CN102249698B - 一种高炉冷却壁镶砖 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高炉冷却壁镶砖的材质与制作工艺。其材料由矾土、刚玉、碳化硅、氧化铝微粉、硅灰、结合剂、减水剂、钢纤维组成，结合剂为硫铝酸钙水泥或磷酸或磷酸二氢铝。砖中金属钢纤维的含量高达砖体积的10％～20％，砖重量的15％～40％。镶砖采用注浆预制成型工艺制造。
Description
技术领域
本发明涉及高炉冷却壁内衬镶嵌的耐火砖材质与制作工艺。
背景技术
高炉冷却壁一般都设计成带燕尾槽内壁结构，以便镶嵌耐火砖保护层。镶嵌在冷却壁表面的耐火砖能够有效的保护冷却壁不受炉料磨损，同时也在炉壁形成一道热阻以降低炉壁散热能耗。
但冷却壁表面的耐火材料所处使用环境十分苛刻，它要长时间在高温的条件下承受炉渣的侵蚀、炉料的磨损、上升煤气流的冲刷、温度变化的热冲击等，因而一般几个月或稍长时间就被逐步磨损或冲刷掉。没有了耐火材料的保护，冷却壁表面就会暴露出来直接接触高温炉料与炉气的冲刷与侵蚀。同时，由于没有了耐火材料层的隔热，冷却壁内冷却水会带走大量热量，造成大量热量的散失，表现为生产的高焦比与高能耗。
耐火材料被磨损冲刷掉的原因主要是耐火材料一般为脆性材料，燕尾槽处的巨大剪切力很容易造成镶砖的根部断裂，从而造成耐火材料保护层的脱落甚至整体垮塌。
在高炉的熔融带，当冷却壁耐火材料被冲刷掉以后，炉渣会粘接到炉壁上形成了一个保护层，炉渣保护层的作用同样是隔热并防止冷却壁表面被磨损，但这种渣皮与冷却壁的粘接不牢固，会频繁脱落，有时会造成冷却壁局部过热，甚至烧毁个别冷却壁。
而高炉的中上部一般很少有熔渣，因此冷却壁耐火材料被磨损后，很难有炉渣附着，这必然会造成冷却壁金属结构的直接磨损和极大的热量损耗。同时，由于很多高炉的冷却水管是上下联通的的单路控制，高炉还可能因为中上部冷却强度过大而造成整体运行效率的下降。
为了防止出现高能耗与冷却壁的烧毁等问题，高炉一般都采用定期的内壁喷涂喷补或压入造衬修补，目的都是在内壁耐火材料被磨损后，设法重新在内壁上构筑一层新的耐火材料保护层。
但无论是喷补还是压入，材料的使用寿命依然很短，干法喷涂的内衬一般半年或稍长时间即已脱落。因此，高炉在使用炉役内，为了保证高炉的正常运行，定期的内壁喷涂或压入是一种常态的内衬维护工作。而在镶嵌耐材损坏后或喷补材料损坏后，只能指望冷却壁附着粘附一层炉渣来隔热和保护冷却壁了。
发明内容
本发明的目的就是要研制出一种新型的高强度的冷却壁镶砖，具体方案是：采用耐火材料粉末和硫铝酸盐水泥混匀后加水搅拌形成泥浆，采用注浆法填充预制空间内填满的金属钢纤维的纤维间隙。耐火材料由矾土、刚玉、碳化硅、氧化铝微粉、硅灰、减水剂等原料按一定比例混配均匀，结合剂为硫铝酸钙水泥，钢纤维的含量是最终浇注体体积的10％～20％，重量比应达到15％～40％。
本发明的具体实施方法是：首先按比例配制上述包含刘铝酸钙水泥在内的耐火混合物(混合物中不包括钢纤维)备用。
按砖型设计尺寸准备好模具，并在模具内布撒钢纤维，直到全部模具内装满钢纤维。钢纤维的装入量应达到计划加入的体积百分数，比如占砖体积的16％。
将上述耐火粉料加入自来水后搅拌均匀成高流动性泥浆，慢慢注入模具内，让泥浆渗入钢纤维间隙。为保证泥浆充满全部钢纤维之间的间隙，应该将模具放在振动台上辅助振动。
泥浆注满以后，磨平浇注表面，连同模具一起室温养护至预制砖硬化。
待预制砖硬化后脱模，脱模后的湿砖可继续室温养护，也可直接放入烘烤炉内逐步升温至350℃左右保温至少12小时，然后自然冷却。
烘干后的预制砖应经过修边打磨等处理，以保证专题尺寸精度与外观质量。
本发明的技术关键在于：预制镶砖中含有极高体积分数的钢纤维，其所占的体积分数10％～20％。正是由于该预制镶砖中含有大量的钢纤维(远高于常规钢纤维增强耐火浇注料中钢纤维的含量，一般钢纤维增强耐火浇注料中钢纤维含量按重量比不会高于5％，按体积比不会高于2％)，所以该预制镶砖具有极高的导热系数，因此用到冷却壁上之后，整个镶砖层自身的温度不高，从而保证了镶砖层材料始终具有极高的抗剪抗折强度，因此不会发生燕尾槽界面处的剪切断裂，整体上也表现为具有极高的耐磨耐机械冲击性能。
本发明的技术关键还在于：预制镶砖材料采用硫铝酸钙水泥结合，因为水泥中含有较大比例硅酸钙成份，因此预制镶砖材料更接近炉渣成分(高炉水渣成分主要是硅酸钙矿物)，从而使得镶砖更容易附着粘附炉渣。
本发明的优点在于：
1、本发明的镶砖采用的是注浆预制成型工艺，相对目前传统的制砖高温烧成工艺，其流程短，工艺简单，生产灵活性高。
2、本发明的镶砖内含有体积分数高达10～20％的钢纤维，因此镶砖的抗剪强度极高，且韧性极好，因此可望解决目前镶砖普遍存在的镶砖燕尾断裂问题，从而实现镶砖的长久存在与高炉的节能降耗。
3、根据高炉的部位不同，预制镶砖材料中所用的耐火材料可以根据使用环境调整，比如通过提高碳化硅比例提高导热系数，减少硫铝酸钙水泥用量以提高预制镶砖材料的耐火性能等。
附图说明
附图1为冷却壁预制镶砖，燕尾结构与冷却壁的燕尾槽尺寸匹配。。
实施例
耐火材料配料：按重量份数，矾土粉30份，刚玉粉50份，碳化硅粉50份，氧化铝微粉10份，硅微粉10份，硫铝酸钙水泥15份，减水剂2份。
按砖型设计尺寸准备好模具，并在模具内布撒钢纤维，直到全部模具内装满钢纤维。钢纤维的装入量为砖体积百分数的16％。
将上述耐火粉料加入自来水后搅拌均匀成高流动性泥浆，慢慢注入模具内，让泥浆渗入钢纤维间隙。为保证泥浆充满全部钢纤维之间的间隙，应该将模具放在振动台上辅助振动。
泥浆注满以后，磨平浇注表面，连同模具一起室温养护至预制砖硬化。
待预制砖硬化后脱模，脱模后的湿砖可继续室温养护，也可直接放入烘烤炉内逐步升温至350℃左右保温至少12小时，然后自然冷却。
烘干后的预制砖应经过修边打磨等处理，以保证专题尺寸精度与外观质量。
Claims (2)
1.一种高炉冷却壁镶砖，其特征是：其材料由矾土、刚玉、碳化硅、氧化铝微粉、硅灰、结合剂、减水剂、钢纤维组成，结合剂为铝酸盐水泥或磷酸或磷酸二氢铝或硫铝酸钙水泥；
砖中金属钢纤维的含量为砖体积的10%～20%，砖重量的15%～40%；
砖材料中的耐火材料粉末，包括矾土、刚玉、碳化硅、氧化铝微粉和硅灰；
砖是采用注浆成型方法制作，即按尺寸设计支护模具，在模具全部空间内均匀布撒钢纤维后，采用耐火材料粉末、结合剂和减水剂混匀后加水搅拌形成耐火泥浆，将搅拌好的耐火泥浆注入全部纤维空隙内，注浆时配合振动。
2.根据权利要求1所述的一种高炉冷却壁镶砖，其特征是：砖具有燕尾结构，以便与冷却壁燕尾槽匹配安装。
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