣的化学成分波动范围较广，比较有代表性的成分列于下表：

化学成分    FeO   CaO  Al2O3  SiO2   MgO  熔化温度
含量(wt %) 50.4  7.42   6.48   34.64  1.06  1280℃

(二)侵蚀机理

    通过多次对轧钢加热炉现场侵蚀情况的观察，我们认为熔渣对耐火材料的侵蚀主要有以下原因：

    1.毛细管渗透

    在许多种情况下，我们可以粗略地认为，耐火材料的气孔率越高，发生毛细管渗透现象的机率就越高，也就是说气孔被熔渣液相覆盖的机率越高，一旦气孔被熔渣覆盖，又将促进熔渣浸入的进行。

    2.化学损毁

    耐火材料的化学损毁，即化学侵蚀，可以看作是固体在液体中的溶解。也就是说，耐火材料与熔渣发生反应时，彼此间的组分不断更新，物质不断迁移，而形成耐火材料的变质层，降低耐火材料的高温使用性能。这在轧钢加热炉中，则表现为高铁熔渣对耐火材料内部的侵蚀，从而形成变质层，使耐火材料产生明显裂纹，引起耐火材料剥落掉块而损毁。

    从以上分析可以看出，直接接触熔渣部位耐火材料的损毁，主要是熔渣产生的化学侵蚀和熔渣浸透到耐火材料内部引起的结构剥落。因此，为了抑制熔渣在耐火材料中的浸透，可采取以下两种方法：

    (1)使耐火材料结构致密；

   (2)降低熔渣对耐火材料的润湿性。

三、抗渣浇注料的研制

    (一)轧钢加热炉的条件及其对抗渣浇注料的性能要求

    轧钢加热炉的环境温度一般可达1300℃左右，气氛为弱还原性，且在1300℃下炉渣呈熔融状态，炉渣对耐火材料的侵蚀性较强。

    因此，轧钢加热炉对抗渣浇注料除要求其具有较高的强度外，还需满足以下要求：

    1.高温力学性能好，具有良的高温耐磨性和抗熔渣冲刷性；

    2.耐熔渣化学侵蚀性和抗渗透性好；

    3.较高的填充密度和体积稳定性，较小的气孔率，结构致密均匀；

    同时考虑到施工和使用要求，抗渣浇注料还需符合以下条件：良好的施工性能，可快速施工；较好的烘烤性能，可快速烘烤而不炸裂；较强的不粘渣性，便于解体和修补。

    (二)抗渣浇注料的研制

    1.主要原料性能见表1。

表1 主要原料的化学组成(wt %)

名 称                  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℃
结 合 剂         ≥80      ≤0.1      ≤0.2        -        ＜18
2.主要配比见表2。

表2 抗渣浇注料主要配比(wt %)
编号    耐火骨 料     耐火粉 料    抗渣剂     结合剂
1          70                     6                 A               5
2          70                     7                 B               5
3          70                    14                C               6
4          70                    15                D               6
  3.试样的制作及理化性能测试：

    将称好的原料预混1min，加入自来水，混练4～5min后，浇注到100×100×100mm的方模和40×40×160mm的标准模中，经振动成型，同时，在方样中部预留一Φ25mm、深50mm的圆孔。

    试样经过110℃×24h烘干后，在方样的预留孔中放入50g炉渣(炉渣粒径≤10mm)，与标准样一同置于电炉中焙烧至1450℃保温3小时，待试样随炉自然冷却至室温后，取出试样进行各项性能测试。其理化性能如表3。

表3 试样的理化性能

编号   容重(t/m3)     化学成分(wt%)    烧后抗折强度( MPa)    烧后抗压强度    烧后线变化(%)　     110℃×24h      Al2O3 骨料       110℃×24h           1450℃×3h       1450℃×3h 
1           2.53                 ≥66 高铝质         3.09                     9.30                 +0.80
2           2.45                  ≥68高铝质         3.10                     9.15                 +0.68
3           2.65                  ≥77高铝质         2.25                   11.45                 +0.12
4           2.60                  ≥78高铝质         2.30                   11.20                 +0.34

    4.抗渣性观察
    观察试样外表面烧后情况，发现01、第三组试样表面氧化形成一较好保护层，将烧后的方样沿中轴剖开，观察其渣侵情况，其侵蚀层厚度依次为： (1)＜(2)＜(3)＜(4)，第二组较01组渣侵严重，第四组较第三组渣侵严重；以锤轻击熔渣，熔渣易于脱落，可见耐火材料对炉渣的粘性较小。
四．结论

    1.在上述配料中，选用了特殊的抗渣成分，增大了材料与渣之间的润湿角，降低了材料在渣中的溶解度，提高了材料的抗渣蚀性；

    2.上述材料配料精良，因此其气孔率较低，炉渣在其中的渗透较弱；

    3.上述材料的不粘渣性，有利于炉渣的清除。

五．RSK抗渣浇注料实例及应用前景

    目前，RSK抗渣料已应用于钢集团宝生带钢有限公司推钢式加热炉炉炕、钢集团小型厂轧钢加热炉炉炕，该两单位在使用RSK抗渣料之前，炉炕渣蚀严重，不仅炉炕的使用寿命较短，而且由于过去所用材料的粘渣性较大，给扒渣造成了很大的困难，同时增大了工人的劳动强度。使用RSK抗渣浇注料后上述状况均得到极大的改善。

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