高性能不定形耐火材料在石灰套筒窯的應(yīng)用

　　文章導(dǎo)讀

　　使用高性能的不定形耐火材料是使套筒窯獲得較長的使用壽命的關(guān)鍵因素之一。以莫來石、紅柱石為原料配制出的高強澆注料和鋼纖維澆注料，能夠滿足套筒窯的設(shè)計要求，并取得了良好的使用效果

　　1 前言

　　套筒窯(套筒式石灰窯)是一種煅燒活性石灰的先進窯爐，具有產(chǎn)品質(zhì)量好(石灰活性高)、能耗低、環(huán)保效果好等特點。鋼設(shè)計院配套設(shè)計的01座活性石灰套筒窯(500噸/天)于2001年11月在鋼第二耐火材料廠建成投產(chǎn)。

　　套筒窯筑爐材料的優(yōu)劣是決定其壽命的關(guān)鍵因素之一。國內(nèi)先后引進過幾座同類型的石灰窯，壽命均只有一年左右。其損毀原因主要是由于火橋、立柱等關(guān)鍵部位耐火材料的損壞引起的。為了確保窯體壽命，鋼設(shè)計院和中國京冶公司依據(jù)各部位的使用條件和損毀原因，共同制定了套筒窯專用高性能不定形耐火材料的設(shè)計指標(biāo)(詳見表1)。

　　表1 套筒窯用不定形耐火材料性能指標(biāo)

　　2 材料的研制

　　為了滿足設(shè)計要求，我們研制了套筒窯用的高性能不定形耐火材料，并在鋼多做套筒窯上應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果。具體研制過程如下：

　　2.1 高強澆注料

　　這種澆注料主要用于火橋部位,其設(shè)計指標(biāo)突出了以下三方面的特點：①高純原料，②高強度，③優(yōu)異的熱態(tài)性能——高荷重軟化溫度。盡管材料的鋁含量不是很高，但是，對材料的雜質(zhì)含量要求非常嚴格，這是因為即使很微量Fe2O3、K2O、Na2O等雜質(zhì)也會使材料液相出現(xiàn)溫度顯著降低，導(dǎo)致材料在高溫下軟化，喪失強度。

　　為達到設(shè)計要求,需要使用人工合成莫來石作為主原料，加入一定量的紅柱石，并采用氧化鋁超微粉及少量的純鋁酸鈣水泥作為結(jié)合劑。

　　莫來石是Al2O3-SiO2二元系中常壓下唯一穩(wěn)定存在的二元化合物，屬斜方晶系。是一種高品質(zhì)耐火原料，具有膨脹均勻，熱震穩(wěn)定性好，荷重軟化點高，硬度大，抗化學(xué)侵蝕性好等特點。其合成方法是：以工業(yè)氧化鋁和高嶺土為主原料，經(jīng)共磨、陳化、制坯等工序高溫?zé)�結(jié)而成。經(jīng)過破碎篩分制成骨料。

　　紅柱石在高溫下轉(zhuǎn)化成莫來石，產(chǎn)生不可逆的體積膨脹，可以“補償”材料在燒結(jié)過程中產(chǎn)生的收縮，從而提高材料的荷重軟化溫度，降低蠕變率。主要原料性能見表2：

　　表2 原料性能指標(biāo)

　　應(yīng)用上述原料，按照65～70%骨料：35～30%粉料的基本配比，配制出了高純、高強、高荷軟、高流動性的高性能澆注料，其具體性能指標(biāo)見表1。

　　2.2 立柱用鋼纖維澆注料

　　鋼纖維增強耐火澆注料是耐火澆注料構(gòu)成的基質(zhì)相與鋼纖維構(gòu)成的增強相組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。各溫度區(qū)域的強度和韌性高于耐火澆注料。具有更好的抗熱沖擊、抗機械沖擊和耐磨性。

　　表3 各溫度條件下耐火澆注料與鋼纖維增強耐火澆注料的強度產(chǎn)生的機理對比

　　鋼纖維的制造方法有：鋼絲剪斷法、鋼板剪斷法、，切削法及熔鋼抽絲法(熔抽法)。其中熔抽法工藝簡單，生產(chǎn)能力大，成本低在耐火材料中的應(yīng)用較為普遍。

　　表4 不同牌號鋼纖維的性能對比

　　表5 不同鋼纖維加入量和不同鋼纖維品種對材料性能的影響

　　表5中ST5因為鋼纖維加入較多，1300℃燒后表面有鋼纖維熔融，試塊有較大體積的膨脹，強度有所降低的。ST6采用330鋼纖維,熔融現(xiàn)象較ST4大為減少，體積變化也小得多。綜合分析上述結(jié)果可以看出加入4a%的330鋼纖維可以得到理想的材料性能。

　　3、實際應(yīng)用

　　鋼l#500m3套筒窯于2001年11月竣工后到2006年1月7日停火中修為止，連續(xù)運行4年多，生產(chǎn)活性石灰66萬余噸，創(chuàng)造了國內(nèi)套筒窯國內(nèi)使用壽命的新記錄。此后，高性能不定形耐火材料又在鋼秦皇島鋼鐵公司和鋼遷安鋼鐵公司的多座套筒窯中應(yīng)用，均取得了良好的應(yīng)用效果。