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炉衬浇注料的研制与高铝砖蓄热式加热炉

  研制的炉衬与烧嘴整体浇注料颗粒组成合理,分布均匀,浇注料低温热处理后的试样中骨料与基质结合紧密,产生了少量的细裂纹和气孔,细粉颗粒边缘部分熔融,耐火浇注料骨料与基质结合较好,无明显裂隙;试样在1300℃时部分烧结,在1450℃下烧结较完全,骨?

  原材料选择。研究者从材料使用性能、成本方面综合考虑,采取以下措施:一是选择杂质含量不超过2%的优质高铝矾土熟料为大骨料,以免原料中含有较多的杂质,在高温过程中产生低熔点物质,致使浇注料的荷重软化温度降低,影响浇注料的高温使用性能,导致烧嘴在工作过程中变形、工作性能下降。二是选择烧结莫来石为细骨料和粉料,利用莫来石组织结构好、蠕变率低、热膨胀小、抗热震性好和抗化学侵蚀强等优点,改善浇注料的线变化率、热震稳定性能、抗侵蚀性能和抗高温蠕变性能,提高浇注料的高温抗压强度。三是选择红柱石、蓝晶石为膨胀材料,利用红柱石、蓝晶石在高温下莫来石化过程中的体积膨胀效应,改善浇注料的高温烧后线变化,提高浇注料热震稳定性。四是选择致密刚玉细粉、α-Al2O3微粉、硅微粉为微粉材料,在提高浇注料密实度的同时,利用α-Al2O3熔点高的特性提高烧嘴浇注料的耐火度,利用粉料和骨料在高温条件下的烧结,生成莫来石和二次莫来石,在改善浇注料线变化率的同时,提高浇注料的综合力学强度和高温性能。此外,研究者加入少量的Al-80水泥为结合剂,利用其快硬高强、耐火等特点,改善浇注料的中低温结合强度;加入多晶氧化铝纤维为增强、增韧材料,加入防爆纤维为防爆剂,高铝砖进一步提高浇注料的结合强度和热震稳定性能;以六偏磷酸钠、FS20为高效复合分散剂(减水剂),改善浇注料的施工性能。

  武钢条材总厂大型分厂蓄热式加热炉炉衬与烧嘴采用普通高铝浇注料整体浇注成型,但在使用中存在烧嘴喷口变形、烧嘴与炉衬开裂甚至结构剥落、炉墙串气冒火等问题,导致对炉衬与烧嘴破损部位的灌浆修复频繁,甚至停炉检修,增加了加热炉维护工作量与维护成本,影响了加热炉的作业率及蓄热式燃烧技术的经济性。为此,研究者研制了一种微膨胀、抗热震与抗高温蠕变性能较好的蓄热式轧钢加热炉炉衬与烧嘴整体浇注料,高铝砖蓄热式加热炉并在实际应用中取得了良好的使用效果。

  相比普通高铝浇注料,研制的浇注料具有更优的综合指标。研制浇注料的烧后线变化情况表明其具有微膨胀性,可有效防止炉衬与烧嘴的收缩裂纹;1100℃下水冷次数达25次,表明浇注料的热震稳定性较好,可减少烧嘴部分耐材的热震开裂;高温荷重软化开始温度大于1400℃,高于加热炉高使用温度,可避免炉衬鼓肚与烧嘴喷口变形问题,延缓烧嘴使用性能的劣化。

  20世纪90年代,我国开发、应用了蓄热式连续加热炉,进而使钢铁企业的低热值燃料得到了高效利用。但同一般的轧钢加热炉相比,蓄热式加热炉的燃烧方式、换热方式、换热介质等方面都发生了重大变化,炉型结构也因之发生了变化,炉衬浇注料的研制与造成蓄热式加热炉炉墙内通道较多、结构复杂、施工与烘烤困难等一系列问题,导致工作衬密闭性与综合整体性差,炉衬与烧嘴区域耐火材料在使用中易开裂破损。浇注料此外,蓄热式加热炉的高温烟气与高温预热燃烧介质均从烧嘴本体流通和成对烧嘴间频繁换向燃烧的工作条件,极易导致炉衬与烧嘴区域耐火材料出现热震裂纹、热应力疲劳破损和烧嘴喷口变形。

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  试样制备与性能检测。研究者根据蓄热式加热炉的实际使用条件要求,通过上述原材料选择分析,进行了浇注料的配方设计。他们根据配方进行配料,制成40mm×40mm×160mm大小的标准试样,自然养护2天后在110℃下烘烤24小时,再分别进行1100℃×3h、1300℃×3h和1450℃×3h的热处理;按常规方法检测热处理后试样的体积密度、烧后线变化率、常温抗折强度与耐压强度,按YB/T 376。1-1995的1100℃水冷法检测试样的抗热震性,按GB/T 5073-2005标准检测试样的荷重软化温度。他们还通过不同配方试样热处理后的综合性能对比分析,进行了配方的优化,确定了符合加热炉使用要求的浇注料配方。他们根据确定的配方进行了标准试样的制备、热处理和性能检测,同时对其微观结构、骨料与基质结合状况等进行了岩相分析。

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