​董戰(zhàn)春  劉根勝  鄧樂銳  章榮會(huì)

（北京聯(lián)合榮大工程材料股份有限公司，北京 懷柔，101400）

摘  要：本文介紹了一種可循環(huán)使用的鋼包沿金屬陶瓷預(yù)制塊材料指標(biāo)性能，研究預(yù)制塊的安裝、烘烤、局部更換維護(hù)技術(shù)，總結(jié)了預(yù)制塊的工業(yè)應(yīng)用效果。實(shí)踐表明：鋼包沿金屬陶瓷預(yù)制塊具有氣孔率低、表面不易掛渣、強(qiáng)度高、耐磨、耐剝落等優(yōu)點(diǎn)，并且安裝簡(jiǎn)便，無(wú)論在鋼包小修、中修還是大修時(shí)均無(wú)需拆卸，在鋼包沿局部出現(xiàn)損毀時(shí)，可進(jìn)行預(yù)制塊部份更換，如此往復(fù)，可保證周轉(zhuǎn)的連續(xù)性，真正實(shí)現(xiàn)了鋼包沿的整體循環(huán)。

關(guān)鍵詞：鋼包沿；可循環(huán)；金屬陶瓷；預(yù)制塊；快速烘烤；使用壽命高

1 前言

工業(yè)爐在連續(xù)使用過程中耐火材料常常發(fā)生損毀，特別是某些特定的部位，如鋼包的包沿。鋼包包沿是為了保護(hù)鋼包內(nèi)襯耐材并壓緊渣線磚，防止渣線磚的脫落。

傳統(tǒng)鋼包沿的封閉多采用包沿磚、澆注料和弧形板復(fù)合的方式，這種方式存在很多缺陷：首先，澆注料氣孔率較大、強(qiáng)度低，使用過程中粘渣嚴(yán)重，且渣易滲透進(jìn)氣孔內(nèi)，導(dǎo)致澆注料提前解體；其次，此方式封閉的包沿，在更換渣線磚時(shí)必須拆除，無(wú)法連續(xù)使用；再次，澆注料施工完成后需要嚴(yán)格按小、中、大火進(jìn)行烘烤，大大增加了能源的消耗并降低了鋼包的周轉(zhuǎn)率；另外，在粘渣后清渣時(shí)，極易將澆注料和包沿磚鉤掉，致使鋼包被迫提前下線維修。以上缺陷既影響了鋼包的周轉(zhuǎn)節(jié)奏，又增加了鋼包車間的維修成本，而且，鋼包沿的反復(fù)維修對(duì)鋼包內(nèi)襯磚也造成了一定的損傷。

2 研制

2.1原料的選取

金屬陶瓷預(yù)制件是一種半陶瓷、半金屬的復(fù)合型結(jié)構(gòu)耐火材料，該材料選擇采用剛玉質(zhì)、剛玉－莫來(lái)石質(zhì)等耐火原料為基體，并與金屬耐熱不銹鋼纖維按一定比例配制，再加入氧化鋁微粉、硅微粉以及鋁酸鹽水泥或磷酸二氫鋁等結(jié)合劑、減水劑等按一定比例混配均勻。

2.2預(yù)制塊的制作

鋼包沿金屬陶瓷預(yù)制塊制作時(shí)須將預(yù)混配均勻的散料進(jìn)行充分加水?dāng)嚢�，并注入特制的模具中，以制備出所需求形狀的耐火預(yù)制件產(chǎn)品。成型后的預(yù)制件經(jīng)過脫模、養(yǎng)護(hù)、高溫烘烤、表面處理等一系列處理工序，最終得到外觀整齊、內(nèi)部性能均一的耐火材料預(yù)制塊。

2.3預(yù)制塊的特性

鋼包沿金屬陶瓷預(yù)制件兼具了傳統(tǒng)耐火材料的耐火度與金屬的強(qiáng)度，該工藝的技術(shù)特性是高含量的不銹鋼纖維（加入量占比大約15－35%，遠(yuǎn)高于常規(guī)鋼纖維增強(qiáng)耐火澆注料中鋼纖維的含量，一般鋼纖維增強(qiáng)耐火澆注料中鋼纖維含量按重量比不會(huì)高于5%，按體積比不會(huì)高于2%）的引入以改善非金屬材料的特性缺陷，得到一種能平衡金屬和非金屬特性的新型復(fù)合材料，同時(shí)使耐火材料的非金屬脆性及低導(dǎo)熱性得以大幅度改善。預(yù)制件材料主要理化性能指標(biāo)參數(shù)見表1。

表1 預(yù)制件主要理化性能指標(biāo)

實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)對(duì)比了鋼包沿金屬陶瓷預(yù)制件、普通澆注料預(yù)制件和鋼纖維增強(qiáng)澆注料預(yù)制件在1550℃煅燒后的各項(xiàng)強(qiáng)度性能指標(biāo)，具體情況如圖1所示。

3 應(yīng)用

3.1安裝工藝

3.1.1原包沿工藝情況

廣東某煉鋼廠130t鋼包，現(xiàn)場(chǎng)鋼包包沿工藝均采用包沿磚砌筑，表面用澆注料壓面，如圖2所示。整個(gè)包口只有一層澆注料鎖壓，在鋼包正常周轉(zhuǎn)過程中，經(jīng)過反復(fù)的急冷急熱和熔渣的侵蝕，再加上鉤渣的沖擊，整個(gè)包沿的壽命很低，經(jīng)常出現(xiàn)鋼包不夠用或壞包上線強(qiáng)制使用的現(xiàn)象，存在安全隱患的同時(shí)也給生產(chǎn)帶來(lái)較大的壓力

3.1.2包沿預(yù)制塊工藝設(shè)計(jì)方案

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鋼包的具體情況，包沿預(yù)制塊設(shè)計(jì)方案采用側(cè)面螺栓固定、小塊平砌的方式對(duì)鋼包口進(jìn)行保護(hù)，且能壓住鋼包磚。包沿預(yù)制塊按整個(gè)圓周分成35小塊，便于現(xiàn)場(chǎng)搬運(yùn)和安裝，且在鋼包變形不規(guī)則的狀況下能夠便于切割，保證安裝時(shí)順利收口和銜接；同時(shí)預(yù)制塊與鋼包磚之間預(yù)留有20mm的縫隙，并用搗打料進(jìn)行填充處理，具體砌筑工藝設(shè)計(jì)情況如圖3所示。

此方案要求預(yù)制塊必須在大修包上安裝使用，按現(xiàn)場(chǎng)方案砌筑鎂碳磚至最后一層，并留出正常包沿磚不砌筑，預(yù)制塊安裝前需將鋼包包口部位處理干凈，然后進(jìn)行逐塊安裝。安裝完成后整體包沿金屬陶瓷預(yù)制塊情況如圖4所示。

3.2烘烤制度

包沿金屬陶瓷預(yù)制件在整體安裝完成后，因含水量極少（出廠前已進(jìn)行烘烤處理），整體性好，因此無(wú)需特殊烘烤要求，按大修包后包襯材料烘烤制度順帶一起烘烤即可。與煉鋼廠原現(xiàn)場(chǎng)包沿工藝相比，減少了原工藝澆注料施工完成后需嚴(yán)格按小、中、大火進(jìn)行烘烤的要求，大大降低了能源的消耗、節(jié)約了時(shí)間并提高了鋼包的周轉(zhuǎn)率。

3.3 維護(hù)操作

鋼包在周轉(zhuǎn)使用過程中，特別是在使用的后期，包沿部位材料因局部熔損、熱修清渣操作等因素影響，極易造成局部損壞或脫落，為保證鋼包的安全周轉(zhuǎn)使用，現(xiàn)場(chǎng)需在修理期間，對(duì)問題部位的材料進(jìn)行清理并進(jìn)行補(bǔ)澆，致使鋼包提前下線維修。而鋼包沿金屬陶瓷預(yù)制塊則不同，該預(yù)制塊是由多塊分別安裝（通過耐熱不銹鋼螺桿連接錨固在鋼包殼上）并組合成包沿整體，在局部出現(xiàn)單塊或多塊損毀時(shí)，可進(jìn)行一對(duì)一的有針對(duì)性的更換，無(wú)論在鋼包小修、中修還是大修時(shí)均無(wú)需拆卸。預(yù)制塊提前制作并存放于現(xiàn)場(chǎng)，施工簡(jiǎn)便且無(wú)需再次烘烤，隨換隨用，如此往復(fù)維護(hù)操作，可有效保證鋼包周轉(zhuǎn)的連續(xù)性，真正實(shí)現(xiàn)鋼包沿的整體循環(huán)。

3.4 應(yīng)用效果

鋼包沿金屬陶瓷預(yù)制塊在廣東某煉鋼廠130t鋼包53#包上進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)整套全新安裝共使用金屬陶瓷預(yù)制塊35塊（實(shí)際發(fā)貨數(shù)量共42塊），其余做備用塊。

應(yīng)用過程概述：53#鋼包于2016年11月15日開始上線使用，第一個(gè)包役共使用106次，第二個(gè)包役共使用124次，第三個(gè)包役使用71次后約有1/3脫落，共使用301次，使用時(shí)間超過四個(gè)月，且剩余部分還可繼續(xù)使用，詳細(xì)過程如下。

3.4.1第一個(gè)包役

從2016年11月15日新包開始使用，至2016年11月21日使用46次后，下線更換透氣磚；至2016年12月5日使用70次后，下線換包底、渣線磚；至2016年12月15日使用106次后，下線大修，第一個(gè)包役結(jié)束，下線后觀察預(yù)制塊無(wú)任何異�，F(xiàn)象，可繼續(xù)使用。圖5為第一個(gè)包役下線時(shí)的包沿預(yù)制塊使用情況。

3.4.2第二個(gè)包役

從2016年12月21日開始使用，至2017年1月3日已使用47次，下線更換透氣磚；至2017年1月19日已使用80次，下線換渣線磚，下線后觀察發(fā)現(xiàn)預(yù)制塊傾渣側(cè)有局部變薄現(xiàn)象，考慮到較薄的地方與渣線磚接觸較少存在安全隱患，因此采用現(xiàn)場(chǎng)備用塊對(duì)較薄區(qū)域進(jìn)行了局部更換，更換前后情況如圖6所示。

預(yù)制塊局部更換后繼續(xù)上線使用至2017年2月21日，已使用124次，下線大修，至此第二個(gè)包役結(jié)束，下線后觀察預(yù)制塊無(wú)明顯異�，F(xiàn)象，可繼續(xù)使用。至此預(yù)制塊已合計(jì)使用230次。

3.4.3第三個(gè)包役

從2017年2月28日開始使用，至2017年3月20日已使用71次，下線中修換渣線磚，下線后在清理過程中傾渣側(cè)有約1/3的預(yù)制塊脫落，為錨固結(jié)構(gòu)脫落導(dǎo)致，與預(yù)制塊材料無(wú)關(guān)。至此預(yù)制塊已合計(jì)使用301次，且剩余的2/3還在繼續(xù)使用中，如有備用塊進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)局部更換，基本可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。

對(duì)下線的預(yù)制塊材料進(jìn)行拆解后發(fā)現(xiàn)，預(yù)制件不銹鋼纖維加入量合理，預(yù)制件在向內(nèi)部方向遇渣較多的部位，因材料強(qiáng)度高，耐渣侵蝕明顯好于普通預(yù)制件，且在預(yù)制件使用后期，表層部分材料出現(xiàn)小額剝落后，由于鋼纖維與耐火材料包裹緊密，未出現(xiàn)整體分層和產(chǎn)生剝落現(xiàn)象，且纖維在料中的排布分層均勻有序，有效的增加了材料的抗氧化能力。具體情況如圖7所示。

3.4.4成本效益對(duì)比

從工業(yè)應(yīng)用結(jié)果來(lái)看，鋼包沿金屬陶瓷預(yù)制塊能夠解決鋼包包沿部位傳統(tǒng)耐火材料不耐磨損、不耐渣侵蝕、不耐機(jī)械沖刷、易變形開裂等問題。以廣東某廠130t鋼包使用三個(gè)包役為例，分析兩種工藝的成本效益如表2所示。

表2  兩種包沿工藝成本對(duì)比

由上表可知，使用包沿金屬陶瓷預(yù)制塊后，不僅能夠縮短鋼包下線維修作業(yè)時(shí)間，提高了鋼包的周轉(zhuǎn)節(jié)奏，而且節(jié)約了噸鋼耐材消耗成本，在鋼包耐材降本增效方面均顯示出一定的優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過試驗(yàn)和工藝設(shè)計(jì)，研制開發(fā)了性能良好的鋼包沿金屬陶瓷預(yù)制塊。

工業(yè)應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，預(yù)制塊安裝及更換簡(jiǎn)便易操作，且具有熱震性能好、高強(qiáng)度、高耐磨、耐侵蝕等優(yōu)點(diǎn)，有效減輕了鋼包磚的氧化和剝落等損傷；同時(shí)，由于鋼包沿預(yù)制塊在使用過程中對(duì)渣有一定的抵制作用，使用初期有一定的防粘渣能力，較易清除包口結(jié)渣，因此清渣過程中不會(huì)損壞包口；如現(xiàn)場(chǎng)能夠預(yù)存有充足的備用塊用于局部更換，即可實(shí)現(xiàn)循環(huán)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)。