長(zhǎng)壽命快干防爆鐵溝澆注料的研制與應(yīng)用

1、長(zhǎng)壽命快干防爆鐵溝澆注料的研制與應(yīng)用薛海濤 魏建修 謝大勇 彭云濤 黃剛 中冶武漢冶金建筑研究院有限公司摘要 針對(duì)我國(guó)目前的單出鐵口的中、小型高爐鐵溝的現(xiàn)狀，對(duì)傳統(tǒng)的鐵溝澆注料的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了優(yōu)化，重點(diǎn)研究了顆粒級(jí)配、氧化硅微粉的選擇與加入量、減水劑的選擇與加入量，防爆劑的選擇及加入量、中高溫抗氧化劑的選擇等因素對(duì)鐵溝澆注料的影響，研制成功了一種長(zhǎng)壽命快干防爆鐵溝澆注料并在承德建龍580m 3高爐應(yīng)用，取得較好使用效果。關(guān)鍵詞 鐵溝澆注料 流動(dòng)性 抗爆裂性 抗氧化性1. 實(shí)驗(yàn)1.1 原料實(shí)驗(yàn)所用主要原料為棕剛玉、致密剛玉、97碳化硅、高溫球狀瀝青、結(jié)合劑、超微粉、高效減水劑等。 1.2實(shí)驗(yàn)過

2、程及性能檢測(cè)本實(shí)驗(yàn)澆注料的骨料和細(xì)粉的比例均為7228，將配合料在攪拌機(jī)中混合均勻，倒入三聯(lián)模具中振動(dòng)成型為40mm×40mm×160mm 的試樣，室溫養(yǎng)護(hù)24 h后脫模，分別經(jīng)110×24h 、1000×3h 和1450×3h 熱處理，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2419-94，GB/ T 5988-2004，GB 2997-2000，GB/T 3001-2000，GB/T 5072-2004，分別測(cè)試試樣的流動(dòng)度、線變化率、顯氣孔率和體積密度、耐壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度。將110×24h 烘干后的試樣，在1400×1h 條件下，用三點(diǎn)

3、彎曲法測(cè)量試樣的高溫抗折強(qiáng)度。采用致密耐火澆注料抗爆裂性測(cè)試方法YB/T 4117-2003，將濕混均勻的澆注料制成50mm×50mm×50mm 的立方體形試樣，經(jīng)室溫養(yǎng)護(hù)24h 脫模后取平行試樣三塊，立即放入已達(dá)設(shè)定溫度的箱式電爐中，并在該溫度下保溫20min ，觀察試樣是否爆裂。試樣中若有一塊爆裂則視為試樣發(fā)生爆裂。如果三塊試樣均沒有發(fā)生爆裂，則將爐溫升高50，重復(fù)試驗(yàn)直到試樣爆裂為止。試樣在設(shè)定溫度下不爆裂，而在高于此溫度50時(shí)爆裂，則該設(shè)定溫度即為試樣的抗爆裂溫度。如果試樣在1000時(shí)或在所要求的終止溫度仍未發(fā)生爆裂，則終止試驗(yàn)，以大于該溫度表示試樣的抗爆裂溫度。分

4、別檢測(cè)上述試樣在1000以及1450時(shí)斷面氧化層厚度比表征抗氧化性。2. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析2.1顆粒級(jí)配的確定根據(jù)鐵溝澆注料的澆注厚度和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)確定鐵溝澆注料的臨界顆粒 12mm，并參照最緊密堆積理論，通過對(duì)基礎(chǔ)配方所成型試樣的泥料狀況確定顆粒級(jí)配，最終確定配方中顆粒與細(xì)粉的質(zhì)量比為72：28最為合適。 2.2 氧化硅微粉的選擇及加入量氧化硅微粉包含大量的超細(xì)粒子，具有較大的比表面積，在鐵溝料中主要起到填充減水的作用，達(dá)到改善流動(dòng)性作用，但不同品質(zhì)氧化硅微粉在物理化學(xué)性質(zhì)存在差異，首先要選擇流動(dòng)性好，凝固時(shí)間合適的氧化硅微粉。同時(shí)在高溫下SiO 2與水泥中CaO 形成低熔物，因此在滿足最小加水量

5、的同時(shí)，盡可能減少氧化硅微粉的加入量。通過試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)加入2%的960U 的氧化硅微粉能達(dá)到做好效果。 2.3減水劑的選擇鐵溝澆注料系統(tǒng)是一個(gè)要求致密程度較高的系統(tǒng)，只有將高效的減水劑與超微粉進(jìn)行優(yōu)化，才能達(dá)到分散減水增加流動(dòng)性和提高致密程度的目的。對(duì)比了相同加水量條件下，各添加不同種類減水劑對(duì)澆注料流動(dòng)值的影響。如下圖所示：180160流動(dòng)值/m m三聚六偏FDNSM聚乙二醇聚羧酸FSW由上圖可以看出，添加0.1%復(fù)合高效減水劑FSW 可以達(dá)到最佳減水效果。 2.4 防爆劑的選擇及加入量低水泥結(jié)合Al 2O 3SiC C 質(zhì)澆注料配料中有超微粉和分散劑，因此流動(dòng)性好、耐火度高，澆注體致密性好、

6、強(qiáng)度高，因此鐵溝抗侵蝕、抗沖刷、使用壽命長(zhǎng)。但該材料的最大問題是澆注后需要養(yǎng)護(hù)且不能過快速度烘烤，否則會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度過低和爆炸爆裂事故。因此有效解決大高爐鐵溝澆注料的快干脫模和快速烘烤、防止爆炸爆裂問題，是該材料能否用于單鐵口高爐的關(guān)鍵。澆注料烘烤開裂和爆裂主要原因就是因?yàn)檠杆傩纬傻乃魵獠荒芗皶r(shí)排出澆注體外，澆注體內(nèi)水蒸氣壓太高。澆注體烘烤時(shí)，澆注料內(nèi)的水會(huì)因受熱迅速氣化, 尤其是在100以上時(shí)，蒸氣壓力迅猛上升。金屬Al 粉能夠與水反應(yīng)產(chǎn)生H 2氣，因此澆注料中加入少量Al 粉可以在澆注后產(chǎn)生大量氣體通道，有利于烘烤過程中水蒸氣的擴(kuò)散。但金屬Al 粉加量過多時(shí)，因發(fā)氣量太多，澆注體易發(fā)生鼓脹開

7、裂，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低。所以，必須嚴(yán)格控制金屬Al 粉的細(xì)度與加入量。添加防爆纖維是澆注料最有效防爆措施之一。纖維防爆的原理是纖維在澆注料內(nèi)部無序分布并相互“搭橋”連接，在澆注料內(nèi)部大量自由水脫除之前收縮燃燒掉，從而形成的排氣通道可使水蒸汽迅速地向澆注料表層擴(kuò)散逸出，降低了澆注料發(fā)生爆裂的可能。但纖維品種眾多，合理的選擇品種、直徑、長(zhǎng)度與用量對(duì)澆注料的防爆效果至關(guān)重要。本實(shí)驗(yàn)選取一種聚乙烯醇縮甲醛纖維，熔點(diǎn)為65，直徑15 um，長(zhǎng)度3-4 mm，加入合適量，綜合Al 粉使用，取得了650抗爆溫度。 2.5抗氧化劑的選擇及加入量由于鐵溝澆注料含有碳，必須具有抗氧化能力強(qiáng)，本文研究了中溫抗氧化劑A

8、 （1000）和高溫抗氧化劑B(1450 對(duì)澆注料性能影響 ，結(jié)果如下圖所示： 高溫抗折強(qiáng)度（MPa）氧化層厚度（m m ）氧化層厚度（m m ）耐壓強(qiáng)度(MPa 從圖中可以看出，抗氧化劑A 和抗氧化劑B 能取得較好抗氧化效果，綜合經(jīng)濟(jì)成本和使用效果，建議加入2a%的抗氧化劑A 和2b%的抗氧化劑B 。所研制鐵溝澆注料性能見下表：抗氧化劑A加入量(%抗氧化劑B加入量(%110×24h1000×3h 1450×3h體積密度 顯氣孔率 抗折強(qiáng)度 耐壓強(qiáng)度 線變化率 （g/cm3） (% (MPa (MPa (% 3.05 3.02 3.0011.4 16.8 16.0

9、10.10 14.13 12.5941.1 65.5 83.8- +0.11% +0.18%1400×1h 高溫抗折強(qiáng)度(MPa 4.73. 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用研制的鐵溝澆注料在承德建龍鐵廠580m 3高爐出鐵場(chǎng)改造中取得了一次性不修補(bǔ)通鐵量達(dá)20萬噸的業(yè)績(jī)。且該澆注料防爆性能優(yōu)良，僅需烘烤2-3小時(shí)即投入使用，完全能夠滿足鐵廠8小時(shí)休風(fēng)的最短時(shí)間要求。4. 結(jié)論（1） 通過優(yōu)化顆粒級(jí)配，選擇合適量的氧化硅微粉及減水劑，可以使鐵溝澆注料在加入4%的水保持較好流動(dòng)性。（2）加入合適量325目鋁粉和防爆纖維，可使鐵溝澆注料取得了650抗爆溫度；加入2a%的中溫抗氧化劑A 和2b%的高溫抗氧化劑B ，可顯著提高鐵溝澆注料抗氧化性。（3）研制的鐵溝澆注料在承德建龍鐵廠580m 3高爐出鐵場(chǎng)應(yīng)用，取得了較好使用效果和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。參考文獻(xiàn)1王戰(zhàn)民，李再耕高爐出鐵溝用耐火材料的發(fā)展J 耐火材料，1996，30(22袁茂田，段正兵起大型高爐用Al 2O 3-SiC-C 鐵溝澆注料的研制與使用J 耐火材料，2002,36（4） 3. 呂春燕原位生產(chǎn)Sialon 增強(qiáng)Al 2O