CN102251066B - 预挂渣皮的冷却壁 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种预挂渣皮的冷却壁，包括冷却水管、冷却壁金属本体和覆盖于金属冷却壁内壁的预挂渣皮材料，其特征是：冷却壁金属本体材料可以是铸铁冷却壁、铸钢冷却壁或铜冷却壁，预挂渣皮材料为人工合成渣皮材料，由耐火材料和硅酸钙粉末及金属钢纤维按一定比例配制，其钢纤维含量高达重量比的15％～40％，体积比高达20％～40％，因而耐磨性与强度极高，且不会发生燕尾槽断裂，从而可以长期稳定覆盖于冷却壁上，相当于冷却壁上有一层永久性预挂炉渣。

Description

预挂渣皮的冷却壁

技术领域

本发明涉及高炉冷却壁，特别是涉及一种预挂渣皮的冷却壁。

背景技术

高炉冷却壁是高炉结构的重要组成部分。

按材质分类，目前冷却壁可分为铸铁冷却壁、铸钢冷却壁、铜冷却壁、以及热面用铜质冷面用钢质的复合结构冷却壁等。冷却壁朝向高炉内侧的表面有光面的、凹凸槽的，也有其他结构形式的，但主要还是凹凸槽结构为主。凹凸槽的作用是便于镶嵌耐火材料保护层以及在耐火材料被磨损掉以后便于在冷却壁表面形成挂渣保护层。

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。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。

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。

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。由于很多高炉的冷却水管是上下联通的的单路控制，高炉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

由于高炉内的工况条件十分恶劣，冷却壁热面不管采用何种耐火材料，其寿命都不会太长。如何在冷却壁表面形成稳定的渣皮保护层，才是解决高炉节能与长寿的关键。

本发明的目的就是要研制出高强度、高导热并耐高温的冷却壁壁面覆盖材料，并在冷却壁安装上高炉之前，用适当的方法将该材料安装固定在冷却壁的内壁表面上。该材料不会因为燕尾槽处的断裂造成覆盖层的垮塌，而且其耐磨性能极好，因而也不会被很快磨损掉，从而能够长期覆盖于冷却壁热面上。待冷却壁安装上高炉之后，相当于冷却壁内壁上有了一层永久性预挂炉渣，起到保护冷却壁与隔热作用，且长期安全存在，从而达到延长冷却壁乃至高炉寿命的目的。

本发明的具体方案是：在内壁带有燕尾槽的铸铁、铸钢或铜冷却壁内壁上预制一层人工合成渣皮材料，该人工合成渣皮材料由耐火材料和硅酸钙粉末及金属钢纤维按一定比例配制。耐火材料由矾土、刚玉、碳化硅、氧化铝微粉、硅灰以及结合剂、减水剂按一定比例混配均匀，结合剂为铝酸盐水泥或磷酸或磷酸二氢铝等。该人工合成渣皮材料中钢纤维的含量按体积比应达到10％～20％，重量比应达到15％～40％。硅酸钙粉末的加入是为了保证人工渣皮在使用时更容易粘附炉内熔渣。

本发明的具体实施方法是：首先配制上述预制渣皮材料混合物(混合物中不包括钢纤维)，并加入自来水或液体结合剂(磷酸或磷酸二氢铝)将混合物搅拌均匀成泥浆备用。确定预制渣皮层厚度，一般可确定为50～200mm厚(不包括燕尾槽深度)，然后在冷却壁上支上模板，将金属钢纤维逐层均匀撒入冷却壁燕尾槽及整个预制渣皮空间部位。燕尾槽内填满钢纤维之后，注入上述泥浆。由于泥浆的流动性能极好，注浆的同时还配合振动模板，浆体会很快填满钢纤维间的所有间隙。待浇注体硬化后脱模烘烤至350℃即可。

本发明的技术关键在于：预制渣皮材料中含有极高体积分数的钢纤维，其所占的体积分数10％～20％。正是由于该预制渣皮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％)，所以该预制渣皮具有极高的导热系数，因此整个渣皮层自身的温度不高，从而保证预制渣皮层材料始终具有极高的抗剪抗折强度，因此渣皮层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：预制渣皮材料中含有硅酸钙粉末，硅酸钙粉末的加入目的是使预制渣皮材料更接近炉渣成分(高炉水渣成分主要是硅酸钙矿物)，从而使得预制渣皮更容易附着粘附炉渣。

本发明的预挂渣皮冷却壁冷端本体材质与结构灵活，铸铁冷却壁、铸钢冷却壁或铜冷却壁均可，燕尾槽或其他能够咬住或挂住预挂渣皮的结构都可以。

本发明的优点在于：

1、本发明的预挂渣皮冷却壁在砌筑之前在热面预先覆盖了一层人造渣皮材料，且此预挂渣皮层材料因具有高抗折高耐磨与高耐火性能，所以能够长期稳定地附着在冷却壁金属表面上，起到保护冷却壁与隔热节能作用，从而避免了炉壁镶砖或喷涂修补内衬的短寿命与高炉内壁经常维修维护问题。

2、由于预挂渣皮中添加了大量的钢纤维，其导热系数远远超过现有镶嵌在冷却壁上的耐火材料，同时因为预挂渣皮成分中配有硅酸钙粉末，因此即使经过长期使用后预挂渣皮材料发生磨损变薄，其靠近炉内炉渣一侧的粗糙表面也会很容易冷凝附着炉渣保护层，且此粘附炉渣层与预挂炉渣层结合紧密不易脱落。

3、根据高炉的部位不同，预挂渣皮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，减少硅酸钙用量以提高预挂渣皮材料的耐火性能等。

4、本发明的预挂渣皮冷却壁冷端本体材质与结构灵活，铸铁冷却壁、铸钢冷却壁或铜冷却壁均可，燕尾槽或其他能够咬住或挂住预挂渣皮的结构都可以。

5、由于本发明的预挂渣皮的使用寿命长，因此高炉运行是的内衬维修费用少，并且冷却壁散热减少，因此预挂渣皮的冷却壁综合成本低，一次投资后可永久使用。

附图说明

附图1为预挂渣皮冷却壁的典型立式剖面图。其中1为冷却水通道，2为金属冷却壁，3为预挂渣皮。预挂渣皮的根部镶嵌在金属冷却壁的燕尾槽内，并通过燕尾槽的咬合，保证整个预挂渣皮牢固固定在金属冷却壁的内壁上。

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，硅微粉10份，氧化铝微粉15份，铝酸钙水泥15份，减水剂2份。

硅酸钙粉重量份数15份。

上述粉体加入自来水，搅拌均匀成流动性良好的泥浆。

准备好一个带燕尾槽的铜壁，按照设计的渣皮厚度150mm(不包括燕尾槽深度)，将铜冷却壁作为一侧模板，支好模具。在模具内布撒钢纤维，仔细布撒以保证钢纤维体积占到模具内全部空间体积的15％。

向装满钢纤维的模具内注入上述搅拌好的泥浆。

配合对模具的振动，保证将整个钢纤维间隙充满上述泥浆。

在室温下连同模具一起养护至少24小时后，上述浇注体即已硬化。

脱模后继续养护72小时。

渣皮连同铜冷却壁一起，置于烘干炉内逐步升温至350℃保温12小时烘干。

Claims (3)

1.一种预挂渣皮的冷却壁，包括冷却水管、冷却壁金属本体和覆盖于金属冷却壁内壁朝向高炉内侧上的预挂渣皮材料，其特征是：冷却壁金属本体材料为铸铁冷却壁或铸钢冷却壁或铜冷却壁，预挂渣皮材料为人工合成渣皮材料，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15份，硅微粉10份，结合剂15份，减水剂2份，硅酸钙粉15份和钢纤维，结合剂为铝酸盐水泥；预挂渣皮材料中，钢纤维的含量为体积分数10%～20%，且重量分数15%～40%。

2.根据权利要求1所述的预挂渣皮的冷却壁，其特征是：金属本体与预挂渣皮依靠金属本体表面的燕尾槽咬合固定。

3.根据权利要求1或2所述的预挂渣皮的冷却壁，其特征是：预挂渣皮材料是采用注浆成型方法制作，即按尺寸设计支护模具，在燕尾槽及模具全部空间内均匀布撒钢纤维后，将搅拌好的预挂渣皮泥浆注入全部钢纤维空隙内，注浆时配合振动。

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