高爐出鐵場(chǎng)及撇渣器用氮化硅結(jié)合澆注料長(zhǎng)壽化新產(chǎn)品發(fā)展動(dòng)態(tài)

孫志紅

0  前言

隨著煉鐵工藝的不斷進(jìn)步，高爐向大型化發(fā)展，高溫高產(chǎn)情況下，撇渣器是高爐生產(chǎn)排放高溫渣鐵溶液分離通道的關(guān)鍵部位，撇渣器用耐材對(duì)高爐煉鐵的安全順利運(yùn)行具有非常重要的作用，撇渣器耐材要具有良好的高溫情況下的耐侵蝕沖刷性能和優(yōu)越的抗熱沖擊及耐磨性能。

現(xiàn)有技術(shù)；大中型高爐用撇渣器一般采用Al₂O₃-SiC-C質(zhì)低水泥澆注料，抗氧化性和抗渣性、熱震穩(wěn)定性、高溫抗折強(qiáng)度及耐磨性能一般；配方原料中添加了揮發(fā)性極強(qiáng)含碳材料（瀝青，石墨等）及添加劑等，碳含量的排放不利用環(huán)保，且影響鐵水質(zhì)量，一次通鐵量一般為20至25萬(wàn)噸左右。我們根據(jù)對(duì)撇渣器耐材使用過(guò)程中其使用壽命的影響因素進(jìn)行分析認(rèn)為：撇渣器材料不但要經(jīng)受高溫渣鐵溶液的侵蝕，還有渣鐵流的熱沖擊且損耗較快、維修周期長(zhǎng)，影響高爐正常安全生產(chǎn)；如何有效的穩(wěn)定提高大中型高爐用撇渣器的一次通鐵量在30萬(wàn)噸以上。這種情況下，急需開(kāi)發(fā)一種高溫?zé)Y(jié)性能、抗侵蝕性能、抗熱震穩(wěn)定性、耐高溫渣鐵沖刷及耐磨性能優(yōu)良的新型材料。目前已公開(kāi)的高爐撇渣器耐材產(chǎn)品資料可以看出，所采取的技術(shù)方案及原材料和添加劑等配方組合存在很多不完善之處，其技術(shù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案、配方組合優(yōu)點(diǎn)及原材料特點(diǎn)特征敘述不完全，所采用的部分不利于環(huán)保及揮發(fā)性極強(qiáng)的材料（瀝青、石墨等），添加劑和結(jié)合劑，無(wú)法達(dá)到其創(chuàng)造性及有益使用效果：因此，我們提供一種配方優(yōu)化合理、制備方法簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，安全型，環(huán)保型，可有效降低撇渣器綜合運(yùn)行成本、提高大中型高爐用撇渣器使用壽命的耐材新技術(shù)產(chǎn)品，具有廣泛的市場(chǎng)推廣前景及應(yīng)用價(jià)值。

1  新技術(shù)內(nèi)容

1)本發(fā)明技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種用于高爐撇渣器的氮化硅結(jié)合澆注料及高爐撇渣器，使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)成本低。

2)本發(fā)明技術(shù)是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種用于高爐撇渣器的氮化硅結(jié)合澆注料，由以下重量份數(shù)的原料制成，電熔致密剛玉30-45份、高純尖晶石20-30份、黑碳化硅15-25份、莫來(lái)石質(zhì)空心球8-15 份、氮化硅微粉5-10份、硅線石5-10份、氧化鋁微粉5-8份、

堇青石3-6份、鋁酸鹽水泥1-3份、球粘土0.5-2份、防爆裂纖維0.1-0.3份、分散劑0.15-0.5份。

進(jìn)一步地，所述防爆裂纖維為水溶性有機(jī)纖維，熔點(diǎn)80-90℃、長(zhǎng)度15-25mm。

進(jìn)一步地，所述分散劑是由三聚磷酸鈉和酒石酸組成，所述三聚磷酸鈉和酒石酸的重量比為3-7:2-5。

進(jìn)一步地，所述氮化硅微粉粒度≤5μm，氮化硅微粉中氮化硅含量為≥94wt%。

3)本發(fā)明技術(shù)一種高爐撇渣器，包括鋼殼，所述鋼殼內(nèi)設(shè)置有澆筑工作襯，所述澆筑工作襯上端面設(shè)置有鐵水溝槽，所述鐵水溝槽上端可拆卸設(shè)置有澆筑過(guò)梁，所述澆筑過(guò)梁與鐵水溝槽下端之間形成鐵水通道，所述澆筑工作襯上端位于澆筑過(guò)梁前側(cè)設(shè)置有出渣口，所述澆筑工作襯包括澆筑底托，所述澆筑底托前側(cè)沿鐵水溝槽設(shè)置有澆筑耐磨塊，所述澆筑過(guò)梁和出渣口均與澆筑耐磨塊連接，所述澆筑工作襯、澆筑過(guò)梁均由用于高爐撇渣器的氮化硅結(jié)合澆注料制成。

進(jìn)一步地，所述鋼殼內(nèi)鋪設(shè)有輕質(zhì)隔熱磚層，所述輕質(zhì)隔熱磚層內(nèi)側(cè)鋪設(shè)有高鋁碳化硅磚層，所述澆筑工作襯鋪設(shè)在高鋁碳化硅磚層內(nèi)側(cè)。

進(jìn)一步地，所述鐵水溝槽橫截面下端為矩形，所述鐵水溝槽橫截面上端為V型，所述鐵水溝槽位于澆筑過(guò)梁后側(cè)設(shè)置有鐵水小井，所述鐵水小井底部設(shè)置有殘鐵口，所述澆筑底托中間位置設(shè)置有鐵水溝槽，

4)所述鐵水溝槽的出口端設(shè)置有臺(tái)階，所述臺(tái)階與鐵水溝槽之間形成鐵水小井，所述臺(tái)階處的鐵水溝槽兩側(cè)壁上端一體成型有定位塊，所述澆筑耐磨塊設(shè)置在定位塊前側(cè)的鐵水溝槽側(cè)壁上端。

進(jìn)一步地，所述澆筑耐磨塊下端設(shè)置有向下的凸楞，所述澆筑底托上設(shè)置有與凸楞相配合的連接槽，所述澆筑耐磨塊與澆筑托之間通過(guò)凸楞與連接槽之間的插裝配合連接。

進(jìn)一步地，所述澆筑過(guò)梁包括橫梁，所述橫梁兩端設(shè)置在澆筑耐磨塊上，所述橫梁下端設(shè)置有與鐵水溝槽相配合的阻擋塊，所述阻擋塊與鐵水溝槽下端之間形成鐵水通道，所述阻擋塊前側(cè)面為向出渣口傾斜的斜面。

進(jìn)一步地，所述澆筑過(guò)梁內(nèi)設(shè)置有冷卻骨架，所述冷卻骨架包括設(shè)置在橫梁內(nèi)的第一冷卻通道、設(shè)置在阻擋塊內(nèi)的第二冷卻通道，所述第一冷卻通道和第二冷卻通道均由鋼板圍成，所述第一冷卻通道與第二冷卻通道連通，所述第一冷卻通道延伸至橫梁外連接有進(jìn)水口和出水口，所述第一冷卻通道和第二冷卻通道內(nèi)均設(shè)置有支撐梁。

2  具體技術(shù)方案

1)以下各實(shí)施方式，鋼殼由厚度為20-25mm 的耐高溫鋼板制成，具體牌號(hào)為0Cr25Ni20；

2)輕質(zhì)隔熱磚層厚度115-230mm，采用GB/T3994-2005牌號(hào)NG130-1.0的輕質(zhì)隔熱磚砌成；

3)高鋁碳化硅磚層厚度230-460mm，采用YB/T4167-2007牌號(hào)GLT-13的高鋁碳化硅磚砌成；

4)鐵水溝槽的長(zhǎng)度800-1100mm、最上端寬度450-700mm、高度200-350mm；

5)電熔致密剛玉是由粒度5-8mm和3-5mm的兩種原料組成，電熔致密剛玉中氧化鋁含量為≥99%，體積密度(g/cm3 ) ≥3.90，其特性為由于體密高、材料硬度大耐磨性好、耐高溫沖刷性優(yōu)良，大顆粒部分采用兩種配比組合，可有效穩(wěn)定產(chǎn)品架構(gòu)，具體采用標(biāo)準(zhǔn)YB/T102-2007，牌號(hào)DFA，國(guó)內(nèi)河南天通公司產(chǎn)品；

6)高純尖晶石是由粒度1-3mm一種原料組成，高純尖晶石中氧化鋁含量為≥87%，其特性為致密抗侵蝕、燒結(jié)強(qiáng)度高、耐高溫沖擊性能優(yōu)越，具體牌號(hào)為90MA，國(guó)內(nèi)斯曼公司產(chǎn)品；

7)黑碳化硅由粒度0.1-1mm和0.044mm的兩種原料組成，SiC含量為≥98%，其特性具有抗侵蝕性，提高產(chǎn)品的抗耐磨性及強(qiáng)度，采用細(xì)顆粒和細(xì)粉組合，細(xì)粉分散性好促進(jìn)燒結(jié)強(qiáng)度、提升高溫強(qiáng)度及抗氧化性能，產(chǎn)品堆積密度好，提高產(chǎn)品抗耐磨性及熱態(tài)強(qiáng)度；

8)莫來(lái)石質(zhì)空心球是由粒度0.2-0.6mm一種原料組成，莫來(lái)石空心球中氧化鋁含量為≥70%，體積密度(g/cm3 ) 0.8-1.2，其特性是球形細(xì)粒、其體積密度小、筒壓強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)低、保溫效果優(yōu)等特點(diǎn)，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中，可有效節(jié)能降耗，具體為國(guó)內(nèi)牌號(hào)GMAL-70產(chǎn)品；

9)氮化硅微粉是由粒度≤5μm的原料組成，氮化硅微粉中氮化硅(Si3N4)含量為≥94%，其特性是優(yōu)化增強(qiáng)了撇渣器澆注料的致密度，改善了其抗氧化性、抗渣性、熱震穩(wěn)定性、穩(wěn)步提高了高溫抗折強(qiáng)度及耐磨性能,具體為國(guó)內(nèi)牌號(hào)JXSN-94產(chǎn)品，氮化硅分子式為 Si3N4，其中 Si 占 60.06%，N 占 39.94%，Si3N4 屬于高溫難熔化合物，Si3N4 屬于熱力學(xué)穩(wěn)定化合物，是一種很堅(jiān)硬的材料，抗氧化性較強(qiáng)，應(yīng)密封保存。氮化硅的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定高，對(duì)大部分金屬溶液是穩(wěn)定的，不受腐蝕，也不被潤(rùn)濕，有利于提高產(chǎn)品的抗侵蝕性，其熱膨脹系數(shù)較小，導(dǎo)熱性好，其優(yōu)越性能表現(xiàn)具有較高的常溫和高溫強(qiáng)度、優(yōu)異的常溫和高溫化學(xué)穩(wěn)定性以及較強(qiáng)的耐磨性和良好的熱震穩(wěn)定性，產(chǎn)品理化指標(biāo)見(jiàn)附表1；

表1

3  具體技術(shù)實(shí)施方式

1) 如圖1-7所示，一種高爐撇渣器，包括鋼殼1，鋼殼內(nèi)砌有輕質(zhì)隔熱磚層2，輕質(zhì)隔熱磚層內(nèi)側(cè)砌有高鋁碳化硅磚層3，高鋁碳化硅磚層內(nèi)側(cè)安裝有澆筑工作襯，澆筑工作襯上端面加工有鐵水溝槽7，鐵水溝槽上端可拆卸安裝有澆筑過(guò)梁，澆筑過(guò)梁與鐵水溝槽下端之間形成鐵水通道24，澆筑工作襯上端位于澆筑過(guò)梁前側(cè)加工有出渣口8，澆筑工作襯包括澆筑底托4，澆筑底托前側(cè)沿鐵水溝槽安裝有澆筑耐磨塊5，澆筑過(guò)梁和出渣口均與澆筑耐磨塊連接，具體為，鐵水溝槽的出口端一體成型有臺(tái)階16，臺(tái)階與鐵水溝槽之間形成鐵水小井14，鐵水小井底部加工有殘鐵口15，設(shè)計(jì)鐵水小井和殘鐵口，保證經(jīng)過(guò)撇渣器的鐵水均經(jīng)過(guò)澆筑過(guò)梁撇渣，在鐵水量低時(shí)截流，通過(guò)殘鐵口排出，臺(tái)階處的鐵水溝槽兩側(cè)壁上端一體成型有定位塊10，澆筑耐磨塊安裝在定位塊前側(cè)的鐵水溝槽側(cè)壁上端，為方便安裝和定位，澆筑耐磨塊下端一體成型有向下的凸楞6，凸楞橫截面為矩形，澆筑底托上一體成型有與凸楞相配合的連接槽13，澆筑耐磨塊與澆筑托之間通過(guò)凸楞與連接槽之間的插裝配合連接，出渣口與澆筑耐磨塊一體成型，在澆筑耐磨塊上與出渣口相對(duì)應(yīng)位置還向外延伸有流嘴，流嘴的工作面向下傾斜，保證出渣順暢，鐵水溝槽橫截面下端為矩形，鐵水溝槽橫截面上端為V型，方便渣鐵快速上浮，進(jìn)而使渣鐵與鐵水分層。

圖1（為高爐撇渣器結(jié)構(gòu)圖示意）

圖2（為高爐撇渣器主視剖面圖示意圖）

圖3（為澆筑底托結(jié)構(gòu)圖示意圖）

圖4（為澆筑耐磨塊結(jié)構(gòu)圖示意圖）

圖5（為澆筑過(guò)梁結(jié)構(gòu)圖示意圖）

圖6（為澆筑過(guò)梁俯視圖示意圖）

圖7（為冷卻骨架左視剖面圖示意圖）

其中：1-鋼殼，2-輕質(zhì)隔熱磚層，3-高鋁碳化硅磚層，4-澆筑底托，5-澆筑耐磨塊，6-凸楞，7-鐵水溝槽，8-出渣口，9-橫梁，10-定位塊，11-阻擋塊，12-冷卻骨架，13-連接槽，14-鐵水小井，15-殘鐵口，16-臺(tái)階，17-橫梁定位槽，18-進(jìn)水口，19-出水口，20-第一冷卻

 通道，21-第二冷卻通道，22-鋼板，23-支撐梁，24-鐵水通道。

2)澆筑過(guò)梁包括橫梁9，橫梁兩端安裝在澆筑耐磨塊上，為方便安裝和定位，在澆筑耐磨塊上加工有與橫梁相配合的橫梁定位槽17，為進(jìn)一步防止?jié)仓^(guò)梁在工作的過(guò)程中傾斜，澆筑過(guò)梁通過(guò)螺栓固定在橫梁定位槽處，橫梁下端一體成型有與鐵水溝槽相配合的阻擋塊11，阻擋塊與鐵水溝槽下端之間形成鐵水通道，阻擋塊前側(cè)面為向出渣口傾斜的斜面，方便渣鐵聚集至出渣口處，澆筑過(guò)梁內(nèi)安裝有冷卻骨架12，冷卻骨架包括預(yù)制在橫梁內(nèi)的第一冷卻通道20、預(yù)制在阻擋塊內(nèi)的第二冷卻通道21，第一冷卻通道和第二冷卻通道均由鋼板22圍成，第一冷卻通道與第二冷卻通道連通，第一冷卻通道延伸至橫梁外連接有進(jìn)水口18和出水口19，第一冷卻通道和第二冷卻通道內(nèi)均焊接有支撐梁23，支撐梁為帶有過(guò)水孔的鋼板，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，制作方便，通過(guò)冷卻骨架不僅能夠?qū)仓^(guò)梁進(jìn)行冷卻，還能夠減小澆筑過(guò)梁的重量，進(jìn)而降低橫受力，還能夠提高澆筑過(guò)梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而且能夠在澆筑的過(guò)程中提供支撐，在使用的過(guò)程中，第一冷卻通道和第二冷卻通道為并聯(lián)連接。為方便定位和安裝，定位塊與澆筑耐磨塊相對(duì)應(yīng)的面為向上的斜面。

表2

說(shuō)明：附表1、表2中的分析及材料測(cè)試方法參照耐火材料相應(yīng)國(guó)標(biāo)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

4  小結(jié)

1) 通過(guò)實(shí)踐證明，新開(kāi)發(fā)的新技術(shù)撇渣器澆注料對(duì)于大中型高爐（ 5800m³-1500m³）和中小型（1500m³-450m³）高爐撇渣器均可適用，針對(duì)應(yīng)用到具體不同容積高爐時(shí)，配方可在上述數(shù)值范圍內(nèi)進(jìn)行一定調(diào)整，以滿足該高爐撇渣器的具體要求。

2)本發(fā)明技術(shù)方案通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)與澆注料，采用精選高純?cè)牧希ㄟ^(guò)引入氮化硅微粉，明顯增強(qiáng)了撇渣器澆注料的致密度、改善了抗氧化性和抗渣性、熱震穩(wěn)定性、穩(wěn)步提高了高溫抗折強(qiáng)度，耐磨性能和使用壽命，配方通過(guò)優(yōu)化、揮發(fā)性極強(qiáng)含碳材料的減少或棄之，既減少了碳含量的排放利用環(huán)保，又凈化了鐵水質(zhì)量，產(chǎn)品制備方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，可有效降低了撇渣器綜合運(yùn)行成本、節(jié)約優(yōu)質(zhì)耐火原料資源，提升大中型高爐用撇渣器澆注料一次通鐵量延長(zhǎng)至30萬(wàn)噸以上，可有效提高了高爐撇渣器的使用壽命，該發(fā)明技術(shù)具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

3)本發(fā)明技術(shù)的有益效果在于：用于高爐撇渣器的氮化硅結(jié)合澆注料，采用精選高純?cè)牧?，通過(guò)引入氮化硅微粉，明顯增強(qiáng)了撇渣器澆注料的致密度、改善了其抗氧化性和抗渣性、熱震穩(wěn)定性、穩(wěn)步提高了高溫抗折強(qiáng)度，耐磨性能和使用壽命；配方通過(guò)優(yōu)化、將揮發(fā)性極強(qiáng)含碳材料及添加劑等的減少或棄之，既減少了碳含量的排放利用環(huán)保，又凈化了鐵水質(zhì)量，產(chǎn)品制備方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，可有效降低了撇渣器綜合運(yùn)行成本、節(jié)約優(yōu)質(zhì)耐火原料資源，提升大中型高爐撇渣器澆注料一次通鐵量延長(zhǎng)至30萬(wàn)噸以上，可有效提高了撇渣器的使用壽命，該發(fā)明具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，高爐撇渣器在鋼殼內(nèi)設(shè)置澆筑工作襯及澆筑過(guò)梁，澆筑工作襯設(shè)置鐵水溝槽、澆筑底托、澆筑耐磨塊，由于渣鐵位于鐵水上層，通過(guò)澆筑耐磨塊能夠與渣鐵對(duì)應(yīng)，渣鐵本身硬度較高，在流動(dòng)的過(guò)程中與澆筑耐磨塊摩擦，澆筑耐磨塊及澆筑過(guò)梁易磨損，磨損后方便更換，降低維護(hù)時(shí)間，避免整體更換，降低維護(hù)成本，設(shè)置輕質(zhì)隔熱磚層和高鋁碳化硅磚層，能夠進(jìn)行很好的隔熱，同時(shí)對(duì)澆筑工作襯進(jìn)行支撐，提高使用穩(wěn)定性，鐵水溝槽橫截面下端為矩形，上端為V型，方便渣鐵快速上浮，進(jìn)而使渣鐵與鐵水分層，設(shè)置鐵水小井和殘鐵口，保證經(jīng)過(guò)撇渣器的鐵水均經(jīng)過(guò)澆筑過(guò)梁撇渣，在鐵水量低時(shí)截流，通過(guò)殘鐵口排出，澆筑耐磨塊與澆筑底托之間插接，提高連接強(qiáng)度，同時(shí)避免鐵水向外滲透，澆筑過(guò)梁包括橫梁，通過(guò)橫梁搭接在澆筑耐磨塊上，方便安裝，阻擋塊的前側(cè)面為斜面，方便渣鐵聚集，設(shè)置冷卻骨架，能夠?qū)仓^(guò)梁進(jìn)行冷卻，提高其硬度，進(jìn)而提高使用壽命，降低維護(hù)頻率。