CN104293995B - 一种氮气保护铁沟及其氮气保护方法 - Google Patents

一种氮气保护铁沟及其氮气保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种氮气保护铁沟及其氮气保护方法，铁沟包括铁沟主体和管道注气装置，所述管道注气装置包括输气管道、输气管道固定机构以及气体导向机构；其中：所述铁沟主体与高炉炉壳相连接，所述铁沟主体的沟壁两侧沿沟长方向分别布置有所述输气管道；所述输气管道靠近出铁口端设有进气管，所述输气管道上设有气幕形成部；所述输气管道通过所述输气管道固定机构与所述铁沟主体和所述高炉炉壳分别相连接，每个所述输气管道上设有所述气体导向机构。引入氮气隔离保护技术，通过全部采用管道吹气方式或者全部采用向沟盖内引入氮气方式或者采用管道吹气和沟盖内通气相组合的方式实现对铁沟耐火材料的保护。

Description

一种氮气保护铁沟及其氮气保护方法
技术领域
本发明涉及铁沟耐火材料的长寿技术，具体涉及一种氮气保护铁沟及其氮气保护方法。
背景技术
铁沟耐火材料(一般为Al2O3-SiC-C质)在使用过程中的侵蚀破坏机理首先是材料表层的C被空气中的O2氧化，导致材料的抗渣渗透能力明显下降。由于渣与碳不润湿，碳是很好的防渣渗透物质，但是碳在高温下很容易氧化，一旦被氧化，熔渣就非常容易渗透进耐火浇注料中。因此铁沟耐火材料的侵蚀不仅仅是铁沟中的熔渣与表面的耐火材料反应，同时熔渣也会渗透进耐火材料中，在一定深度范围内与耐火材料组分发生反应形成低熔点的物质，导致对耐火材料的侵蚀。
在实际工程中，往往是通过向浇注料中添加如金属硅、氮化硅、碳化硼等在内的抗氧化剂来阻止耐火材料中碳的氧化，如目前采用如下几种措施来改善铁沟所使用的耐火材料的抗侵蚀性能：
第一种：在原有的Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料基础上添加一定量的Si3N4和金属Si，利用原位反应机理，得到Sialon(塞隆)结合Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料。其抗渣机理为：首先添加的Si3N4、Si与Al2O3发生原位反应生成Sialon，使材料内部结合更加紧密，并且生成的Sialon活性较高，氧化放出气体，阻止熔渣的渗入；其次，Sialon向熔渣中溶解，使熔渣成为含N的高硅玻璃，粘度增大；此外，Al2O3与熔渣的MgO反应生成MgAl2O4，形成阻挡层，一定程度上增强了Al2O3-SiC-C质浇注料抗渗透及侵蚀性能。
第二种：通过对比不同碳源(如焦炭、球状沥青、炭黑等)的Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料显气孔率、抗折和抗压强度，最后选择焦炭作为碳源，得到显气孔率较小、具有一定抗折和抗压强度的浇注料。
第三种：利用天然石英和焦炭作为原料，采用碳热还原氮化法制备Si3N4-SiC复相材料，将其作为添加剂加入到Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料中(加入量为6％左右)，试样经1450℃的热处理后，常温抗折强度最大可达到11.63MPa，抗压强度最大可达到34.50MPa，线变化率为0.07％左右，这种材料能够在一定程度上阻止熔渣对浇注料的渗透侵蚀。
可以看出，现有的思路往往是通过改善Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料的抗渗透侵蚀性能来达到提高铁沟使用寿命的目的，这对浇注料的材质和性能都提出了特别高的要求。但是从铁沟的实际应用方面来看，即使耐火浇注料品质已经达到了较高甚至非常高的水平，但随着高炉出铁量的不断增加，铁沟侵蚀程度依然会明显递增，为使铁沟持续工作，后期仍须不断对其喷补耐火材料。
发明内容
铁沟浇注料抗渗透能力较低的根本原因是材料中的C被空气中的O2氧化，而碳被氧化的本质是与浇注料表面接触的空气中的氧元素与材料中的碳元素反生反应，对此，发明人从另一个思路提出这样的技术问题：如果能够使接触铁沟耐火材料表面的气体中氧含量很低甚至几乎没有氧，则可避免浇注料中碳氧化的发生，至少这种氧化反应的速度会发生实质性的延缓。
有鉴于此，本发明提供一种采用氮气保护的耐火长寿铁沟及其氮气保护方法，旨在通过采用氮气保护减缓或阻止铁沟耐火材料中的碳氧化，延长(炭质或含碳耐火材料特别是Al2O3-SiC-C质)铁沟耐火材料的使用寿命。
本发明采用的技术方案具体为：
一种氮气保护铁沟，包括铁沟主体和管道注气装置，所述管道注气装置包括输气管道、输气管道固定机构以及气体导向机构；其中：所述铁沟主体与高炉炉壳相连接，所述铁沟主体的沟壁两侧沿沟长方向分别布置有所述输气管道；所述输气管道靠近出铁口端设有进气管，所述输气管道上设有气幕形成部；所述输气管道通过所述输气管道固定机构与所述铁沟主体和所述高炉炉壳分别相连接，每个所述输气管道上设有所述气体导向机构。
在上述氮气保护铁沟中，所述气幕形成部为设于所述输气管道的多个喷孔，所述喷孔沿输气管道方向为单排或者双排布置，所述喷孔的直径为8-15mm，相邻的所述喷孔的间距为50-150mm，所述喷孔的起始位置距离出铁口0.8-2m，所述喷孔止于输气管道尾端。
在上述氮气保护铁沟中，所述气幕形成部为沿输气管道方向设置的狭缝，所述狭缝的宽度为2-5mm，所述狭缝的起始位置距离出铁口0.8-2m，所述狭缝止于输气管道尾端。
在上述氮气保护铁沟中，所述输气管道固定机构包括铰链和支座，所述铰链设于所述输气管道的第一端，所述支座设于所述输气管道的第二端；所述输气管道通过所述铰链与所述高炉炉壳相连接，所述输气管道以所述铰链为转轴沿水平方向转动，所述输气管道通过所述支座支撑于所述铁沟主体。
在上述氮气保护铁沟中，所述气体导向机构为导流板，所述导流板为平面板或者弧面板。
在上述氮气保护铁沟中，所述平面板的宽度为150-300mm，所述平面板与铁沟内壁面形成的夹角为20-40°。
在上述氮气保护铁沟中，所述导流板的表面涂覆有耐火材料。
在上述氮气保护铁沟中，所述铁沟的沟盖的近撇渣器端设为封闭端，所述沟盖的近出铁口端设为半封闭端，所述封闭端上设有氮气通入结构，所述沟盖笼罩所述铁沟主体，形成氮气容纳腔。
一种氮气保护铁沟的氮气保护方法，首先氮气通过进气管进入输气管道，其中输气管道的第一端固定于铰链，输气管道以铰链为转轴沿水平方向转动，输气管道的第二端通过支座支撑于铁沟主体；进入输气管道的氮气经靠近输气管道底侧的喷孔或狭缝喷出，并被导流板导向铁沟料表面，在铁沟料表面形成氮气保护层。
在上述氮气保护方法中，铁钩沟盖的近撇渣器端设为封闭端，近出铁口端设为半封闭端，所述沟盖笼罩所述铁沟主体，形成氮气容纳腔，氮气经封闭端的有氮气通入结构通入氮气容纳腔，通向氮气容纳腔内的氮气浓度保持在预设值的水平。
上述输气管方式和加沟盖方式的氮气保护方法可以单独使用，也可以联合使用；既可以整条铁沟使用输气管道方式保护，也可以使用全沟加沟盖方式保护，还可以近出铁口端使用输气管方式而近撇渣器端使用加沟盖方式加以保护。
本发明产生的有益效果是：
本发明通过用氮气将铁沟的工作面笼罩起来，最大限度降低空气中的氧气与铁沟料接触的机会，达到延缓铁沟耐火材料氧化的目的。而氮气(纯度大于99.99％)在钢铁公司中属于制氧副产品，一般为多余气体，因此另一方面也是对氮气资源的有效利用。本发明中的技术方案经过显而易见的变形，同样可以用于其他情况下的炭质耐火内衬或含碳耐火材料的防氧化保护。
附图说明
当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明一种氮气保护铁沟的结构示意图(无沟盖的情况下)；
图2为本发明一种氮气保护铁沟的管道截面示意图。
图中：
1、高炉炉壳2、输气管道3、导流板4、铁沟5、支座6、进气管7、铰链8、狭缝。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
如图1所示的一种氮气保护铁沟，包括铁沟主体和管道注气装置，管道注气装置包括输气管道2、输气管道固定机构以及气体导向机构；其中：铁沟主体的沟壁两侧沿沟长方向分别布置有输气管道2；每个输气管道的外侧设有进气管6，氮气保护铁沟的管道截面图(支座端)如图2所示，每个输气管道2的靠近底侧位置设有气幕形成部；输气管道2的进气端通过铰链7与高炉炉壳1相连，输气管道2的尾端通过支座将其支撑于铁沟主体4上，每个输气管道2上还设有气体导向机构(导流板3)。其中：
气幕形成部可以是单排或双排均匀分布的多个喷孔，喷孔的直径为8-15mm，相邻的喷孔沿管道方向的间距50-150mm。喷孔起始位置距离出铁口0.8-2m，止于输气管道2尾端；也可以是沿输气管道2的管道长度方向设置狭缝8，狭缝8的宽度为2-5mm，狭缝的起始位置距离出铁口0.8-2m，止于输气管道2尾端。
输气管道固定机构包括设于输气管道2的第一端(进气端)的铰链7和设于输气管道2的第二端(尾端)的支座5；输气管道2通过铰链7与高炉炉壳1相连接，并可以以铰链7为转轴沿水平方向转动，用于在铁沟的使用后期，当沟形发生变化时，可通过适当转动输气管道2以适应沟形变化，确保氮气能够有效地喷到铁沟内壁上。支座5支撑输气管道2，使其立于铁沟主体4之上；
管道导向机构为导流板3，导流板3可以是平面板或者弧面板，导流板3的表面还可以涂覆有耐火材料。导流板3的材质优选为耐热不锈钢，其宽度为150-300mm，其与铁沟内壁面夹角20-40°。
对于设置有沟盖的铁沟，铁沟近撇渣器端的沟盖为封闭，氮气由此端引入沟盖内；近出铁口端的沟盖为半封闭，沟盖笼罩铁沟主体的全部或者部分，形成氮气容纳腔。
具有上述结构的氮气保护方法具体为：首先氮气通过进气管6进入输气管道2，进入输气管道2的氮气经靠近输气管道2底侧的出气缝或喷孔8喷出并形成气幕，喷出的氮气气幕经导流板导流，均匀地笼罩于铁沟主体的沟壁内侧，达到对铁沟的保护，此为管道吹气的送气方式；在设有沟盖的情况下，可以从沟盖封闭端向沟盖内通入氮气，使沟盖内的氮气浓度保持在一个高的水平(如95％以上)，达到对铁沟的保护，此为沟盖内通气的送气方式。
根据工程现场的实际情况，可以灵活采用本发明中的技术方案，采用氮气保护铁沟表面，减缓或阻止铁沟料中碳被氧化，实现对铁沟耐火材料的保护，如：
一种方式可以是：如图1所示，在沟内热面沿长度方向布置双管双路的管道注气结构，通过管道吹气的方式送气，在铁沟表面形成氮气气幕，实现对铁沟的保护。
另一种方式可以是：对于设置有沟盖的铁沟，如铁沟主体的前半段(近出铁口)采用管道注气结构，通过管式喷吹的方式保护铁沟；后半段(近撇渣器)设置沟盖，往氮气容纳腔通入氮气(用任何方式向盖内通入氮气均可)，使沟盖笼罩部分的氮气浓度保持在一个高的水平，以减缓或组织铁沟表面碳的氧化，从而减弱炉渣对耐火材料的侵蚀，起到延长铁沟使用寿命的效果；从而实现了采用管道吹气和沟盖内通气相组合的方式保护铁沟。
当然，也可以整条铁沟采用沟盖内通气方式加以保护。
显然，本技术能够使用在与铁沟主体(主沟)工作环境类似的高炉主支沟、支沟、渣沟以及残铁沟等设施上。同样可以起到延缓材料氧化，延长材料寿命的目的。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，显然，只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果、对本领域的技术人员来说是显而易见的变形，也均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种氮气保护铁沟，其特征在于，包括铁沟主体和管道注气装置，所述管道注气装置包括输气管道、输气管道固定机构以及气体导向机构；其中：
所述铁沟主体与高炉炉壳相连接，所述铁沟主体的沟壁两侧沿沟长方向分别布置有所述输气管道；
所述输气管道靠近出铁口端设有进气管，所述输气管道上设有气幕形成部；
所述输气管道通过所述输气管道固定机构与所述铁沟主体和所述高炉炉壳分别相连接，每个所述输气管道上设有所述气体导向机构；其中：
所述输气管道固定机构包括铰链和支座，所述铰链设于所述输气管道的第一端，所述支座设于所述输气管道的第二端；所述输气管道通过所述铰链与所述高炉炉壳相连接，所述输气管道以所述铰链为转轴沿水平方向转动，所述输气管道通过所述支座支撑于所述铁沟主体；
所述管道导向机构为导流板。
2.根据权利要求1所述的氮气保护铁沟，其特征在于，所述气幕形成部为设于所述输气管道的多个喷孔，所述喷孔沿输气管道方向为单排或者双排布置，所述喷孔的直径为8-15mm，相邻的所述喷孔的间距为50-150mm，所述喷孔的起始位置距离出铁口0.8-2m，所述喷孔止于输气管道尾端。
3.根据权利要求1所述的氮气保护铁沟，其特征在于，所述气幕形成部为沿输气管道方向设置的狭缝，所述狭缝的宽度为2-5mm，所述狭缝的起始位置距离出铁口0.8-2m，所述狭缝止于输气管道尾端。
4.根据权利要求1所述的氮气保护铁沟，其特征在于，所述导流板为平面板或者弧面板。
5.根据权利要求4所述的氮气保护铁沟，其特征在于，所述平面板的宽度为150-300mm，所述平面板与铁沟内壁面形成的夹角为20-40°。
6.根据权利要求4所述的氮气保护铁沟，其特征在于，所述导流板的表面涂覆有耐火材料。
7.根据权利要求1所述的氮气保护铁沟，其特征在于，所述铁沟的沟盖的近撇渣器端设为封闭端，所述沟盖的近出铁口端设为半封闭端，所述封闭端上设有氮气通入结构，所述沟盖笼罩所述铁沟主体，形成氮气容纳腔。
8.一种氮气保护铁沟的氮气保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10、氮气通过进气管进入输气管道，其中输气管道的第一端固定于铰链，输气管道以铰链为转轴沿水平方向转动，输气管道的第二端通过支座支撑于铁沟主体；进入输气管道的氮气经喷孔或狭缝喷出，并被导流板导向铁沟料表面；
S20、氮气经封闭端的有氮气通入结构通入氮气容纳腔，将氮气通向氮气容纳腔，氮气容纳腔内的氮气浓度保持在预设值的水平。
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