长寿命快干防爆铁沟浇注料的研制与应用

长寿命快干防爆铁沟浇注料的研制与应用

薛海涛魏建修谢大勇彭云涛黄刚

中冶武汉冶金建筑研究院有限公司

摘要针对我国目前的单出铁口的中、小型高炉铁沟的现状，对传统的铁沟浇注料的结构与性能进行了优化，重点研究了颗粒级配、氧化硅微粉的选择与加入量、减水剂的选择与加入量，防爆剂的选择及加入量、中高温抗氧化剂的选择等因素对铁沟浇注料的影响，研制成功了一种长寿命快干防爆铁沟浇注料并在承德建龙580m3高炉应用，取得较好使用效果。

关键词铁沟浇注料流动性抗爆裂性抗氧化性

1.实验

1.1 原料

实验所用主要原料为棕刚玉、致密刚玉、97碳化硅、高温球状沥青、结合剂、超微粉、高效减水剂等。

1.2实验过程及性能检测

本实验浇注料的骨料和细粉的比例均为72∶28，将配合料在搅拌机中混合均匀，倒入三联模具中振动成型为40mm×40mm×160mm的试样，室温养护24 h后脱模，分别经110℃×24h、1000℃×3h和1450℃×3h热处理，按照国家标准GB/T 2419-94，GB/ T 5988-2004，GB 2997-2000，GB/T 3001-2000，GB/T 5072-2004，分别测试试样的流动度、线变化率、显气孔率和体积密度、耐压强度、抗折强度。

将110℃×24h烘干后的试样，在1400℃×1h条件下，用三点弯曲法测量试样的高温抗折强度。

采用致密耐火浇注料抗爆裂性测试方法YB/T 4117-2003，将湿混均匀的浇注料制成50mm×50mm×50mm的立方体形试样，经室温养护24h脱模后取平行试样三块，立即放入已达设定温度的箱式电炉中，并在该温度下保温20min，观察试样是否爆裂。试样中若有一块爆裂则视为试样发生爆裂。如果三块试样均没有发生爆裂，则将炉温升高50℃，重复试验直到试样爆裂为止。试样在设定温度下不爆裂，而在高于此温度50℃时爆裂，则该设定温度即为试样的抗爆裂温度。如果试样在1000℃时或在所要求的终止温度仍未发生爆裂，则终止试验，以大于该温度表示试样的抗爆裂温度。

分别检测上述试样在1000℃以及1450℃时断面氧化层厚度比表征抗氧化性。

2.实验结果与分析

2.1颗粒级配的确定

根据铁沟浇注料的浇注厚度和现场经验确定铁沟浇注料的临界颗粒 12mm ，并参照最紧密堆积理论，通过对基础配方所成型试样的泥料状况确定颗粒级配，最终确定配方中颗粒与细粉的质量比为72：28最为合适。 2.2 氧化硅微粉的选择及加入量

氧化硅微粉包含大量的超细粒子，具有较大的比表面积，在铁沟料中主要起到填充减水的作用，达到改善流动性作用，但不同品质氧化硅微粉在物理化学性质存在差异，首先要选择流动性好，凝固时间合适的氧化硅微粉。同时在高温下SiO 2与水泥中CaO 形成低熔物，因此在满足最小加水量的同时，尽可能减少氧化硅微粉的加入量。通过试验，发现加入2%的960U 的氧化硅微粉能达到做好效果。 2.3减水剂的选择

铁沟浇注料系统是一个要求致密程度较高的系统，只有将高效的减水剂与超微粉进行优化，才能达到分散减水增加流动性和提高致密程度的目的。对比了相同加水量条件下，各添加不同种类减水剂对浇注料流动值的影响。如下图所示：

三聚

六偏

FDN

SM

聚乙二醇聚羧酸

FSW

80

100120140160

180

流动值/m m

由上图可以看出，添加0.1%复合高效减水剂FSW 可以达到最佳减水效果。 2.4 防爆剂的选择及加入量

低水泥结合Al 2O 3–SiC –C 质浇注料配料中有超微粉和分散剂，因此流动性好、耐火度高，浇注体致密性好、强度高，因此铁沟抗侵蚀、抗冲刷、使用寿命长。但该材料的最大问题是浇注后需要养护且不能过快速度烘烤，否则会出现强度过低和爆炸爆裂事故。因此有效解决大高炉铁沟浇注料的快干脱模和快速烘烤、防止爆炸爆裂问题，是该材料能否用于单铁口高炉的关键。

浇注料烘烤开裂和爆裂主要原因就是因为迅速形成的水蒸气不能及时排出浇注体外，浇注体内水蒸气压太高。浇注体烘烤时，浇注料内的水会因受热迅速气化,尤其是在100℃以上时，蒸气压力迅猛上升。

金属Al 粉能够与水反应产生H 2气，因此浇注料中加入少量Al 粉可以在浇注后产生大量气体通道，有利于烘烤过程中水蒸气的扩散。但金属Al 粉加量过多时，因发气量太多，浇注体易发生鼓胀开裂，导致结构强度降低。所以，必须严格控制金属Al 粉的细度与加入量。

添加防爆纤维是浇注料最有效防爆措施之一。纤维防爆的原理是纤维在浇注料内部无序分布并相互“搭桥”连接，在浇注料内部大量自由水脱除之前收缩燃烧掉，从而形成的排气通道可使水蒸汽迅速地向浇注料表层扩散逸出，降低了浇注料发生爆裂的可能。但纤维品种

众多，合理的选择品种、直径、长度与用量对浇注料的防爆效果至关重要。本实验选取一种聚乙烯醇缩甲醛纤维，熔点为65℃，直径15 um，长度3-4 mm，加入合适量，综合Al粉使用，取得了650℃抗爆温度。

2.5抗氧化剂的选择及加入量

由于铁沟浇注料含有碳，必须具有抗氧化能力强，本文研究了中温抗氧化剂A（1000℃）和高温抗氧化剂B(1450℃)对浇注料性能影响，结果如下图所示：

抗氧化剂A加入量(%)

氧化层厚度（m m ）

耐压强度(MPa)

抗氧化剂B加入量(%)

氧化层厚度（m m ）

高温抗折强度（MPa）

从图中可以看出，抗氧化剂A 和抗氧化剂B 能取得较好抗氧化效果，综合经济成本和使用效果，建议加入2a%的抗氧化剂A 和2b%的抗氧化剂B 。

所研制铁沟浇注料性能见下表：

体积密度 （g/cm3） 显气孔率 (%) 抗折强度 (MPa) 耐压强度 (MPa) 线变化率 (%) 110℃×24h

3.05 11.4 10.10 41.1 - 1000℃×3h 3.02 16.8 1

4.13 6

5.5 +0.11% 1450℃×3h

3.00

16.0

12.59

83.8

+0.18%

1400℃×1h 高温抗折强度(MPa) 4.7

3.现场应用

研制的铁沟浇注料在承德建龙铁厂580m 3高炉出铁场改造中取得了一次性不修补通铁量达20万吨的业绩。且该浇注料防爆性能优良，仅需烘烤2-3小时即投入使用，完全能够满足铁厂8小时休风的最短时间要求。

4.结论

（1） 通过优化颗粒级配，选择合适量的氧化硅微粉及减水剂，可以使铁沟浇注料在加入4%的水保持较好流动性。

（2）加入合适量325目铝粉和防爆纤维，可使铁沟浇注料取得了650℃抗爆温度；加入2a%的中温抗氧化剂A 和2b%的高温抗氧化剂B ，可显著提高铁沟浇注料抗氧化性。

（3）研制的铁沟浇注料在承德建龙铁厂580m 3高炉出铁场应用，取得了较好使用效果和经济价值。

参考文献

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