CN103214248B - 一种强度高且体积和热震稳定性好的高炉在线维修压入料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种强度高且体积和热震稳定性好的高炉在线维修压入料，属于不定型耐火材料技术领域。压入料由以下原料组份及重量百分数组成：莫来石55～68%；矾土粉20～28%；α-Al₂O₃微粉10～18%；氧化镁粉1～2%；分散氧化铝微粉1～3%；以上述原料组份的总重为100，外加上述原料组份总重15～22%的硅溶胶。本发明的压入料能对施工部位进行很好的填充，灌满后便可对灌浆口进行密封，可快速固化，而且材料具有较好抗冲刷侵蚀能力，对衬体内的裂缝形成较好的填充，有效的控制因煤气泄漏、热风窜漏、炉壳发红及烧穿等严重事故。

Description

一种强度高且体积和热震稳定性好的高炉在线维修压入料

技术领域

本发明属于无定型耐火材料技术领域，具体涉及一种用于高炉严重事故时及时在线维修的强度高且体积和热震稳定性好的高品质压入料。 

背景技术

现有技术中，高炉炼铁的生产过程中耐火炉衬受到炉料磨损、含尘气流冲刷以及高温热应力和其他特殊性质的破坏，炉衬会出现掉砖、破裂、烧塌、渣化等现象，随着工艺的改变炉衬的损毁会更加剧，尤其是在一代炉役的中、后期，高炉炉衬甚至出现贯通性裂纹。同时，为了实现高炉炼铁高效化和低能耗，与高炉匹配的热风炉需要降低焦比，减少生铁的生产成本，提高高炉送风温度，这样热风管道就会存在以下损坏机理：1.煤气流、烟尘及碱性气体对管道衬体造成冲刷侵蚀；2.高风温风压及热风炉轮换送风造成衬体的温度波动对耐火衬体形成热应力；3.主管道较长的悬空部分因持续工作及机械震动形成永久性形变。在管道内极易形成裂缝，炉衬及管衬的裂缝在高压风下就会将炉壳相邻的耐火保温层及填充料几乎掏空，炉内气流从裂缝侵入，在炉壳和炉衬之间流动，这样在很多钢厂大型高炉投产后不久，多则二三年、小则几个月就出现了热风主管内的衬体开裂、剥落、甚至工作衬的坍塌，从而引起了管道管壳发红、烧穿等严重事故，迫使炼铁厂采取常规的淋水、鼓风以及降低送风风温及风压来应急，这样不仅影响了钢厂的经济效益，而且对高炉的正常生产形成极大的安全隐患。为了恢复高炉的正常生产，现在大多钢厂利用高炉生产过程的短时休风机会，针对高炉的外部结构，在生产过程中产生的一些变化造成的煤气泄露、炉壳过热、发红部位进行系统的压力灌浆处理，通过压入的材料充填被损的部 位及封闭缝隙通道，使耐火内衬重新成为一个密闭的整体，阻塞热气流对炉壳直接传导和向炉外泄漏，保证高炉的正常工作。但目前的压力灌浆料多数采用有机的树脂或焦油结合，该材料不仅污染了环境，而且在中高温下基本没有强度，这样的材料在接触高风温及风压下很容易被气流冲刷和侵蚀，而且该材料的线收缩率也较大，高炉修复服役后在使用中容易形成二次裂缝，因此该类材料对一些温度较高部为只能形成暂时修复，甚至是无效修复，这样就会造成高炉反复休风、甚至停炉修补，不仅增加了钢厂工人的抢修劳动强度，反复停炉抢修对高炉的使用寿命也极为不利，让钢厂难以稳定正常的生产，降低了高炉的利用率，同时钢厂在停炉时为了维持炉内温度，还需要投入大量的燃料燃烧，对钢厂造成较大经济损失。 

发明内容

针对现有技术的上述，本发明要解决的技术问题是提供一种强度高且体积和热震稳定性好的高炉在线维修压入料，能对施工部位进行很好的填充，灌满后便可对灌浆口进行密封，可快速固化，而且材料具有较好抗冲刷侵蚀能力，对衬体内的裂缝形成较好的填充，有效的控制因煤气泄漏、热风窜漏、炉壳发红及烧穿等严重事故。 

本发明的技术方案是：一种强度高且体积和热震稳定性好的高炉在线维修压入料由以下原料组份及重量百分数组成： 

以上述原料组份的总重为100，外加上述原料组份总重15～22%的硅溶胶。 

所述的莫来石中含有Al₂O₃≥60.0%，SiO₂≥28.0%，Fe₂O≤1.35%；所述的莫来石吸水率≤2.0%。 

所述的矾土粉中含Al₂O₃≥88.0%，TiO₂≤4.0%，Fe₂O₃≤1.5%，R₂O≤0.4%；所述的矾土粉吸水率≤4.0%，粒径为200目。 

所述的α-Al₂O₃微粉中含Al₂O₃≥99.0%，SiO₂≤0.03%，Fe₂O₃≤0.02%，R₂O≤0.3%；所述的α-Al₂O₃微粉灼减≤0.7%，d₅₀≤3.5μm。 

这里所述的d₅₀表示一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径大于它的颗粒占50%，小于它的颗粒也占50%，d₅₀也叫中位径或中值粒径。d₅₀常用来表示粉体的平均粒度。 

所述的氧化镁粉，其粒径为200目。 

所述的分散氧化铝微粉，其粒径为200目。 

所述的硅溶胶中SiO₂≥30.0%，R₂O≤0.3%；所述的硅溶胶pH=8.5～10，溶胶胶体平均粒径为10～20μm。 

所述的高炉在线维修压入料的最佳配比由以下原料组份及重量百分数组成： 

以上述原料组份的总重为100，外加上述原料组份总重18%的硅溶胶。 

本发明的压入料能对施工部位进行很好的填充，灌满后便可对灌浆口进行密封，可快速固化，而且材料具有较好抗冲刷侵蚀能力，对衬体内的裂缝形成较好的填充，有效的控制因煤气泄漏、热风窜漏、炉壳发红及烧穿等严重事故。 

本发明的优点是：1、本材料因胶体发生缩合反应凝胶产生结合，同时成型时产生的一些微气孔能有效快速的排出材料内部烘烤时产生的水蒸气，因此本材料在保证理化性能的前提下能在高温时进行施工；2、本材料具有较好的体积 稳定性，避免了材料在服役中因收缩而需要进行多次灌浆，有效提高了钢厂的生产稳定性和安全性；3、具有较低的导热系数、较高的中高温强度及良好的高温施工性和抗热震稳定性，可有效的对高炉服役中出现的问题进行及时有效的修复；4、本材料在生产与应用中对环境基本无污染，成为新型的“绿色耐材”。 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式及有关技术问题作进一步详细的描述。本发明的压入料具有较好的体积稳定性、较高的中温及高温强度、良好的抗热震稳定性和抗冲刷侵蚀性，对高炉出现的煤气泄漏、热风窜漏、炉壳发红烧穿等严重事故，能在炉体在线时进行及时有效的修复。本发明选用的莫来石为Al₂O₃≥60.0%的低吸水率烧结莫来石，莫来石是Al₂O₃.SiO₂二元系中常压下唯一稳定存在的二元化合物，具有膨胀均匀、热震稳定性极好、荷重软化点高、高温蠕变值小、硬度大、抗化学腐蚀性好，本发明选用此材料作为骨料，使本压入料具有良好的体积稳定性、抗热震稳定性和抗冲刷侵蚀性。本发明选用的矾土粉是吸水率和杂质含量相对较低的，有利于减少材料体积变化率、增加材料的密度和强度，同时提高材料流动性和改善施工性，杂质含量少还可提高材料的高温性能。本发明选用的α-Al₂O₃微粉是活性较高的，它能减少材料加溶胶量，即可提高材料的体密又可有效的与结合剂硅溶胶中的纳米SiO₂形成莫来石化烧结，在材料内部形成稳定的莫来石晶体网络结构，有效提高了材料的体积稳定性、抗热震稳定性。本发明选用的氧化镁粉为固化剂，其粒径为200目（这是本发明的最佳选择，采用其它粒径的材料也能完成本发明的任务，只是可能效果会稍差，以下同），其用途是促进材料固化。本发明选用的减水剂为分散氧化铝微粉，其粒径为200目，其用途是减少溶胶加入量，提高材料的密实度及其理化指标。所述的硅溶胶为弱碱性硅溶胶，pH=8.5～10，溶胶胶体平均粒径为10～20μm，占压浆粉料质量分数的15～22%。 

本发明的压入料的使用如下：采用上述原料骨料莫来石采用常规粒度级配0.088～1mm的，细粉料为≤0.088mm，按本发明的质量比配比，搅拌均匀后为骨 粉料成品。使用时加入硅溶胶（用量为占骨粉料质量的15～22%，纳米SiO₂≥30.0%的高温硅溶胶）拌匀，然后通过可控压力型液压机对焊接好的灌浆口施工。本压入料具有良好的流动性，能对施工部位进行很好的填充，灌满后便可对灌浆口进行密封，本压入料在≥100℃温度环境中便可进行快速固化，增加了材料的体积稳定性，对缝隙进行有效的填充与堵塞，在800～1100℃时已形成了良好的莫来石化反应，在材料内部形成稳定的莫来石晶体结构，从而较好的提高了材料体积稳定性、中温强度和有良好的抗热震稳定性，因而具有较好抗冲刷侵蚀能力，对衬体内的裂缝形成较好的填充，有效的控制因煤气泄漏、热风窜漏、炉壳发红及烧穿等严重事故。 

下面对本发明的实施例进行描述，本发明的实施例中所使用的原料成份如下表1所示 

表1、实施例中所用的主要原料成份 

为了能较好的体现固化剂及外加剂对材料理化性能的影响，在最优化骨料与基质配比下，申请人通过调整氧化镁粉和分散氧化铝微粉的质量分数的添加量多组实施例进行实验数据对比分析，如表2所示。 

表2、实施例中原料配料比是按质量分数(w)% 

表3、实验室压入料成型后试样经不同温度处理后的理化性能 

注：经110℃水冷热震稳定性验测试，实施例2的抗热震稳定性>100次。 

从表2数据看，经对比可知实施例2材料的理化性能数据较好，可进行施工的固化时间较合理，因此本申请人将实施例2作为工业应用试验用料配料比。

下面是本发明的压入料进行工业应用试验的情况描述。实际应用实施方案：采用本发明材料之前，某钢铁集团3#高炉热风主管及三岔口出现窜风漏气 导致管壳温度较高，为了能提高材料的抗冲刷及侵蚀性，能有效提高高炉的有效修复性，采用了本发明的压入料（称为A厂试验）；某钢铁有限公司2#高炉的炉腹因煤气窜漏，在炉壳表面形成少许煤火，造成炉壳表面温度升高，为生产带来了极大的安全隐患，为了能有效控制该情况，我们采用针对性局部区域开口压浆，对炉衬出现的裂缝进行有效填充，阻止因煤气泄漏在炉壳表面的燃烧，从而有效降低炉壳的温度（称为B厂试验）；某钢铁集团有限公司2500m³高炉送风总管三岔口处因长期受热风冲刷及温度变化影响，出现了部分塌砖事故，经采取掉模浇注、管壳焊接后在采用本发明压入料对周围空隙部位进行有效填充，修复后有效降低了管壳表面温度（称为C厂试验）。下表是本发明的三个工业应用试验压入料的理化性能检测结果。 

表4、本申请人提供的压入料理化性能检测结果 

从上表4材料检测数据来可知，该材料的常温、中温及高温的抗折和耐压强度都较好，与传统采用树脂结合的SC-8YK压入料相比有了较大的改善，尤 其是材料的线变化率、抗热震稳定性和抗冲刷侵蚀性更是树脂结合压入料无法相比的，这主要是因为树脂结合压入料结合剂因随温度升高而挥发，树脂在挥发时不仅产生大量的有害气体，同时还在材料内部形成较大的气孔率，而且树脂结合压入料在1100℃以前又不能形成烧结产生有效的陶瓷结合，因而树脂结合的压入料在高炉服役中较易因材料自身收缩、热风的冲刷侵蚀再次形空隙和裂缝，就会需要再次进行压入修补，而溶胶结合压入料因其较好的理化性能，就可有效的对高炉进行有效修复，较好的维护高炉正常稳定的生产，提高高炉的有效利用率，为钢厂带来更好的经济效益。 

表5、本申请人提供的压入料在工业试验中实际使用情况 

Claims (5)

1.一种强度高且体积和热震稳定性好的高炉在线维修压入料，其特征在于所述的高炉在线维修压入料由以下原料组份及重量百分数组成：

以上述原料组份的总重为100，外加上述原料组份总重15～22%的硅溶胶；

所述的莫来石骨料，其粒度级配为0.088～1mm，细粉料为≤0.088mm；所述的氧化镁粉，其粒径为200目；所述的分散氧化铝微粉，其粒径为200目；所述的矾土粉，其粒径为200目；所述的α-Al₂O₃微粉，其d₅₀≤3.5μm。

2.根据权利要求1所述的一种强度高且体积和热震稳定性好的高炉在线维修压入料，其特征在于：所述的矾土粉中含Al₂O₃≥88.0%，TiO₂≤4.0%，Fe₂O₃≤1.5%，R₂O≤0.4%；所述的矾土粉吸水率≤4.0%。

3.根据权利要求1所述的一种强度高且体积和热震稳定性好的高炉在线维修压入料，其特征在于：所述的α-Al₂O₃微粉中含Al₂O₃≥99.0%，SiO₂≤0.03%，Fe₂O₃≤0.02%，R₂O≤0.3%；所述的α-Al₂O₃微粉灼减≤0.7%。

4.根据权利要求1所述的一种强度高且体积和热震稳定性好的高炉在线维修压入料，其特征在于：所述的硅溶胶中SiO₂≥30.0%，R₂O≤0.3%；所述的硅溶胶pH=8.5～10，溶胶胶体平均粒径为10～20μm。

5.根据权利要求1所述的一种强度高且体积和热震稳定性好的高炉在线维修压入料，其特征在于所述的高炉在线维修压入料由以下原料组份及重量百分数组成：

以上述原料组份的总重为100，外加上述原料组份总重18%的硅溶胶。