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不定型耐火材料在高炉的应用

发表时间：2021/5/20 来源：《基层建设》2021年第2期作者：潘军龙

[导读] 摘要：随着不定形耐火材料性能提升，种类多元，其工业应用占比将大幅度提升，而关于其应用价值与体现的综合研究将为其创新研发提供更多指导。

        新疆八一钢铁股份有限公司新疆维吾尔族自治区 830022
        摘要：随着不定形耐火材料性能提升，种类多元，其工业应用占比将大幅度提升，而关于其应用价值与体现的综合研究将为其创新研发提供更多指导。
        关键词：不定型；耐火材料；高炉的应用
        1不定型耐火材料在高炉中的用途
        1.1进行高炉内部结构制造时，由于其砖缝就是高炉砖切的薄弱环节，这也使得在进行应用时，侵蚀过程主要从该缝隙进行破坏。为了保证高炉整体的使用寿命可得到延长，同时也能降低由于炉衬侵蚀而导致的破坏和损伤，在进行针对于砖缝的填充时，就需要应用耐火泥浆对其改造，这样才能保证对其炉衬的密封程度能够得以提升。由于耐火泥浆自身就是一种不定型耐火材料，所以在进行调配的过程当中，为了保证整体的粘合性和耐火程度，则需通过对其炉内衬的砖缝材质进行辨别，并且要对其应用效果的温度进行调试，再对其缝隙进行匹配，这样才能保证在填充完毕后，可以使高炉内衬完全形成一个光滑的整体，进而保证降低由于内衬侵蚀而导致其整体耐高温性能变低。
        1.2在高炉内衬堆砌的过程当中，需要保证内衬可以和炉壳之间存有冷却壁，而这种冷却壁则需要通过填料的增加，来使两层炉衬之间的隔热物或者是粘合物能够形成自身的保护膜，并且也可以发挥出内部物质的应用效果。当高炉投入生产一段时间后，由于热能的侵蚀而导致炉体的腰部、下部会受到较为严重的侵蚀，这也使得其自身在进行工作时，会使复合能量增大，致使冷却设备在高温高压下遭到损坏，这时炉壳表面则会出现鼓包或者是破裂的现象。对此，这就需要通过灌浆法将不定型耐火材料压入延长炉体当中，这样才能够有效提高高炉的使用寿命，并且也可以降低由于设备破损而带来的一系列安全风险问题。
        1.3当高炉内衬出现龟裂现象后，则可以通过内衬喷补来对其表面进行处理。一般情况下，这时需要喷涂一层不定型耐火材料，以此防止由于裂缝问题而导致的裂变现象出现。同时，由于高炉自身是用优质的铝矾土和石墨为主要原料进行锻造的，因此加入一定的硅化物则可以保证经过高压高温后使其成为一种坚硬的物体，其自身就具有耐高温、导热性良好的功能，因此在应用时，也能够有效提高其自身的使用寿命。
        2不定型耐火材料在高炉的应用方式
        2.1新型水冷壁技术
        高炉在进行堆砌的过程中，必须保证需要通过注料来形成内部的冷却保护壁，而这种耐火材料的内衬，同时也能够起到内部保温和外部隔热的作用，这样才能够有效降低热能的损耗。一般情况下，高炉在经过一至两年的使用期后，会导致其内部冷却壁出现断裂的现象，这也使得冷却壁表面出现了裸露的部分，进而增加了热能的消耗，同时也会导致安全隐患的发生。因此，也可以说，如果没有了耐火材料，则会导致炉渣在燃烧冷却后，直接附着在冷却壁上，并且由于其自身的膨胀系数差异性较大，就会导致渣皮出现随时脱落的现象。对此，为有效解决这一问题，则可应用金属陶瓷内衬来对其进行改造，不仅能实现对其冷却壁的有效保护，其金属陶瓷内衬还可通过自身的热导纤维应用，实现耐火能力的提升，并保证其自身金属材性的特性可以完好保留，这也使得其自身具有导热性能较好的特点，并且其塑性变形能力较佳，在应用过程中，即使在高温环境下，该材质也不会出现断脆的现象。
        2.2炉内衬喷注技术
        高炉内部一氧化碳会导致耐火材料的碳元素沉积，进而就会导致该材料整体结构遭到破坏，其主要在炉壁上所展现的问题，则是出现内部断裂或者是材料自身强度的降低，亦或者是材料出现了崩裂的现象，致使材料两端出现不规则的断裂口。因此，如果在其内部含有铁元素存在的情况下，则会对该种反应起到催化作用，进而使得其整体崩坏效率增加。因为，在所有耐火材料当中，必须应用到三氧化二铁，但它会与一氧化碳进行反应并生成铁元素，这些铁元素恰好又充当了碳沉积所反映的催化剂，所以在高炉正常应用的情况下，这种问题是无法避免的，这也使得高炉工作会导致自身使用寿命降低。

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        2.3纳米二氧化硅结合浇筑技术
        高炉在应用几年后，其铁口处都会出现不同程度的磨损，工作效率会有所降低。在传统对其进行维修时，则会通过泥炮压入来实现对其整体的改进。但是，这既会导致泥炮的消耗量增加，也无法实现根治这一问题的出现。对此，这就需要应用一些新型技术来实现对其铁口的改造。在当前阶段，纳米二氧化硅结合注料浇注是实现针对于铁口维修的主要应用方式之一，并且由于碳化硅为主要原料，而二氧化硅则作为凝胶剂来进行使用，这不仅可以有效提高其整体的结构强度，还能够实现快速烘干且不会产生爆炸的现象，同时在修复完成后，还能够实现自身结构强度的有效增加。
        2.4改性纳米二氧化硅对PVC树脂流变性能的影响
        对不同配方下的PVC树脂样品流变曲线进行分析，观察添加纳米二氧化硅对PVC树脂流变性能是否有影响。1#和2#的配方区别仅仅是添加纳米二氧化硅和未添加纳米二氧化硅。1#配方的干混料扭矩曲线先是出现塑化峰，之后逐渐降低，平衡扭矩为12.13N•m。2#配方是添加了0.5份纳米二氧化硅得到的干混料，流变曲线中没有发现明显的塑化峰，而且随着时间的延长，扭矩呈现缓慢上升的趋势。虽然2#配方下的样品流变曲线扭矩上升，但是平衡扭矩为7.58N•m，仍然低于1#配方下样品的平衡扭矩。由此可见，再加入0.5份纳米二氧化硅后，PVC樹脂的流变性能得到较明显改善。2#、3#、4#、5#、6#配方的区别是纳米二氧化硅加入量不同。从2#到6#，加入纳米二氧化硅的量逐渐增多。通过2#、3#、4#、5#、6#配方下的干混料扭矩曲线，观察纳米二氧化硅加入量对PVC树脂流变性能的影响。结果发现，2#、3#配方下的干混料塑化速度明显比4#、5#、6#配方下的干混料塑化速度快，说明当纳米二氧化硅的用量较少时，干混料的塑化速度更快，更有益于改善PVC树脂产品流变性能。当纳米二氧化硅加入量超过1.0份后，从4#配方开始，5#配方、6#配方条件下的干混料初期的塑化速度慢，不利于改善PVC树脂产品流变性能。分析原因可能是与纳米二氧化硅离子在PVC树脂基体中分散性和相容性有关，纳米二氧化硅加入量过多会导致纳米二氧化硅在PVC树脂基体中的分散性差，不利于改善PVC树脂流变性能。7#与其他配方的区别是加入了消光PVC树脂。对比7#和4#、5#、6#配方下的干混料流变性能，发现7#配方下的干混料平衡扭矩比4#、5#、6#配方下的干混料平衡扭矩明显要高，说明加入消光PVC树脂的干混料塑化性较差。
        3不定形耐火材料的应用
        3.1不定形耐火材料在炼铁系统中的应用
        不定形耐火材料在炼铁系统中的应用主要是在高炉中的应用。其具体应用价值主要体现在三个方面。其一在高炉内部结构改造中的应用。砖缝是高炉砖切的薄弱环节，容易产生缝隙破坏，需要应用不定形耐火材料对砖缝及时填补。常用耐火泥浆，辨别炉内衬砖缝材质的基础上对其应用效果温度进行调试，与缝隙匹配，于高炉内衬形成光滑整体。其二以保护膜形式辅助做好高炉内衬与炉壳之间的冷却壁应对。高炉投入生产后往往因为热能侵蚀，炉体的腰部及下部会出现严重的侵蚀情况，对应的工作复合能量增加，冷却设备遭到破坏，炉壳表面出现鼓包，以不定形材料进行灌浆处理，降低设备破损引发的风险发生几率。其三针对高炉内衬出现龟裂的问题，使用不定形耐火材料进行表面优化处理。高炉本身对应的是铝矾土和石墨原材料，以不定形耐火材料的喷涂实现其高温高压下的坚固性提升，延长高炉使用寿命。
        结束语
        对不定形耐火材料应用范围及具体应用成效的探讨，对不定形耐火材料未来发展趋势进行了有效的预测分析，将指导不定形耐火材料的推广应用。其生产工艺简单，节能降耗优势明显，造形随意，寿命较长，具有理想的经济价值。不定形耐火材料的发展将持续深入。
        参考文献
        [1]钱永祥.耐火预制件在水泥窑中的应用[J].水泥工程，2020（04）：40-42.
        [2]董丽.不定型耐火材料在高炉的应用[J].冶金与材料，2020，40（04）：111-112.