耐火浇注料炉衬在均热炉上的性能应用,采用耐火浇注料(或耐火混凝土)作炉衬也是比较多的,施工方法可分为预制块吊装和现场浇灌两种。
苏联在均热炉上于年开始试用水玻璃硅质耐火混凝土预制块,其配合比如下:
硅质骨料(最大粒径40毫米)62%
硅砖粉或石英粉20~21%
钠水玻璃(比重1.32)17~18%
氟硅酸钠(占水玻璃重)5%
苏联马格尼托哥尔斯克钢铁公司初轧厂中心换热式大型均热炉,液态排渣,采用硅砖砌筑炉衬时,平均使用寿命为5~6个月;采用单重为0.5~0.8吨的硅质耐火混凝土预制块吊装炉衬时,平均寿命为8个月。当单重增大到13~18吨时,平均寿命达到一年左右,修建一个炉坑的时间缩短到1小时,作业率显著提高。为此,该公司耐火厂每年生产吨硅质耐火混凝土预制块,以供给均热炉使用。
苏联马格尼托哥尔斯克钢铁公司初轧厂中心换热式大型均热炉,液态排渣,采用硅砖彻筑炉衬时,平均使用寿命为5~6个月;采用单重为05~0.8吨的硅质耐火混凝主预制块吊装炉衬时,平均寿命为8个月。当单重增大到13~18吨时,平均寿命达到一年左右,修建一个炉坑的时间编短到1小时,作业率显著提高。为此,该公司耐火厂每年生产吨硅质耐火混凝土预制块,以供给均热炉使用。
苏联在七十年代初期,均热炉用预制块已经达到了定型化,并有专门耐火厂生产。该类预制块是在钢模板内浇灌振动成型的,自然养护到期后,在干燥窑内烘于以排除一定数量的水分,烘干温度为80~℃。采用烘干后的预制块筑炉,烘炉时间可缩短76小时。根据马格尼托哥尔斯克钢铁公司耐火厂的厂标规定,水玻璃硅质耐火混凝土的耐压强度应不低于公斤/厘米2,以保证运输和吊装的需要。
为了加快预制块的吊装筑炉,苏联一般采用专用设备代替生产用钳式吊车。该设备有两种,即液压升降悬臂式起重机和安装在揭盖机轨道上的单梁电葫芦。这些设备在修炉时可临时架设,用后拆除。
苏联库兹涅茨克钢铁公司初轧厂于年用磷酸耐火混凝士预制块筑造均热炉炉墙,使用寿命为耐火砖的1.5倍。该混凝士用耐火骨料的最大粒径为15毫米,结合剂系用25%的磷酸和16%的耐火粘土并加适量的水混练后制成浆状。将耐火骨料和粉料倒人搅拌机中,混匀后再倒入浆状胶结剂,继续混练5~10分钟,即可出料使用。预制块成型后,在°℃温度下烘烤20小时,方可出厂。预制块单重为0.8~2.0吨。
从六十年代中期开始,我国鞍钢和武钢等单位先后在均热炉上试用了高铝水泥或磷酸耐火混凝+预制块,单重为1.0~3.4吨,采用机械吊装,施工速度快,能提高工效6~20倍。生产实践证明,在液态排渣大型均热炉上,采用高铝水泥高铝质耐火混凝土预制块作炉衬时,损毁主要是分层剥落,使用寿命为7~8个月,最高为10个月,比硅砖炉衬寿命低2个月左右;采用磷酸耐火混凝土预制块时,使用寿命为13个月,最高为18个月,耐火材料单耗降低了0.5~1.0公斤/吨钢,作业率提高了5%。但前者寿命低,后者价格高,均影响了推广使用。
最近,鞍钢在液态排渣大型均热炉上试用了耐高温水玻璃耐火浇注料预制块,使用寿命为15个月左右,比硅砖炉衬寿命提高了25%,而且材料易得,价格便宜,可做成预制块,实现机械化筑炉,因此较有发展前途。
下表为我国和苏联均热炉用耐火混凝土预制块的性能。
波兰年生产耐火混凝土为3万吨,其中预制块产量为万吨。均热炉采用高铝水泥耐火混凝土预制块作炉衬,使用寿命一般低于硅砖炉衬。最近,在卡尤什卡冶金工厂均热炉上试用了磷酸和磷酸铝耐火混凝土预制块,使用寿命比高铝水泥耐火混凝土预制块好,已达到或接近18个月,与砖砌炉衬寿命相似。
在西欧一些国家的均热炉上,试用了高铝水泥耐火混凝土预制块,被认为是筑炉史上的革新措施。例如,英国某钢厂在6号均热炉改造时,每个炉坑采用了48块预制块组装,其重约为90吨。生产使用效果如下:1)预制块热传导率比耐火砖的小,提高了热效率;2)蓄热能力强,保温效果好,烧钢时间显著缩短;3)炉衬寿命比耐火砖的提高一倍左右,作业率也有明显的提高。
日本均热炉上使用的耐火浇注料预制块是在耐火厂生产的其尺寸和单重如下:炉墙预制块长为毫米,高为毫米,厚为毫米,单重约为3.5吨;隔墙预制块的长、高和厚均为0毫米,单重约为吨。下图为均热炉用浇注料预制块的展开图。
日本均热炉用耐火浇注料预制块的筑炉顺序如下:首先用耐火砖砌筑炉底,并将彻墙部位浇灌一层耐火浇注料找平层,然后借助吊车吊砌预制块。第一层预制块吊装完成后,安装金属支撑件,以便使预制块与炉壳紧密联结。接着依次吊装,但隔墙无需安装金属支撑件。当预制块吊装完成后,预制块间的垂直缝灌浆孔注入同材质的耐火浇注料,使之形成整体炉墙,以保持良好的稳定性和气密性;同时,预制块与炉壳之间浇灌轻质耐火浇注料作隔热层。应当指出,现场浇灌的耐火浇注料应一次完成。清理现场,砌筑炉墙下部的镁饹砖保护层,至此筑炉作业全部结束。
据日本资料报导,均热炉采用耐火砖砌筑炉墙时,需要40~45个工作日。当用预制块吊装时,施工时间缩短至12~14个工作日,而且炉墙整体性强,气密性好。另外,预制块在耐火厂制作,容易控制水分和外形尺寸,质量好,可延长炉衬寿命。
综上所述,均热炉采用耐火浇注料预制块作炉衬,可实现机械化筑炉、降低劳动强度,其使用寿命比耐火砖炉衬的寿命提高15倍左右,但低于耐火可塑料捣打炉衬的使用寿命。
众所周知,捣打法施工,速度慢,劳动强度大。为此,在七十年代初,美国研制成功一种既具有耐火可塑料的性能,又能浇灌施工的新材料,其配合比如下:
氧化铝或硅酸铝质骨料(粒径6.35毫米)51~78%
氧化铝或硅酸铝质粉料(粒径0.毫米)20~45%
膨润土或球粘土粉料2.2~4.0%
磷酸或磷酸盐(外加)3~12%
四聚磷酸钠(外加)0.2~1.5%
该材料在均热炉上使用,效果良好,可与耐火可塑料炉衬媲美。
日本于年研制成功粘土结合耐火浇注料,并在均热炉和加热炉等热工设备上得到了广泛的应用,效果十分良好。该材料被称为是不定形耐火材料中的一颗明珠,其配合比为:
特级粘土熟料骨料(最大粒径5毫米)55~60%
氧化铝和矾土熟料细粉30士3%
耐火生粘土粉10~15%
焦磷酸钠(外加)0.05~0.50%
高铝水泥(外加)0.5~1.0%
水(外加)8~9%
耐火生粘土是浇注料的良好结合剂,其工作原理主要是依靠碱离子的置换作用,即加入解胶剂如焦磷酸钠、三聚磷酸钠和硅酸钠等,使耐火浇注料获得流动性,便于振动施工;同时加入絮凝剂如高铝水泥、硅酸盐水泥和石灰等,促使耐火浇注料的凝适硬化,获得拆模强度,甚至能够预制成型,实行吊装筑炉。
采用粘土结合耐火浇注料筑炉,炉体构造型式与耐火可塑料的相似。由于采用振动或泵送方法施工,必须支设模板,留好膨胀缝。拆模后,不用整修表面和扎透气孔,即可直接烘炉使用。同时,施工速度比耐火可塑料捣打时提高2~5倍,而且劳动强度低,使用效果好。
粘土结合耐火浇注料是气硬材料,成型后应自然养护,不得浇水。
我国于年研制成功粘土结合耐火浇注料,并在均热炉和加热炉等热工设备上应用,目前已初见成效。例如,在干排渣单侧上烧嘴式均热炉上,采用粘土结合耐火浇注料作炉墙,使用寿命达到四年,中间只修过一次炉口,比高铝砖炉衬寿命提高16倍左右。粘士结合耐火浇注料系耐火厂生产的,袋装出厂,单重为30~50公斤。在贮运过程中,要妥善保管,严防雨淋受潮。使用时,应采用强制式搅拌机拌料,拌和料出搅拌机后要在1小时内用完。
进入八十年代,日本试制了高级粘土结合耐火浇注料,在均热炉和加热炉上使用,龟裂较少,使用寿命提高。其配合比如下:
硅酸铝质耐火骨料40~50%
碳化硅或刚玉骨料(5毫米)20~30%
刚玉或氧化铝粉(0.毫米)15~20%
耐火生粘土粉10~12%
小蓝晶石粉(外加)5~7%
解胶剂、絮凝剂和水(外加)适量
另外,日本最近研制成功高强度粘土结合耐火浇注料,其主要技术措施是耐火粉料经过超细磨,即粉料很细,又加入适宜的外加剂,因此混练时用水量大幅度减少,成型后十分致密,气孔率降低,强度增高,可做成预制块,进行吊装筑炉。但是,在烘炉过程中升温不易过快,否则容易产生收缩裂纹。这种材料在均热炉等热工设备上应用,使用效果很好。
下表为我国和日本粘土结合耐火浇注料的主要性能。
美国、英国和日本等国家的均热炉炉盖,一般采用轻、重质耐火浇注料整体浇灌,使用寿命一般为15~2.5年。英国曾用轻质耐火浇注料直接制作炉盖内衬,可以节约能源,使用效果较好。该材料的性能如下:A.5%,SiO%,TiO21.1%,Fe01.1%,Ca04.8%,R00.8%;耐火度为℃,使用温度为℃;烘干的耐压强度和抗折强度分别为~公斤/厘米和21~28公斤/厘米,°C烧后的耐压强度和抗折强度分别为~公斤/厘米和49~63公斤/厘米;℃的导热系数为0.千卡/米·时·℃。
日本京滨钢铁厂均热炉炉盖采用高强度轻质耐火浇注料作内衬,使用寿命为17个月;钢管公司福山厂第三初轧厂均热炉炉盖和端墙也采用该材料作内衬,其构造型式见下图所示。炉盖内衬已使用了15个月,端墙则用了7个月,仍在生产之中。
高强度轻质耐火浇注料是采用高铝水泥作结合剂、氧化铝空心球作骨料,混练时加水量为9~12%。该料性能如下:Al2O%,SiO32%;烘干容重克/厘米,烘干的耐压强度和抗折强度分别为公斤/厘米和50公斤/厘米2,℃烧后的耐压强度和抗折强度分别为公斤/厘米和70公斤/厘米,℃高温抗折强度为30公斤/厘米;℃重烧线变化为+0.25%;℃和0℃的导热系数分别为0.65千卡/米·时·℃和0.68千卡/米·时·。
均热炉筑炉施工时,首先将两层不同使用温度的保温板砌好,同时安装锚固砖,由于采用轻质耐火浇注料,炉墙重量减轻、因此锚固砖的间距出x毫米扩大到x毫米;然后在保温板的表面上捌一层有机涂料,以防止吸收浇注料中的水分。接着分段支设模板,连续进行浇灌。水平方向每2米留设一条深为毫米的不贯穿膨胀缝,炉门上沿应比设计尺寸低40毫米左右,以备炉墙膨胀之用。
应当指出,采用高强度轻质耐火浇注料作均热炉炉衬,可以减轻钢结构重量,施工时省工省力,而且能降低能耗。据有关资料介绍,炉盖内衬外表而温度由℃降低到°C,炉墙外表面温度也降低了近10℃,即从这两个部位的热损失中分别节约了46.4%和27.4%的能耗。
日本石川岛播磨公司研制了节能型均热炉,炉坑尺寸为50x90x5.1米,最大装入量约为吨。上部单侧烧嘴,用混合煤气作燃料,发热值为0千卡/标米3,空气预热至℃。加热镇静钢和沸腾钢的单位能耗分别为(0.12~0.15)x和(0.03~0.05)x千卡/吨钢,该炉除安装高效能的换热器和采用电子计算机操作外,炉墙构造也作了改进:冷面铺砌两层保温板,厚度为毫米,接着浇灌耐火浇注料,厚度为毫米,最后粘贴耐火纤维毡,厚度为50毫米,即炉墙总厚度为毫米。这种炉衬与不粘贴耐火纤维的炉衬相比,能使热损失减少25%左右,但装钢锭必须直立,否则耐火纤维毡贴面损毁较快;另外,可塑料炉盖内表面贴50毫米厚的耐火纤维毡,与不贴面的相比,外表面温度由°C降低到℃,热损失减少37%。如果全用耐火纤维组块作炉盖内衬,厚度为毫米,外表面温度降低到℃,热损失减少65%。
总之,从节能观点来看,在均热炉等热工设备上,广泛采用高强度轻质耐火浇注料和耐火纤维制品作炉衬,具有重要的现实意义。同时,采用电子计算机控制烧钢工序,可以缩短加热时间,提高烧钢质量,也能够节约能源。