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      干熄焦?fàn)t冷卻段用新型耐磨磚的研制與應(yīng)用

      2022-04-21 01:13:14徐國濤盛軍波王大春王希波秦建濤王遠(yuǎn)超
      耐火材料 2022年2期
      關(guān)鍵詞:莫來石氣孔率焦?fàn)t

      閆 濤 徐國濤 盛軍波 王大春 王希波 秦建濤 許 堃 王遠(yuǎn)超

      1)山東耐材集團(tuán)魯耐窯業(yè)有限公司 山東淄博255200

      2)寶鋼股份中央研究院 湖北武漢430080

      3)武漢平煤武鋼聯(lián)合焦化公司 湖北武漢430080

      20世紀(jì)80年代,寶鋼從日本引進(jìn)的干熄焦?fàn)t爐容較小,溫度不高,冷卻段耐火材料采用致密黏土磚[1-2]。隨著爐容及處理量的擴(kuò)大,冷卻段內(nèi)壁損壞速率加大,開始選用B級莫來石磚[2-3],要求其常溫耐壓強(qiáng)度≥85 MPa,顯氣孔率≤17%,體積密度≥2.45 g·cm-3,荷重軟化溫度T2≥1 500℃,熱震(水冷循環(huán))22次以上無剝落[2]。在砌筑方式上,國內(nèi)干熄焦?fàn)t冷卻段多采用B級莫來石磚與黏土磚咬合砌筑,一般使用壽命為3~5 a;但在冷卻7 m焦?fàn)t或7.63 m焦?fàn)t生產(chǎn)的焦炭時,由于焦炭強(qiáng)度和硬度增大,干熄焦?fàn)t冷卻段壽命有所降低[3-5],大修時間為70~85 d,停爐檢修對煉鐵生產(chǎn)影響較大,因此有必要研制干熄焦?fàn)t冷卻段用新型耐磨磚。

      在本工作中,在原用B級莫來石磚的基礎(chǔ)上,通過調(diào)整骨料粒度級配、加入SiC粉和紅柱石微粉等研制了新型耐磨磚,并介紹了其在140 t·h-1干熄焦?fàn)t上的實(shí)際應(yīng)用。

      1 試驗(yàn)

      1.1 原料

      試驗(yàn)原料有:粒度5~3、3~1和≤1 mm的剛玉-莫來石,粒度3~1、≤1 mm的莫來石,d50=5μm的α-Al2O3微粉,d50=10μm 的紅柱石微粉,粒度≤0.053 mm(280目)的SiC粉,單質(zhì)類添加劑,蘇州土,樹脂類結(jié)合劑。主要原料的理化性能見表1。

      表1 主要原料的理化性能

      1.2 試樣制備與檢測

      設(shè)計了粒度級配不同的四種試驗(yàn)配方LD1、LD2、LD3、LD4,見表2;并在配方LD3基礎(chǔ)上設(shè)計了添加不同量(外加質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為9%、11%、13%、15%)SiC粉的四種試驗(yàn)配方SC1、SC2、SC3、SC4。

      表2 試驗(yàn)配方

      按設(shè)計配方稱取原料。將粉料混合均勻制成預(yù)混合粉。將骨料加入攪拌鍋中混合均勻,加入干料質(zhì)量3% ~5%的結(jié)合劑攪拌均勻,再加入預(yù)混合粉攪拌均勻。稱取276 g混好的料放入內(nèi)徑φ50 mm的模具中,在YA-2000C型電液式壓力試驗(yàn)機(jī)上以170 kN壓力成型為φ50 mm×50 mm的樣坯。自然放置24 h后,在110℃烘干24 h,然后分別在1 000和1 500℃保溫3 h燒成,最后隨爐冷卻至室溫。

      按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)檢測烘干和不同溫度燒成后試樣的顯氣孔率(GB/T 2997—2015)和常溫耐壓強(qiáng)度(GB/T 2997—2015)。

      1.3 結(jié)果與分析

      1.3.1 骨料粒度級配對致密度和強(qiáng)度的影響

      不同骨料粒度級配試樣經(jīng)不同溫度處理后的顯氣孔率和常溫耐壓強(qiáng)度見圖1。

      圖1 不同骨料粒度級配試樣經(jīng)不同溫度處理后的顯氣孔率和常溫耐壓強(qiáng)度

      由圖1可以看出:隨著5~3和3~1 mm的大顆粒骨料加入量的增多,烘干及不同溫度燒成后試樣的顯氣孔率呈先減小后增大的變化趨勢,常溫耐壓強(qiáng)度則呈先增大后減小的變化趨勢,拐點(diǎn)均在大顆粒骨料加入量為50%(w)處(試樣LD3)。大顆粒骨料加入量相同時,試樣的顯氣孔率按110℃烘干、1 000℃燒成、1 500℃燒成的順序減小,常溫耐壓強(qiáng)度則按110℃烘干、1 000℃燒成、1 500℃燒成的順序增大。

      骨料作為耐火材料的“骨架”,其粒度級配對材料堆積密度和成型致密度起主導(dǎo)作用;在骨料粒度級配一定時,粉料的添加量在試樣成型和燒成后仍能足夠填充骨料“骨架”內(nèi)的孔隙并適量富余,才能將骨料包裹和結(jié)合在一起,使燒后試樣達(dá)到應(yīng)有的致密度和強(qiáng)度。大顆粒骨料加入量為50%(w)的試樣LD3的致密度和強(qiáng)度達(dá)到最大的原因,可能就是因?yàn)槠涔橇系牧6燃壟浜头哿系奶砑恿烤_(dá)到相對最佳。1.3.2 SiC粉加入量對致密度和強(qiáng)度的影響

      SiC粉加入量對烘干及不同溫度燒成后試樣顯氣孔率和常溫耐壓強(qiáng)度的影響見圖2。

      圖2 SiC粉加入量對烘干及不同溫度燒成后試樣顯氣孔率和常溫耐壓強(qiáng)度的影響

      由圖2可以看出:隨著SiC粉加入量的增多,烘干及不同溫度燒成后試樣的顯氣孔率呈先減小后增大的變化趨勢,常溫耐壓強(qiáng)度則呈先增大后減小的變化趨勢,拐點(diǎn)均在加入量為11%(w)處。SiC粉加入量相同時,試樣的顯氣孔率按110℃烘干、1 000℃燒成、1 500℃燒成的順序減小,常溫耐壓強(qiáng)度則按110℃烘干、1 000℃燒成、1 500℃燒成的順序增大。這可能是因?yàn)?,加?1%(w)的≤0.053 mm(280目)的SiC粉優(yōu)化了整個試樣的粒度配比,使試樣達(dá)到最佳的緊密堆積;過少或過多都偏離最佳粒度配比和緊密堆積。

      2 應(yīng)用

      2.1 新型耐磨磚與B級莫來石磚的性能比較

      按照研制試驗(yàn)的結(jié)果對配方進(jìn)行優(yōu)化,然后半工業(yè)化生產(chǎn)了新型耐磨磚K1:準(zhǔn)確稱量原料。先將細(xì)粉預(yù)先混合制成混合粉。在底轉(zhuǎn)式高效混練機(jī)上,先加入粗、中顆粒料混合2~3 min,再加入樹脂,最后加入混合粉,有效混練時間12 min。采用500 t壓機(jī),以150~200 N·mm-2的壓力沖擊成型為230 mm×114 mm×65 mm的標(biāo)型磚坯,控制濕坯的體積密度≥2.8 g·cm-3,顯氣孔率≤14%。將磚坯在隧道干燥器內(nèi)干燥,控制入口溫度為50~70℃,出口溫度為130~150℃,干燥時間不少于48 h,干燥后殘余水分不大于0.5%(w)。最后在隧道窯中于>1 300℃保溫8~10 h條件下燒成。

      經(jīng)檢測,新型耐磨磚K1與原用B級莫來石磚的性能指標(biāo)對比見表3,耐磨試驗(yàn)后的照片對比見圖3??梢钥闯觯喊牍I(yè)化生產(chǎn)的新型耐磨磚K1的致密度、強(qiáng)度、耐磨性和荷重軟化溫度T2都高于B級莫來石磚的。因此,決定采用新型耐磨磚K1作為干熄焦?fàn)t冷卻段的工業(yè)應(yīng)用材料。

      表3 新型耐磨磚K1與B級莫來石磚的性能指標(biāo)對比

      圖3 新型耐磨磚K1和B級莫來石磚耐磨試驗(yàn)后的照片

      2.2 應(yīng)用效果

      2014年4月,經(jīng)過焦化公司與相關(guān)單位協(xié)商,生產(chǎn)了60 t新型耐磨磚K1,用于某140 t·h干熄焦?fàn)t冷卻段,與黏土磚交替砌筑,2014年5月烘烤后投入使用。正常運(yùn)行后,現(xiàn)場跟蹤測量的數(shù)據(jù)顯示:采用研制的新型耐磨磚K1的冷卻段部位,開爐后的熱交換率、耐磨損效果均優(yōu)于之前采用的材料;冷卻段溫度均勻,上下不同測溫點(diǎn)的溫差低于10℃,應(yīng)用效果良好。

      研制的新型耐磨磚K1在140 t·h-1干熄焦?fàn)t冷卻段使用7 a后停爐大修時的照片見圖4。

      圖4 新型耐磨磚K1在冷卻段使用7 a后的照片

      由圖4可以看出:冷卻段爐襯表面光潔平整,無過度侵蝕和明顯磚縫,上下部位侵蝕情況基本均勻,侵蝕量少,檢修人孔殘磚還有較大的殘余量。經(jīng)過相關(guān)專業(yè)人員分析后,決定此次大修不拆除冷卻段,將局部破損部位修補(bǔ)后繼續(xù)投入使用,原定55 d檢修周期大幅度縮短;預(yù)計該冷卻段爐襯能使用10 a以上。

      3 結(jié)語

      (1)在分析原用B級莫來石磚的基礎(chǔ)上,通過調(diào)整顆粒級配、加入SiC粉和紅柱石微粉等研制了干熄焦?fàn)t冷卻段用新型耐磨磚,其耐壓強(qiáng)度為160 MPa,磨損量僅為1.92 cm3,均優(yōu)于原用B級莫來石磚的。

      (2)在140 t·h-1干熄焦?fàn)t冷卻段使用7 a,爐襯表面仍然光潔平整,侵蝕量較?。活A(yù)計該冷卻段爐襯能使用10 a以上。

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