高爐出鐵場及撇渣器用氮化硅結合澆注料長壽化新產品發展動態

孫志紅

0  前言

隨著煉鐵工藝的不斷進步，高爐向大型化發展，高溫高產情況下，撇渣器是高爐生產排放高溫渣鐵溶液分離通道的關鍵部位，撇渣器用耐材對高爐煉鐵的安全順利運行具有非常重要的作用，撇渣器耐材要具有良好的高溫情況下的耐侵蝕沖刷性能和優越的抗熱沖擊及耐磨性能。

現有技術；大中型高爐用撇渣器一般采用Al₂O₃-SiC-C質低水泥澆注料，抗氧化性和抗渣性、熱震穩定性、高溫抗折強度及耐磨性能一般；配方原料中添加了揮發性極強含碳材料（瀝青，石墨等）及添加劑等，碳含量的排放不利用環保，且影響鐵水質量，一次通鐵量一般為20至25萬噸左右。我們根據對撇渣器耐材使用過程中其使用壽命的影響因素進行分析認為：撇渣器材料不但要經受高溫渣鐵溶液的侵蝕，還有渣鐵流的熱沖擊且損耗較快、維修周期長，影響高爐正常安全生產；如何有效的穩定提高大中型高爐用撇渣器的一次通鐵量在30萬噸以上。這種情況下，急需開發一種高溫燒結性能、抗侵蝕性能、抗熱震穩定性、耐高溫渣鐵沖刷及耐磨性能優良的新型材料。目前已公開的高爐撇渣器耐材產品資料可以看出，所采取的技術方案及原材料和添加劑等配方組合存在很多不完善之處，其技術設計結構方案、配方組合優點及原材料特點特征敘述不完全，所采用的部分不利于環保及揮發性極強的材料（瀝青、石墨等），添加劑和結合劑，無法達到其創造性及有益使用效果：因此，我們提供一種配方優化合理、制備方法簡單易實現，安全型，環保型，可有效降低撇渣器綜合運行成本、提高大中型高爐用撇渣器使用壽命的耐材新技術產品，具有廣泛的市場推廣前景及應用價值。

1  新技術內容

1)本發明技術的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種用于高爐撇渣器的氮化硅結合澆注料及高爐撇渣器，使用壽命長、維護成本低。

2)本發明技術是通過以下技術方案實現的：一種用于高爐撇渣器的氮化硅結合澆注料，由以下重量份數的原料制成，電熔致密剛玉30-45份、高純尖晶石20-30份、黑碳化硅15-25份、莫來石質空心球8-15 份、氮化硅微粉5-10份、硅線石5-10份、氧化鋁微粉5-8份、

堇青石3-6份、鋁酸鹽水泥1-3份、球粘土0.5-2份、防爆裂纖維0.1-0.3份、分散劑0.15-0.5份。

進一步地，所述防爆裂纖維為水溶性有機纖維，熔點80-90℃、長度15-25mm。

進一步地，所述分散劑是由三聚磷酸鈉和酒石酸組成，所述三聚磷酸鈉和酒石酸的重量比為3-7:2-5。

進一步地，所述氮化硅微粉粒度≤5μm，氮化硅微粉中氮化硅含量為≥94wt%。

3)本發明技術一種高爐撇渣器，包括鋼殼，所述鋼殼內設置有澆筑工作襯，所述澆筑工作襯上端面設置有鐵水溝槽，所述鐵水溝槽上端可拆卸設置有澆筑過梁，所述澆筑過梁與鐵水溝槽下端之間形成鐵水通道，所述澆筑工作襯上端位于澆筑過梁前側設置有出渣口，所述澆筑工作襯包括澆筑底托，所述澆筑底托前側沿鐵水溝槽設置有澆筑耐磨塊，所述澆筑過梁和出渣口均與澆筑耐磨塊連接，所述澆筑工作襯、澆筑過梁均由用于高爐撇渣器的氮化硅結合澆注料制成。

進一步地，所述鋼殼內鋪設有輕質隔熱磚層，所述輕質隔熱磚層內側鋪設有高鋁碳化硅磚層，所述澆筑工作襯鋪設在高鋁碳化硅磚層內側。

進一步地，所述鐵水溝槽橫截面下端為矩形，所述鐵水溝槽橫截面上端為V型，所述鐵水溝槽位于澆筑過梁后側設置有鐵水小井，所述鐵水小井底部設置有殘鐵口，所述澆筑底托中間位置設置有鐵水溝槽，

4)所述鐵水溝槽的出口端設置有臺階，所述臺階與鐵水溝槽之間形成鐵水小井，所述臺階處的鐵水溝槽兩側壁上端一體成型有定位塊，所述澆筑耐磨塊設置在定位塊前側的鐵水溝槽側壁上端。

進一步地，所述澆筑耐磨塊下端設置有向下的凸楞，所述澆筑底托上設置有與凸楞相配合的連接槽，所述澆筑耐磨塊與澆筑托之間通過凸楞與連接槽之間的插裝配合連接。

進一步地，所述澆筑過梁包括橫梁，所述橫梁兩端設置在澆筑耐磨塊上，所述橫梁下端設置有與鐵水溝槽相配合的阻擋塊，所述阻擋塊與鐵水溝槽下端之間形成鐵水通道，所述阻擋塊前側面為向出渣口傾斜的斜面。

進一步地，所述澆筑過梁內設置有冷卻骨架，所述冷卻骨架包括設置在橫梁內的第一冷卻通道、設置在阻擋塊內的第二冷卻通道，所述第一冷卻通道和第二冷卻通道均由鋼板圍成，所述第一冷卻通道與第二冷卻通道連通，所述第一冷卻通道延伸至橫梁外連接有進水口和出水口，所述第一冷卻通道和第二冷卻通道內均設置有支撐梁。

2  具體技術方案

1)以下各實施方式，鋼殼由厚度為20-25mm 的耐高溫鋼板制成，具體牌號為0Cr25Ni20；

2)輕質隔熱磚層厚度115-230mm，采用GB/T3994-2005牌號NG130-1.0的輕質隔熱磚砌成；

3)高鋁碳化硅磚層厚度230-460mm，采用YB/T4167-2007牌號GLT-13的高鋁碳化硅磚砌成；

4)鐵水溝槽的長度800-1100mm、最上端寬度450-700mm、高度200-350mm；

5)電熔致密剛玉是由粒度5-8mm和3-5mm的兩種原料組成，電熔致密剛玉中氧化鋁含量為≥99%，體積密度(g/cm3 ) ≥3.90，其特性為由于體密高、材料硬度大耐磨性好、耐高溫沖刷性優良，大顆粒部分采用兩種配比組合，可有效穩定產品架構，具體采用標準YB/T102-2007，牌號DFA，國內河南天通公司產品；

6)高純尖晶石是由粒度1-3mm一種原料組成，高純尖晶石中氧化鋁含量為≥87%，其特性為致密抗侵蝕、燒結強度高、耐高溫沖擊性能優越，具體牌號為90MA，國內斯曼公司產品；

7)黑碳化硅由粒度0.1-1mm和0.044mm的兩種原料組成，SiC含量為≥98%，其特性具有抗侵蝕性，提高產品的抗耐磨性及強度，采用細顆粒和細粉組合，細粉分散性好促進燒結強度、提升高溫強度及抗氧化性能，產品堆積密度好，提高產品抗耐磨性及熱態強度；

8)莫來石質空心球是由粒度0.2-0.6mm一種原料組成，莫來石空心球中氧化鋁含量為≥70%，體積密度(g/cm3 ) 0.8-1.2，其特性是球形細粒、其體積密度小、筒壓強度高、導熱系數低、保溫效果優等特點，在產品結構中，可有效節能降耗，具體為國內牌號GMAL-70產品；

9)氮化硅微粉是由粒度≤5μm的原料組成，氮化硅微粉中氮化硅(Si3N4)含量為≥94%，其特性是優化增強了撇渣器澆注料的致密度，改善了其抗氧化性、抗渣性、熱震穩定性、穩步提高了高溫抗折強度及耐磨性能,具體為國內牌號JXSN-94產品，氮化硅分子式為 Si3N4，其中 Si 占 60.06%，N 占 39.94%，Si3N4 屬于高溫難熔化合物，Si3N4 屬于熱力學穩定化合物，是一種很堅硬的材料，抗氧化性較強，應密封保存。氮化硅的化學性質穩定高，對大部分金屬溶液是穩定的，不受腐蝕，也不被潤濕，有利于提高產品的抗侵蝕性，其熱膨脹系數較小，導熱性好，其優越性能表現具有較高的常溫和高溫強度、優異的常溫和高溫化學穩定性以及較強的耐磨性和良好的熱震穩定性，產品理化指標見附表1；

表1

3  具體技術實施方式

1) 如圖1-7所示，一種高爐撇渣器，包括鋼殼1，鋼殼內砌有輕質隔熱磚層2，輕質隔熱磚層內側砌有高鋁碳化硅磚層3，高鋁碳化硅磚層內側安裝有澆筑工作襯，澆筑工作襯上端面加工有鐵水溝槽7，鐵水溝槽上端可拆卸安裝有澆筑過梁，澆筑過梁與鐵水溝槽下端之間形成鐵水通道24，澆筑工作襯上端位于澆筑過梁前側加工有出渣口8，澆筑工作襯包括澆筑底托4，澆筑底托前側沿鐵水溝槽安裝有澆筑耐磨塊5，澆筑過梁和出渣口均與澆筑耐磨塊連接，具體為，鐵水溝槽的出口端一體成型有臺階16，臺階與鐵水溝槽之間形成鐵水小井14，鐵水小井底部加工有殘鐵口15，設計鐵水小井和殘鐵口，保證經過撇渣器的鐵水均經過澆筑過梁撇渣，在鐵水量低時截流，通過殘鐵口排出，臺階處的鐵水溝槽兩側壁上端一體成型有定位塊10，澆筑耐磨塊安裝在定位塊前側的鐵水溝槽側壁上端，為方便安裝和定位，澆筑耐磨塊下端一體成型有向下的凸楞6，凸楞橫截面為矩形，澆筑底托上一體成型有與凸楞相配合的連接槽13，澆筑耐磨塊與澆筑托之間通過凸楞與連接槽之間的插裝配合連接，出渣口與澆筑耐磨塊一體成型，在澆筑耐磨塊上與出渣口相對應位置還向外延伸有流嘴，流嘴的工作面向下傾斜，保證出渣順暢，鐵水溝槽橫截面下端為矩形，鐵水溝槽橫截面上端為V型，方便渣鐵快速上浮，進而使渣鐵與鐵水分層。

圖1（為高爐撇渣器結構圖示意）

圖2（為高爐撇渣器主視剖面圖示意圖）

圖3（為澆筑底托結構圖示意圖）

圖4（為澆筑耐磨塊結構圖示意圖）

圖5（為澆筑過梁結構圖示意圖）

圖6（為澆筑過梁俯視圖示意圖）

圖7（為冷卻骨架左視剖面圖示意圖）

其中：1-鋼殼，2-輕質隔熱磚層，3-高鋁碳化硅磚層，4-澆筑底托，5-澆筑耐磨塊，6-凸楞，7-鐵水溝槽，8-出渣口，9-橫梁，10-定位塊，11-阻擋塊，12-冷卻骨架，13-連接槽，14-鐵水小井，15-殘鐵口，16-臺階，17-橫梁定位槽，18-進水口，19-出水口，20-第一冷卻

 通道，21-第二冷卻通道，22-鋼板，23-支撐梁，24-鐵水通道。

2)澆筑過梁包括橫梁9，橫梁兩端安裝在澆筑耐磨塊上，為方便安裝和定位，在澆筑耐磨塊上加工有與橫梁相配合的橫梁定位槽17，為進一步防止澆筑過梁在工作的過程中傾斜，澆筑過梁通過螺栓固定在橫梁定位槽處，橫梁下端一體成型有與鐵水溝槽相配合的阻擋塊11，阻擋塊與鐵水溝槽下端之間形成鐵水通道，阻擋塊前側面為向出渣口傾斜的斜面，方便渣鐵聚集至出渣口處，澆筑過梁內安裝有冷卻骨架12，冷卻骨架包括預制在橫梁內的第一冷卻通道20、預制在阻擋塊內的第二冷卻通道21，第一冷卻通道和第二冷卻通道均由鋼板22圍成，第一冷卻通道與第二冷卻通道連通，第一冷卻通道延伸至橫梁外連接有進水口18和出水口19，第一冷卻通道和第二冷卻通道內均焊接有支撐梁23，支撐梁為帶有過水孔的鋼板，結構強度高，制作方便，通過冷卻骨架不僅能夠對澆筑過梁進行冷卻，還能夠減小澆筑過梁的重量，進而降低橫受力，還能夠提高澆筑過梁的結構強度，而且能夠在澆筑的過程中提供支撐，在使用的過程中，第一冷卻通道和第二冷卻通道為并聯連接。為方便定位和安裝，定位塊與澆筑耐磨塊相對應的面為向上的斜面。

表2

說明：附表1、表2中的分析及材料測試方法參照耐火材料相應國標或行業標準。

4  小結

1) 通過實踐證明，新開發的新技術撇渣器澆注料對于大中型高爐（ 5800m³-1500m³）和中小型（1500m³-450m³）高爐撇渣器均可適用，針對應用到具體不同容積高爐時，配方可在上述數值范圍內進行一定調整，以滿足該高爐撇渣器的具體要求。

2)本發明技術方案通過優化結構與澆注料，采用精選高純原材料，通過引入氮化硅微粉，明顯增強了撇渣器澆注料的致密度、改善了抗氧化性和抗渣性、熱震穩定性、穩步提高了高溫抗折強度，耐磨性能和使用壽命，配方通過優化、揮發性極強含碳材料的減少或棄之，既減少了碳含量的排放利用環保，又凈化了鐵水質量，產品制備方法簡單，易于實現，可有效降低了撇渣器綜合運行成本、節約優質耐火原料資源，提升大中型高爐用撇渣器澆注料一次通鐵量延長至30萬噸以上，可有效提高了高爐撇渣器的使用壽命，該發明技術具有顯著的經濟和社會效益。

3)本發明技術的有益效果在于：用于高爐撇渣器的氮化硅結合澆注料，采用精選高純原材料，通過引入氮化硅微粉，明顯增強了撇渣器澆注料的致密度、改善了其抗氧化性和抗渣性、熱震穩定性、穩步提高了高溫抗折強度，耐磨性能和使用壽命；配方通過優化、將揮發性極強含碳材料及添加劑等的減少或棄之，既減少了碳含量的排放利用環保，又凈化了鐵水質量，產品制備方法簡單，易于實現，可有效降低了撇渣器綜合運行成本、節約優質耐火原料資源，提升大中型高爐撇渣器澆注料一次通鐵量延長至30萬噸以上，可有效提高了撇渣器的使用壽命，該發明具有顯著的經濟和社會效益，高爐撇渣器在鋼殼內設置澆筑工作襯及澆筑過梁，澆筑工作襯設置鐵水溝槽、澆筑底托、澆筑耐磨塊，由于渣鐵位于鐵水上層，通過澆筑耐磨塊能夠與渣鐵對應，渣鐵本身硬度較高，在流動的過程中與澆筑耐磨塊摩擦，澆筑耐磨塊及澆筑過梁易磨損，磨損后方便更換，降低維護時間，避免整體更換，降低維護成本，設置輕質隔熱磚層和高鋁碳化硅磚層，能夠進行很好的隔熱，同時對澆筑工作襯進行支撐，提高使用穩定性，鐵水溝槽橫截面下端為矩形，上端為V型，方便渣鐵快速上浮，進而使渣鐵與鐵水分層，設置鐵水小井和殘鐵口，保證經過撇渣器的鐵水均經過澆筑過梁撇渣，在鐵水量低時截流，通過殘鐵口排出，澆筑耐磨塊與澆筑底托之間插接，提高連接強度，同時避免鐵水向外滲透，澆筑過梁包括橫梁，通過橫梁搭接在澆筑耐磨塊上，方便安裝，阻擋塊的前側面為斜面，方便渣鐵聚集，設置冷卻骨架，能夠對澆筑過梁進行冷卻，提高其硬度，進而提高使用壽命，降低維護頻率。