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高爐出鐵溝耐材“延壽”的障礙有哪些?

更新時間:2017-12-14 15:27:31   來源:
   作爲高爐煉鐵基本要求,高爐必須持續不斷地生産熔融鐵水。熔融鐵水從高爐出鐵口流出進入出鐵場的主出鐵溝,其主出鐵溝的功能是將鐵水從渣中分離。溝中的撇渣器過梁使渣從頂部進入出渣溝,鐵水從撇渣器過梁底部鐵水通道流過,從而使鐵和渣分離。而鐵溝料就是用來出鐵溝內襯的耐火材料,鐵溝料使用壽命的高低直接決定出鐵溝的使用壽命,從而決定高爐的生産能力及效率的高低。因此,高爐鐵溝料是影響高爐生産的關鍵耐火材料之一,分析影響鐵溝料使用壽命的因素對于促進高爐生産穩定順行有著重要的意義。碳化硼
    原料是影響鐵溝料壽命的重要因素之一
    剛玉骨料
    剛玉骨料在鐵溝料中占40%~60%左右,主要起骨架作用,它的Al2O3含量高低、硬度、粒徑選擇及分配等直接影響鐵溝料的使用壽命。剛玉骨料要求Al2O3含量大于95%,耐火度大于或等于1770℃。合理選用剛玉骨料的粒徑及嚴格控制級配是制造優質鐵溝料的關鍵,骨料的臨界粒度通常8mm~15mm,且在配料中大于1mm的粗顆粒應占有足夠的比例,一般應大于60%。同時,要使骨料保持嚴格的級配就要求骨料必須有較高的硬度和致密性,否則,在生産中骨料粗顆粒已被弄碎,從而影響粒度級配。因此,現在生産鐵溝料是使用Al2O3含量大于95%的剛玉骨料。
    碳化硅和碳
    碳化硅和碳均是高耐火、高導熱、抗侵蝕的優良材料,兩者配合更能發揮防氧化及阻止渣向基質滲透的作用。碳化硅還因高硬度而能提高鐵溝料的抗沖刷能力,而碳素對提高鐵溝料抗熱震穩定性有較大的作用。碳化硅主要應以細粉形式加入,但也可能部分以顆粒形式加入,尤其是當碳化硅加入量較多時。碳素材料可選用天然或人造石墨或無定形碳,但必須是低揮發性的。
    碳化硅的加入量,視高爐容積大小及對料性的要求,可以在很大範圍內波動,通常在10%~30%範圍內,特別是在大中型高爐出鐵主溝渣線料和鐵線料中的調整,增加碳化硅含量有利于提高鐵溝料抗高爐渣的侵蝕,目前多數鐵溝料中SiC含量在15%~25%,以15%~20%居多。
    添加劑
    現大中型高爐使用的鐵溝料是Al2O3-SiC-C質超低水泥快幹系列澆注料,使用的添加劑主要是高溫瀝青、微粉和TFC複合結合劑。作爲添加劑使用的高溫瀝青,在被結合物料顆粒之間被碳化,形成顆粒間的結合碳,因此産生牢固的碳結合。在高溫條件下瀝青成份碳化析出石墨碳,從而使鐵溝料有較好的高溫結構強度。TFC複合結合劑是針對大中型高爐鐵溝料研究開發的複合結合劑,經過多座高爐出鐵溝現場應用表明:鐵溝料的耐沖刷性和抗侵蝕性大大提高,鐵溝料的綜合消耗量降低,産品使用壽命延長20%以上。
    高爐渣對鐵溝料侵蝕較重
    高爐冶煉生産的渣中SiO2含量較高,它對鐵溝料侵蝕較嚴重,從而影響鐵溝料壽命。
在渣、鐵溝料界面,富SiO2和CaO渣和細小氧化鋁反應形成的鈣長石和鈣黃長石(使用溫度下呈液相)從耐火材料基質中流失,將基質中的氧化鋁耗盡後,渣侵蝕轉向大氧化鋁顆粒。同時,一旦基質被侵蝕,SiC顆粒即松動,進而沖進渣中。
在渣/鐵界面伏擊,容易發生以下反應:SiO2+2C=Si+2CO。若渣中SiO2含量高,反應容易進行,從底部生成的CO氣泡加速了對鐵溝料的侵蝕,從而影響鐵溝料的使用壽命。出鐵溝內襯的嚴重侵蝕在渣/鐵界面處,添加一定量的TFC複合結合劑可提高高爐出鐵溝耐火材料即鐵溝料的抗侵蝕性。
    鐵溝料的施工對其壽命影響也較大
    現在大中型高爐出鐵溝采用儲鐵式整體澆注施工,對出鐵溝用耐火材料使用性能的要求也越來越高。爲了適應現場的使用要求,築溝用耐材由最初的搗打料發展進步爲低水泥澆注料、自流澆注料、快幹澆注料等多種施工形式産品。隨著出鐵溝用料的優化改進,使出鐵溝修築施工更加安全方便。現在大中型高爐出鐵溝已普遍使用優質的Al2O3-SiC-C質超低水泥快幹澆注料,具有施工流動性好、侵蝕小、耐沖刷性及熱震穩定性較好、産品成本降低、綜合效益提高等特點,單溝一次通鐵量由最初的5萬噸~10萬噸發展爲現在的16萬噸以上。
    鐵溝料在施工維護時應注意出鐵溝外殼槽設計和槽內耐材的砌築安裝和鐵溝澆注模具的設計。支胎膜前應先將胎膜表面進行澆注部位均勻塗抹一層黃油,以便于澆注後脫膜分離,要將胎膜和溝幫鋼槽連接焊牢,以免澆注過程中胎膜移動,造成鐵溝變形,影響正常出鐵。澆注施工采取連續施工,加水量均勻,振搗一致。
    澆注料初凝後,即可進行拆模工作,拆模時應先將模具焊接點砸開,再用天車將胎膜拔活、吊出。吊模具時吊車繩應與模具吊點垂直,均勻用力不得生拉硬拽,以免將澆注後的澆注料溝形損壞,影響使用。烘溝即對澆注後的鐵溝進行烘烤工作,烘烤時應先小火後大火,掌握烘烤時間和開溫曲線,小火烘烤時間越長越好,准備出鐵前3小時~5小時應用大量木柴加焦炭、煤氣加氧烘烤把澆注料表面燒紅,烘烤的越徹底,鐵溝越耐用。
    在維護施工時,應先將鐵溝內襯殘余渣鐵清除幹淨,出鐵溝內襯表面已氧化的耐火材料也應清除幹淨,後重新澆注的鐵溝料,這樣保證兩者更好地結合,否則影響鐵溝料的使用壽命。
    由上可知,對出鐵溝來說,除內襯耐火材料本身外,施工方面對其使用壽命的影響也是較大的。
    不同出鐵溝結構影響各異
    大中型高爐出鐵溝分爲主鐵溝,撇渣器,鐵水溝,擺動溝槽和渣溝。高爐出鐵溝內襯最易損毀的部位是主鐵溝,特別是距出鐵口1m~3m處的湍流沖擊區和撇渣器過梁底部襯裏損壞更快。因此,這些部位要選用強度高、耐磨性好和抗氧化能力強的溝襯材料。
    高爐主鐵溝可分爲儲鐵式、半儲鐵式和非儲鐵式三種。大中型高爐儲鐵式主溝因有300mm~700mm的鐵水層,溝底襯裏幾乎很少損壞,即鐵溝料的壽命較長。它與非儲鐵式主溝和半儲鐵式主溝相比,具有以下三種優點:
    一是與其他兩種形式主溝相比,儲鐵式主出鐵溝的傾斜度低,使鐵水在鐵溝中停留時間大大延長,有助于更有效地分離渣和鐵水。由于鐵水攜帶的渣最少,因而出鐵溝和鐵水包所受的渣蝕較輕。
    二是由于從高爐出來的鐵水沖擊的是主鐵溝內池中的鐵水,而不再是鐵溝料,因而鐵溝料的使用壽命延長。
    三是較低的傾斜度降低了鐵流速度,因而也減弱了鐵流的沖擊力,延緩了對鐵溝料的沖蝕,延長了鐵溝料的使用壽命。
    因此,將中小型高爐出鐵溝設計改進成儲鐵式鐵溝是可取的,不僅能延長出鐵溝耐火材料即鐵溝料的使用壽命,而且也有助于爲下一步工序提供較爲潔淨的鐵水。
    通過以上分析,我們可知,要想延長出鐵溝耐火材料的使用壽命,須了解影響其壽命的各種因素,才能結合高爐生産實際予以良好的改進和優化,從而達到促進耐材長壽,保證高爐穩定運行、維護良好生産水平的目的。
 
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