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本文提出用改進(jìn)了防爆性能的耐火澆注料整體澆注單鐵口高爐出鐵溝，并同時將出鐵主溝改造為儲鐵式結(jié)構(gòu)。450m3高爐鐵溝實(shí)踐表明，改造后的鐵溝未經(jīng)修補(bǔ)連續(xù)使用69天，出鐵12萬噸。前列次修補(bǔ)歷時12小時，烘烤時間1小時左右。結(jié)果顯示該技術(shù)可以大幅度延長單鐵口高爐鐵溝壽命，并徹底改變單鐵口高爐出鐵廠的工作環(huán)境。該技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于超過50條搗打鐵溝的改造。

1　前言
現(xiàn)代大型高爐出鐵溝一般都是采用低水泥結(jié)合Al2O3 –SiC –C 質(zhì)澆注料。該材料使用安全，壽命長，消耗少，施工維修方便，是高爐穩(wěn)產(chǎn)、順產(chǎn)的重要保證。由于消耗少，維修少，使用穩(wěn)定，因此，現(xiàn)代大高爐爐前出鐵場環(huán)境整潔，絕沒有小高爐爐前出鐵場的烏煙瘴氣和混亂不堪。
一般大高爐都有2個以上的出鐵溝，因此當(dāng)其中一條鐵溝重新造襯或修補(bǔ)時，只要堵住該條鐵溝的出鐵口后，就可以對該條鐵溝進(jìn)行澆注、養(yǎng)護(hù)硬化、烘烤干燥等。與此同時，其他出鐵口出鐵正常，不影響高爐的正常生產(chǎn)。
但容積為1000m3以下的中小型高爐一般設(shè)計(jì)為單個出鐵口，因此不可能保證一般澆注料施工所需要的養(yǎng)護(hù)、烘烤時間。所以，目前的單出鐵口的中、小型高爐鐵溝一般還是采用瀝青或樹脂結(jié)合Al2O3 –SiC –C 質(zhì)免烘烤搗打料搗打鐵溝內(nèi)襯。
由于采用樹脂或焦油結(jié)合，搗打料搗打施工后不要烘烤或略加短時間烘烤即可立即直接過鐵水，可以滿足中、小高爐的使用工藝要求。但因?yàn)閾v打的溝襯耐火材料一般只是溝底表面一層相對密實(shí)，而表層以下及溝幫部位都很疏松，不耐沖刷，因此搗打料存在使用壽命太短的問題，一般只有1～7天，短的甚至1班一修。同時，由于搗打鐵溝都是旱溝結(jié)構(gòu)，每出一爐鐵都清理溝內(nèi)固化下來的大量殘鐵殘?jiān)�，同時在清理之后鋪撒黃沙或焦粉。
因此，搗打料搗制的單鐵口高爐爐前鐵鉤維護(hù)工人勞動強(qiáng)度太大，且高熱的環(huán)境又造成很多不安全因素，還有瀝青與樹脂的煙塵有毒有害問題！
因此如何有效地解決單鐵口高爐出鐵溝壽命的問題備受關(guān)注。
我公司為此曾開發(fā)能夠快硬快烘的樹脂結(jié)合Al2O3 –SiC –C質(zhì)澆注料（專利：鐵溝免烘烤澆注料及單鐵口高爐出鐵溝澆注料造襯工藝，專利號2006100869258），替代搗打料來解決單鐵口高爐出鐵溝使用壽命短的問題，并在一些高爐進(jìn)行了應(yīng)用。該技術(shù)雖然解決了施工體的密實(shí)性問題，但這種澆注料由于主要是樹脂結(jié)合，樹脂用量相對較大，樹脂自身的燒后松散造成燒后澆注體結(jié)構(gòu)疏松，鐵溝的抗侵蝕抗沖刷能力似乎還有欠缺，使用壽命遠(yuǎn)不如大高爐所用的低水泥結(jié)合Al2O3-SiC-C質(zhì)澆注料。而且樹脂結(jié)合澆注料在烘烤時因樹脂煙塵造成爐前環(huán)境惡劣的問題依然存在。
在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)與大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我公司通過對大型高爐用低水泥結(jié)合Al2O3 –SiC –C 質(zhì)鐵溝澆注料進(jìn)行改性，使其能夠在熱態(tài)下施工并能快速升溫而不爆裂，滿足中、小型單鐵口高爐鐵溝的快速施工使用要求。
在工程實(shí)踐中，我們還借鑒大高爐主鐵溝普遍采用的儲鐵式結(jié)構(gòu)，將中、小型單鐵口高爐出鐵主溝也改造成儲鐵式或半儲鐵式結(jié)構(gòu)，從而改善耐火材料的燒結(jié)環(huán)境以及急冷急熱環(huán)境。這種結(jié)構(gòu)也取消了小高爐爐前每次出鐵前在主溝內(nèi)鋪撒黃沙或焦粉的慣例，從而徹底改變了爐前作業(yè)平臺的工作環(huán)境。
2　低水泥結(jié)合Al2O3–SiC–C 質(zhì)澆注料的改性研究
大高爐用低水泥結(jié)合Al2O3–SiC–C 質(zhì)澆注料配料中有超微粉和分散劑，因此流動性好、耐火度高，澆注體致密性好、強(qiáng)度高，因此鐵溝抗侵蝕、抗沖刷、使用壽命長（通鐵量高）。但該材料的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，也是本研究的主攻方向。
澆注料烘烤開裂和爆裂主要原因就是因?yàn)檠杆傩纬傻乃�蒸氣不能及時排出澆注體外，澆注體內(nèi)水蒸氣壓太高。澆注體烘烤時，澆注料內(nèi)的水會因受熱迅速氣化。水的蒸汽壓與溫度的關(guān)系如圖1所示。從水的蒸氣壓和溫度的關(guān)系中不難看出，水在100℃以上時，蒸氣壓力迅猛上升。
本試驗(yàn)的基本思路是：是以大型高爐用Al2O3–SiC–C 質(zhì)鐵溝澆注料為基礎(chǔ)，加入各種防爆改性材料，使其具有快硬防爆的性能。防爆試驗(yàn)方法是將澆注料澆注為100×100×60mm的方塊，澆注后1～2h即脫模并立即將放入預(yù)先升溫并恒溫的電爐中，在高溫爐內(nèi)保溫30min后，觀測其爆裂的程度。進(jìn)一步放大樣試驗(yàn)是將澆注料澆注為100Kg以上的預(yù)制塊，同樣是澆注后1～2h即脫模并立即放在1000℃左右的炭火上進(jìn)行烘烤，檢驗(yàn)其爆裂情況。
2.1 添加助結(jié)合劑調(diào)整硬化時間
澆注料的快硬對于施工后快速脫模至關(guān)重要，本案通過加入促硬的助結(jié)合劑，保證澆注料既具有足夠的施工時間，同時還在澆注成型后很快硬化，以便及時脫模進(jìn)行烘烤。
研究還發(fā)現(xiàn)，澆注料的硬化時間還與澆注體的鼓脹與爆裂有很大關(guān)系。澆注料過快硬化和過慢硬化，都會出現(xiàn)澆注體鼓脹與爆裂的問題。因此，通過加入適量的助結(jié)合劑，能有效控制澆注料的硬化時間，并進(jìn)而防止發(fā)氣帶來的鼓脹和裂紋。加有發(fā)氣劑和助結(jié)合劑的澆注料大約1h即能固化脫模，固化后的樣塊直接放到450℃爐內(nèi)也不會發(fā)生爆裂。
2.2 加入發(fā)氣劑改進(jìn)放爆性能
金屬Al粉能夠與水反應(yīng)產(chǎn)生H2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。同時Al粉與水反應(yīng)的過程還會產(chǎn)生大量的熱量，能夠有效促進(jìn)澆注料的硬化。但金屬Al粉加量過多時，因發(fā)氣量太多，澆注體易發(fā)生鼓脹開裂，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低。
發(fā)氣量跟金屬Al粉的細(xì)度和數(shù)量有關(guān)，Al粉的粒度越細(xì)數(shù)量越多，則與水反應(yīng)發(fā)氣越劇烈，產(chǎn)氣量越多越集中，越易產(chǎn)生鼓脹開裂，影響體積密度，降低強(qiáng)度。所以，嚴(yán)格控制金屬Al粉的細(xì)度與加入量。
除Al粉的之外，本案還在澆注料中添了有機(jī)發(fā)氣劑。有機(jī)發(fā)氣劑的發(fā)氣機(jī)理是發(fā)氣劑與水泥和水發(fā)生分解反應(yīng)，生成某種鈣鹽，鈣鹽分解產(chǎn)生N2、CO2、NH3氣。由于有機(jī)發(fā)氣劑不像Al粉那樣反應(yīng)劇烈，因此澆注料不易出現(xiàn)鼓脹和細(xì)粉上浮的問題。而且有機(jī)發(fā)氣劑不會因施工養(yǎng)護(hù)環(huán)境溫度的差別而產(chǎn)生發(fā)氣速度與發(fā)氣量的很大變化，因此施工更易掌握。 2.3 添加有機(jī)纖維提高抗爆裂性
添加防爆纖維是澆注料有效防爆措施之一。纖維防爆的原理是澆注料受熱后纖維迅速收縮或分解，并同時在澆注料中形成氣孔通道，從而讓澆注料因受熱而產(chǎn)生的水蒸氣迅速擴(kuò)散揮發(fā)出去。澆注料內(nèi)的水蒸氣及時擴(kuò)散出去而不在澆注體內(nèi)集聚形成較大壓力，則澆注體不會發(fā)生爆裂。
但纖維品種眾多，合理的選擇品種、直徑、長度與用量對澆注料的放爆效果至關(guān)重要。
本研究通過合理選擇，在澆注料中加入適當(dāng)品種與數(shù)量的纖維后，硬化后的試樣直接放進(jìn)500℃的高溫爐內(nèi)保溫后，試樣表面完好，不會發(fā)生爆裂。
2.4 添加堿式乳劑防爆劑
堿式乳劑防爆劑是近幾年才見報導(dǎo)的一種新型防爆劑，其組成為氫氧化物的離子聚合而成的多核絡(luò)合物，能有效溶解于水溶液。有文獻(xiàn)介紹其防爆機(jī)理為：澆注料在受熱干燥時，堿式乳劑的脫水膠化在基質(zhì)中形成網(wǎng)片狀微裂紋通道，從而增大了澆注料的透氣率。另據(jù)稱堿式乳劑能抑制或延緩了CAH10 的生成，也可提高澆注料的防爆裂溫度。
為進(jìn)一步提高澆注料的放爆效果，本案對堿式乳劑防爆劑進(jìn)行了應(yīng)用研究，通過用量匹配研究，將澆注料抗爆裂溫度從原來的安全防爆溫度500℃提高到800℃，使快干防爆澆注料有了更安全的使用性能。
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