孫志紅 姜志山 王建
前 言
高爐向大型化發(fā)展，擺動(dòng)溜槽是大中型高爐出鐵通道的關(guān)鍵部位，擺動(dòng)溜槽流嘴內(nèi)襯工藝設(shè)計(jì)及材料使用壽命對(duì)高爐煉鐵的安全順利運(yùn)行起著非常重要的作用，擺動(dòng)溜槽工作襯層及流嘴襯層要求具有良好的抗高溫鐵水的沖刷耐磨性和熱震穩(wěn)定性。
現(xiàn)在，大中型高爐用擺動(dòng)溜槽工作襯層和流嘴襯層部位材料一般統(tǒng)一采用Al2O3-SiC-C低水泥澆注料，一次通鐵量一般為8萬(wàn)噸~10萬(wàn)噸左右。筆者根據(jù)對(duì)擺動(dòng)溜槽工作襯層及流嘴工作襯層在實(shí)際使用過(guò)程中其使用壽命的影響因素分析認(rèn)為：流嘴部位不但要經(jīng)受高溫鐵水的磨損，還有鐵流的熱沖擊且損耗較快、使用壽命短、維修周期長(zhǎng)，影響高爐正常安全生產(chǎn)。這種情況下，急需開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)一種施工安裝快捷、強(qiáng)度高和抗熱震穩(wěn)定性優(yōu)良、耐高溫鐵水沖刷性能優(yōu)異及長(zhǎng)壽命的產(chǎn)品，從而有效地穩(wěn)定提高大中型高爐用擺動(dòng)溜槽流嘴襯層部位的一次通鐵量到13萬(wàn)噸以上。
為了解決上述問(wèn)題，筆者研發(fā)出一種優(yōu)化設(shè)計(jì)、配方合理、制備方法簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)、可降低擺動(dòng)溜槽內(nèi)襯材料綜合運(yùn)行成本、提高大中型高爐擺動(dòng)溜槽及流嘴襯層整體使用壽命的新型產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)安裝簡(jiǎn)單、安全、長(zhǎng)壽命，且具有廣泛的市場(chǎng)推廣前景及應(yīng)用價(jià)值。
技術(shù)方案
技術(shù)方案是：大中型高爐擺動(dòng)溜槽，包括鋼殼、鋼殼內(nèi)設(shè)置有耐火磚襯層，耐火磚襯層表面設(shè)置有工作襯層，工作襯層表面設(shè)置有流嘴，流嘴上設(shè)置有溝槽，流嘴由高強(qiáng)預(yù)制件拼接組合而成；鋼殼下端設(shè)置有擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置包括底座，底座上設(shè)置有向上的支撐柱，鋼殼能夠在支撐柱上端擺動(dòng)，鋼殼至少有一端與底座之間連接有升降驅(qū)動(dòng)件。
鋼殼橫截面為U型，鋼殼兩側(cè)壁向外傾斜0~30°，鋼殼上端設(shè)置有向外的彎折板，耐火磚襯層包括底層和側(cè)層，底層包括鋪設(shè)在鋼殼底部的墊層以及鋪設(shè)在墊層上表面的面層，墊層及側(cè)層均由多塊磚塊一組成，面層由多塊磚塊二組成，磚塊二的寬度值大于磚塊一的寬度值，墊層的磚縫與面層的磚縫不重合。
工作襯層上端延伸至耐火磚襯層上側(cè)，流嘴上端與工作襯層上端面平齊，流嘴上端面加工有吊耳孔。
高爐擺動(dòng)溜槽流嘴用高強(qiáng)預(yù)制件，由以下精選原料制成：
電熔莫來(lái)石占比為30%~45%、燒結(jié)板狀剛玉占比為20%~30%、黑碳化硅占比為10%~25%、鋯英砂占比為3%~5%、高純尖晶石微粉占比為3%~6%、氧化鋁微粉占比為5%~8%、二氧化硅微粉占比為1%~3%、高強(qiáng)固體結(jié)合劑占比為2%~4%、燒結(jié)劑占比為1%~4%、抗氧化劑占比為1%~3%、防爆裂劑占比為0.1%~0.3%、復(fù)合分散劑占比為0.2%~0.5%。
電熔莫來(lái)石的粒度有5mm~8mm和3mm~5mm兩種，采用標(biāo)準(zhǔn)YB/T104-2005，電熔莫來(lái)石中氧化鋁的含量為≥75%，大顆粒骨料采5mm~8mm、3~5mm兩種復(fù)配，能夠有效地發(fā)揮電熔莫來(lái)石原料的熱震穩(wěn)定性及強(qiáng)度高的特點(diǎn)，進(jìn)而提高產(chǎn)品骨架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
燒結(jié)板狀剛玉的粒度包括1mm~3mm和0.1mm~1mm 兩種，牌號(hào)為TAL-99，燒結(jié)板狀剛玉中氧化鋁含量為≥99%，中小顆粒采用兩種復(fù)配，充分應(yīng)用燒結(jié)板狀剛玉的填充和流動(dòng)性好、燒結(jié)性優(yōu)、抗渣鐵侵蝕性優(yōu)良等優(yōu)勢(shì)。
黑碳化硅的粒度包括0.1mm~1mm和0.044mm兩種，采用標(biāo)準(zhǔn)GB/T2480-2008，牌號(hào)為C-B，黑碳化硅中碳化硅含量≥98%，碳化硅以小顆粒和細(xì)粉兩種復(fù)配，以合理填充促進(jìn)燒結(jié)，提升產(chǎn)品的高溫耐沖刷性能。
鋯英砂的粒度為0.1mm至0.2mm，采用標(biāo)準(zhǔn)YB/834-87，牌號(hào)為特級(jí)品，鋯英砂中氧化鋯含量為65%，利用其高溫強(qiáng)度穩(wěn)定性優(yōu)點(diǎn)，提升產(chǎn)品的高溫耐磨性來(lái)延長(zhǎng)壽命。
高純尖晶石微粉的粒度≤2.5μm，高純尖晶石微粉中氧化鋁含量為≥87%、氧化鎂含量≥8%，其特性為燒結(jié)強(qiáng)度高、耐高溫沖擊性能優(yōu)越。
氧化鋁微粉的粒度≤1.5μm，氧化鋁微粉中氧化鋁含量為99%，采用標(biāo)準(zhǔn)YS/T89-1995。
高強(qiáng)固體結(jié)合劑為固體磷酸二氫鋁，固體磷酸二氫鋁的粒度小于0.044mm，固體磷酸二氫鋁中五氧化二磷含量為32%，可有效促進(jìn)產(chǎn)品組合中的顆粒與細(xì)粉，微粉的結(jié)合快干強(qiáng)度及應(yīng)用過(guò)程中的耐磨性。
產(chǎn)品的特點(diǎn)：
高爐擺動(dòng)溜槽由鋼殼、耐火磚襯層、工作襯層、高強(qiáng)預(yù)制件制成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且穩(wěn)定性高，鐵水流經(jīng)溝槽，溫度自高強(qiáng)預(yù)制件依次向外傳遞，通過(guò)工作襯層、耐火磚襯層的保護(hù)以及鋼殼的支撐，能夠保證流嘴工作穩(wěn)定，設(shè)置擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，能夠驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)溜槽擺動(dòng)，進(jìn)而將鐵水分配至不同的容器；鋼殼橫截面為U型，鋼殼兩側(cè)壁向外傾斜0°~30°，鋼殼上端設(shè)置有向外的彎折板，方便在鋪設(shè)耐火磚層時(shí)定位，尤其是彎折板，能夠防止鋼殼上端彎折；施工安裝簡(jiǎn)便快捷、安全性提升。
高爐擺動(dòng)溜槽流嘴用高強(qiáng)預(yù)制件的制備方法：
混料：稱取原料，用強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌料，首先將電熔莫來(lái)石、燒結(jié)板狀剛玉、黑碳化硅、鋯英砂、高純尖晶石微粉、氧化鋁微粉、二氧化硅微粉原料進(jìn)行混合，轉(zhuǎn)速為100rpm，攪拌10min，再依次加入高強(qiáng)固體結(jié)合劑、燒結(jié)劑、抗氧化劑、防爆裂劑和復(fù)合分散劑進(jìn)行混合攪拌均勻，轉(zhuǎn)速100rpm，攪拌5min，得到混合料，將混合料稱量后裝入防潮包裝袋中備用。
澆注預(yù)制：將混合料加入高速混煉機(jī)中，加4%重量的自來(lái)水?dāng)嚢?分鐘，材料干濕均勻、流動(dòng)性好，混合料倒入預(yù)制件模具內(nèi)，用Φ50振動(dòng)棒插入振動(dòng)，均勻成型。
成型和干燥：預(yù)制件濕坯體在模具內(nèi)自然干燥12小時(shí)后脫模，轉(zhuǎn)入烘箱進(jìn)行200℃干燥48小時(shí)，使其中的水分充分揮發(fā)，強(qiáng)度提高，然后自然冷卻后得到高爐擺動(dòng)溜槽流嘴用高強(qiáng)預(yù)制件。
高爐擺動(dòng)溜槽安裝步驟：
預(yù)制底座、支撐柱、鋼殼、耐火磚、擺動(dòng)連接組件、高爐擺動(dòng)溜槽流嘴用高強(qiáng)預(yù)制件；
固定底座，安裝驅(qū)動(dòng)油缸，在鋼殼內(nèi)砌耐火磚襯層，耐火磚襯層的耐火磚之間通過(guò)高鋁質(zhì)火泥填充粘結(jié)，在耐火磚襯層上支模具，然后澆注鋁碳化硅質(zhì)澆注料，得到工作襯層，在工作襯層固化前，安裝高爐擺動(dòng)溜槽流嘴用高強(qiáng)預(yù)制件，高爐擺動(dòng)溜槽流嘴用高強(qiáng)預(yù)制件之間通過(guò)高溫膠泥填縫粘結(jié)，常溫固化；
安裝溫度檢測(cè)裝置，然后將鋼殼安裝在支撐柱及驅(qū)動(dòng)油缸上方，得到高爐擺動(dòng)溜槽。
研發(fā)的高爐擺動(dòng)溜槽流嘴用高強(qiáng)預(yù)制件一次通鐵量提升至13萬(wàn)噸以上，使用壽命延長(zhǎng)30%以上。
結(jié) 論
通過(guò)對(duì)配方組合進(jìn)行優(yōu)化，采用精選優(yōu)質(zhì)原材料，引入高強(qiáng)固體結(jié)合劑、燒結(jié)劑等，得到高爐擺動(dòng)溜槽及其流嘴用高強(qiáng)預(yù)制件，有效提升了高強(qiáng)預(yù)制件的致密度、熱震穩(wěn)定性，高溫?zé)笥谰镁€變化率呈微膨脹且比較穩(wěn)定，高溫耐壓抗折強(qiáng)度較大提升；配方通過(guò)優(yōu)化、減少或者不用揮發(fā)性強(qiáng)的含碳材料，減少了碳含量的排放，可有效降低擺動(dòng)溜槽及其流嘴綜合運(yùn)行成本、節(jié)約優(yōu)質(zhì)耐火原料資源，提升大型高爐用擺動(dòng)溜槽一次通鐵量提升至13萬(wàn)噸以上，使用壽命延長(zhǎng)30%以上，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
