炼铁用耐火材料技术的最新发展

本文介绍了炼铁用耐火材料技术的最新发展：1、一种预挂渣皮的新型水冷壁。2、高炉内衬遥控喷注造衬。3、单铁口高炉储铁试铁沟及其喷注维修。4、铁口修补用纳米SiO2结合浇注料。5、炉缸整体泵送浇维修技术。
       1、一种预挂渣皮的新型水冷壁
　　新高炉必须砲筑耐火砖或浇注料来保护冷却壁。耐火材料内衬也同时起到隔热保温对作用，减少能量损失。但高炉经过一两年使用后，耐火内衬一定会被侵蚀或磨损掉，只剩下裸露的冷却壁直接与高温炉渣接触，造成焦炭消耗增加，冷却壁也存在安全隐患。实际上，没了耐火材料后，炉渣会冷却粘附到冷却壁上，并充当隔热和保护层。但由于渣与金属的热膨胀系数差异极大，渣层会经常脱落，无法期望渣层作为稳定的保护和隔热层。为解决上述问题，研发了一种钢纤维含量很高的金属陶瓷材料作为冷却壁的内衬，固定在冷却壁的燕尾槽上，作为一种永久层起到保护和隔热作用。
    1.1 金属陶瓷内衬特性
　　金属陶瓷RCL含有大约40%重量分数的耐热钢纤维（体积分数可达20%)。这和一般的纤维含量大约3%以内的钢纤维增强浇注料完全不同。可以明显的看出，传统材料表现为脆断，而RCL则表现出类似于金属材料的极高的韧性。其抗压强度达到150MPa，抗折强度则高达75MPa。如此高的折压比才是RCL韧性的关键。由于含有高配比的钢纤维，RCL同时具有极高的导热系数。
　　1.2 应用展望
　　冷却壁耐火材料的破坏主要是在燕尾槽部位的脆性断裂。采用RCL可望根本解决此问题。由于RCL导热系数极高，这保证了冷却壁燕尾槽部位的耐火材料所处温度与冷却壁一样低温，从而保证耐火材料保持高抗折特性。这意味着RCL在使用期间将不会从燕尾槽出断裂，并长期保持存在与冷却壁表面。也许内衬表面会因为熔渣侵烛或磨损，但温度梯度将使得侵蚀磨损和熔渣凝固粘附达到一个平衡。这就保证了冷却壁始终有一层保护材料，实现保温隔热和降低焦炭消耗。
　　2、高炉内衬遥控湿法喷注技术
　　经多练持续努力，自主开发和制造出高炉内衬遥控湿法喷注成套设备。并研发出一系列配套喷注材料。
　　高炉内衬湿法喷注目前已经被市场完全接受，并广发应用于国内大小高炉内衬的喷注造衬。该技术应是高炉内衬维修维护的首选。
　　3、单铁口高炉储铁试铁沟及其喷注维修
　　3.1 单铁口高炉储铁试铁沟
　　于2008年10月首先开始单铁口高炉旱沟改储铁试铁沟的实践。此项革命性改进为单铁口高炉出铁场带来了意想不到的好处。主铁沟寿命从原来的7~10天延长到60天以上，周期出铁量从原来的10000吨提高到100000吨以上。原来必须的高强度的经常维修不需要了。炉前出铁场变得干净了。自此以后，钢铁行业环境最恶劣的工序小时了。据估计国内外至少有400座以上容积在300立方到1260立方的高炉的捣打旱沟都改成了储铁试铁沟，其中做了100多条。
　　数据显示有的储铁试铁沟的寿命周期已经达到个月以上，通铁量有的已经超过万吨。
　　仍在持续改进此项技术，未来储铁试铁沟寿命可望实现6个月的目标。该技术正在进一步调整用于大型高炉的铁沟的是大幅度提高大高炉铁沟使用寿命和周期通铁量。
　　3.2 高炉不休风实现铁沟喷注修补
　　不休风喷注修补铁沟是2010年开始的。当时有一条铁沟套浇后已经使用55天，需要高炉休风8~12小时以便实施一
次套浇修补。但用户不希望休风耽误生产。所以在过去工作经验的基础上组织了对主沟的不休风喷注修补。堵上炮泥到下次开口的时间间隔是45分钟，这意味着清渣作业与喷注维修的全部工作必须在此期间完成。实践的结果很成功。首次喷注使用了5吨料,使用寿命达到了25天。
　　不休风喷注维修现在已经是承包的铁沟的基本维护方式。一次喷注的平均使用寿命一般为30天。可以持续使用此法正常维修维护铁沟。喷注维修可在沟帮厚度被侵蚀掉一半时进行。由于喷注修补不需要使用模具，是需要用压缩空气出扫沟帮表面清渣，因此相比于套浇维修操作，喷注修补更加轻松。同时，无论沟帮参与厚度还剩多少，因为不存在传统的钩机清渣对沟帮的损坏，无隐性裂纹裂缝存在，因此残余沟帮可视为永久层。
　　4、铁口维修用纳米SiO2结合浇注料
　　4.1 材料特性及其应用
　　很多高炉的铁口经过几年使用以后都会出现铁口直径变大和铁口深度变浅的问题。传统的维护方式是用泥炮压入超量的炮泥。这必然导致炮泥消耗量的增加，也不能根本解决问题。也有用磷酸盐浇注料来恢复铁口直径和泥包的，但结果没有理想的。高铝水泥结合刚玉浇注料也被普遍用于铁口修复，但使用效果都不能令人满意。
    纳米SiO2结合浇注料是专门开发用于铁口维修的。采用刚玉和碳化硅原料，采用SiO2溶胶结合。该浇注料为热硬性材料，并可快速烘烤而无爆炸危险。即使在高温环境施工浇注并迅速干燥后，该材料也能保持高强度和可靠的抗侵烛性能。
　　纳米SiO2结合浇注料已用于多座高炉的铁口直径与深度修复。2010年10月28日，某高炉休风实施铁口维修。先清理铁口内的渣铁，然后用现场搅拌的纳米SiO2结合浇注料进行浇注。用一根钢管作为除铁口模具。维修使用了吨多浇注料。由于铁口周边温度很高，材料硬化速度很快。没有刻意烘烤，铁口在浇注结束一小时后投入使用。至2011年8月30日更换铁口泥套护板时发现，铁口内修补的材料依然保持良好强度，没有粉化开裂现象，仅在铁口上方及局部有少量蚀损，略有点状煤气火出现。用炮泥简单修补后继续使用。至此，该料已连续使用达九个多月。而该公司原来使用的铁口维修材料只能使用1~2个月。
　　4.2 继续研发方向
　　该纳米结合铁口专用修补料的施工，仍存在支模、现场搅拌及拆模等操作，施工劳动强度依然较大。为进一
　　步解决施工强度问题，公司正在研发一种可塑料，可通过泥炮挤人施工。新的铁口修补用可塑料目前已在某铁厂进行过一次应用，并取得了初步成果。
　　但铁口修补用可塑料并不是最终计划目标。计划在此基础上，研发一种完全环保的泡泥，以彻底解决传统炮泥因焦油、沥青及树脂等所带来环境污染及炉前工健康侵害的问题。该白炮泥将不含任何焦油沥青蒽油类有毒有害组分，称之为“白炮泥”。该环保炮泥一旦成功开发必将带来一场炮泥革命，对环保及炉前工的健康意义重大。
　　5、炉缸整体浇注维修技术
　　随着现代高炉逐渐大型化和生产的高效化，高炉长寿的重要性日益显现，高炉能否长寿对于钢铁企业的正常生产秩序和企业总体经济效益影响巨大，因此，已经引起业内的高度重视。广大炼铁工作者为了尽量延长高炉寿命，从设计、施工、操作和维护等方面开发并采用了许多新技术、新工艺和新材料，取得了显著的效果，使高炉寿命不断提高。但近年来高炉相继发生了大型高炉炉缸侧壁烧穿的事故，而且国内有许多高炉存在开炉不久就出现炉缸侧壁温度大幅度上升的现象，严重威胁着高炉的安全生产和一代炉役寿命，因此炉缸结构设计、耐火材料选择、高炉操作及维护等方面的已经开始引起深入反思。
　　高炉炉缸整体泵送浇注修复技术是一项快速重造陶瓷杯的新技术。其特征在于紧贴炉缸碳砖直接进行支模粟送浇注，浇注体与碳砖紧密贴合，炉缸结构更加紧密；不存在传统砌筑陶瓷杯与碳砖间的填充层，所以避免了因填充层而造成“间隙热阻”及其他隐患的问题；使炉缸整体传热效率得以有效保证和提高。1150℃铁水凝固等温线向炉内自然偏移，炉缸内形成自生渣铁保护层；炉缸长寿得以实现。
　　该技术是一套完整系统的解决方案，其中包括材料装备施工工艺。
　　材料 溶胶结合刚玉碳化硅质泵送浇注料。该材料是专门针对高炉炉缸工艺环境特点设计：以优质刚玉与碳化硅为主要原料，以纳米溶胶为结合剂；材料不仅具有优良的抗渣铁侵蚀、抗冲刷及快干防爆等应用性能（性能指标见下表，而且具有优异自流粟送的施工性能。
　　装备采用公司自行研制的连续搅拌机与泵送机集成系统，现场一用一备，可实现搅拌泵送连续作业作业效率在15t以上。
　　6、结语
　　以上是公司针对炼铁系统开发的几项最新耐材技术，有的已推广应用并得到客户的好评，有的仍在推广试用中，还有的还正处于研发改进阶段。公司相信这些技术成功开发和广泛应用，必能为炼铁行业降本增效和节能减排起到积极而重大的作用。