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章榮會(huì) 李芳 王宗樂(lè)

　　摘 要 開(kāi)發(fā)了一種性能優(yōu)異的金屬陶瓷預(yù)掛渣皮材料，該材料具有極高的抗折強(qiáng)度、抗剪切強(qiáng)度、高耐磨及高導(dǎo)熱性能，用于高爐冷卻壁熱端的燕尾槽內(nèi)，可解決燕尾槽界面處易斷裂的問(wèn)題，能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地附著在冷卻壁金屬表面上，起到保護(hù)冷卻壁與隔熱節(jié)能作用，從而達(dá)到延長(zhǎng)冷卻壁乃至高爐壽命的目的。
　　關(guān)鍵詞 金屬陶瓷 預(yù)掛渣皮 冷卻壁 高爐

　　高爐冷卻壁是高爐內(nèi)襯的重要水冷件，主要對(duì)爐殼起保護(hù)作用，能有效地防止?fàn)t殼受熱后產(chǎn)生變形、開(kāi)裂等。在諸多影響高爐壽命的因素中，高爐爐襯及冷卻壁的破損是高爐被迫進(jìn)行大修的主要原因。因此，能否實(shí)現(xiàn)冷卻設(shè)備的長(zhǎng)壽，已成為能否實(shí)現(xiàn)高爐爐體長(zhǎng)壽的關(guān)鍵條件之一。

　　1. 高爐冷卻壁的現(xiàn)狀

　　目前冷卻壁基體按材質(zhì)分，可分為金屬冷卻壁和非金屬冷卻壁。金屬冷卻壁包括鑄鐵冷卻壁、鑄鋼冷卻壁、銅冷卻壁、以及熱面用銅質(zhì)冷面用鋼質(zhì)的復(fù)合結(jié)構(gòu)冷卻壁等；非金屬冷卻壁選用性能優(yōu)良的特種耐火材料做基體材料。冷卻壁結(jié)構(gòu)以帶燕尾槽的結(jié)構(gòu)最為普遍，在燕尾槽內(nèi)鑲磚或鑲填不定形耐火材料。不僅冷卻壁基體材質(zhì)對(duì)冷卻壁使用壽命影響很大，冷卻壁熱面所配置的耐火材料質(zhì)量的好壞也是影響冷卻壁冷卻效果的關(guān)鍵因素。冷卻壁熱面所用的耐火材料多以耐火燒成轉(zhuǎn)、澆注料、搗打料或噴涂料的形式存在，材質(zhì)一般為塞隆剛玉、塞隆碳化硅質(zhì)或氮化硅結(jié)合碳化硅質(zhì)等。

• 　　冷卻壁熱面耐火材料所處使用環(huán)境十分苛刻，它要長(zhǎng)時(shí)間在高溫的條件下承受爐渣的侵蝕、爐料的磨損、上升煤氣流的沖刷、溫度變化的熱沖擊等，因而一般幾個(gè)月或稍長(zhǎng)時(shí)間就被逐步磨損或沖刷掉。耐火材料被磨損沖刷掉的原因主要是耐火材料一般為脆性材料，燕尾槽處的巨大剪切力很容易造成鑲磚的根部斷裂，從而造成耐火材料保護(hù)層的脫落甚至整體垮塌。沒(méi)有了耐火材料的保護(hù)，冷卻壁表面就會(huì)暴露出來(lái)直接接觸高溫爐料與爐氣的沖刷與侵蝕。同時(shí)，由于沒(méi)有了耐火材料層的隔熱，冷卻壁內(nèi)冷卻水會(huì)帶走大量熱量，造成大量熱量的散失，表現(xiàn)為生產(chǎn)的高焦比與高能耗。

　　為克服冷卻壁熱面采用耐火材料的缺陷，北京聯(lián)合榮大有限責(zé)任公司自主研發(fā)了一種新型的金屬陶瓷預(yù)掛渣皮材料，該人工合成渣皮材料由耐火材料和硅酸鈣粉末及金屬耐熱鋼纖維按一定比例配制。耐火材料由碳化硅、剛玉、氧化鋁微粉、硅灰以及結(jié)合劑、減水劑按一定比例混配均勻，結(jié)合劑為鋁酸鹽水泥或磷酸二氫鋁等。

1. 　　金屬陶瓷預(yù)掛渣皮材料的研制采用了先進(jìn)的陶瓷注漿工藝，該工藝的技術(shù)特點(diǎn)是高含量的鋼纖維（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%）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。將大量的鋼纖維添加入耐火材料中，使耐火材料的非金屬脆性及低導(dǎo)熱性得以大幅度改善。
2. 　　高爐冷卻壁用金屬陶瓷預(yù)掛渣皮材料與目前使用的耐火材料相比，其優(yōu)點(diǎn)如下：
3. 　　1、具有極高的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度及高耐磨性能（具體指標(biāo)見(jiàn)表1），所以能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地附著在冷卻壁金屬表面上，起到保護(hù)冷卻壁與隔熱節(jié)能作用，從而避免了爐壁鑲磚或噴涂修補(bǔ)內(nèi)襯的短壽命及高爐內(nèi)壁經(jīng)常維修、維護(hù)的問(wèn)題。

• 　　2、由于預(yù)掛渣皮材料中添加了大量的金屬鋼纖維，其導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)有鑲嵌在冷卻壁上的耐火材料，同時(shí)因?yàn)轭A(yù)掛渣皮成分中配有硅酸鈣粉末，因此即使經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用后預(yù)掛渣皮材料發(fā)生磨損變薄，其靠近爐內(nèi)爐渣一側(cè)的粗糙表面也會(huì)很容易冷凝附著爐渣保護(hù)層，且此粘附爐渣層與預(yù)掛爐渣層結(jié)合緊密不易脫落、另外也解決了耐火材料易發(fā)生脆性斷裂的問(wèn)題（見(jiàn)圖1和圖2）。

• 　　3、研制的金屬陶瓷預(yù)掛渣皮材料與冷卻壁冷端本體材質(zhì)結(jié)構(gòu)靈活，鑄鐵冷卻壁、鑄鋼冷卻壁或銅冷卻壁均可，燕尾槽或其他能夠咬住或掛住預(yù)掛渣皮的結(jié)構(gòu)都可以。

  　　4、根據(jù)高爐不同使用部位的不同工況條件，金屬陶瓷預(yù)掛渣皮材料中所用的耐火材料可以根據(jù)使用環(huán)境調(diào)整,比如通過(guò)提高碳化硅比例提高導(dǎo)熱系數(shù)，減少硅酸鈣用量以提高預(yù)掛渣皮材料的耐火性能等。
  　　5、由于研制的金屬陶瓷預(yù)掛渣皮材料的使用壽命長(zhǎng)，因此高爐運(yùn)行是的內(nèi)襯維修費(fèi)用少，并且冷卻壁散熱減少，因此金屬陶瓷預(yù)掛渣皮冷卻壁綜合成本低，一次投資后可永久使用。
  　　3. 金屬陶瓷預(yù)掛渣皮材料的施工
  　　高爐冷卻壁用金屬陶瓷預(yù)掛渣皮材料可以澆注料的形式整體澆注在冷卻壁的熱面上（見(jiàn)圖3a），亦可以按冷卻壁燕尾槽的尺寸形狀做成與冷卻壁等寬的長(zhǎng)條狀大塊磚（見(jiàn)圖3b）或2塊磚組合而成。冷卻壁采用該材料不會(huì)因?yàn)檠辔膊劢缑嫣幍臄嗔言斐筛采w層的垮塌，而且其耐磨性能極好，因而也不會(huì)被很快磨損掉，從而能夠長(zhǎng)期覆蓋于冷卻壁熱面上。待冷卻壁安裝上高爐之后，相當(dāng)于冷卻壁內(nèi)壁上有了一層永久性預(yù)掛爐渣，起到保護(hù)冷卻壁與隔熱作用，且長(zhǎng)期安全存在，從而達(dá)到延長(zhǎng)冷卻壁乃至高爐壽命的目的。