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矿热炉用修复性环保无水炮泥的实验与指标简析

矿热炉一般为长时间连续性生产,生产时间一般为1~5年甚至更长,所以矿热炉用无水炮泥除了降低原有炮泥水分对炉眼材质的侵蚀还应起到修复炉眼的效果。为了使锰系合金(锰铁、硅锰)矿热炉炉眼出铁口工作状态稳定,满足矿热炉强化冶炼的城标需求及降低生产成本。根据自身实际情况,在满足生产使用的同时进行工艺优化降低使用成本。同时根据非定型耐火材料的结构性能(气孔率P)、热学性质(热膨胀性ρ)、力学性能(高温耐压强度S、高温蠕变性P)、使用性能及作业性能委托相关科研院所进行了相关实验对比,在实际生产应用中取得了一定的经验。

生产实验


2.1生产实验设备

(1)封闭式自动配料系统;(2)密封式保温螺旋上料系统(3)综合搅拌系统(4)塑型系统(5)包装系统

2.2生产试验原料

图片

▲表1 原料配入量、理化性能及特点

2.3炮泥的生产工序

原料脱水→配料→干料预混→结合剂、干料预混→出料塑型、包装入库→镇静→成品

炮泥性能指标简析


3.1炮泥的结构性能

3.1.1气孔率

耐火材料的气孔可分为三大类:

(1)闭口气孔:浸渍时不被液体填充的气孔;

(2)开口气孔:浸渍时能被液体填充的气孔;

(3)贯通气孔:贯通制品的两面,能为流体所通过。

在生产实践过程中发现,开口气孔和贯穿气孔占总气孔体积的绝大部分且对炮泥的使用性能影响最大。气孔率公式为:Pa=(m₃-m₁)/(m₃-m₂),式中,m₁为干燥试样的质量,g;m₂为饱和试样的表观质量,g;m3为饱和试样在空气中的质量,g;Pa为制品的气孔率。故无水炮泥的气孔率应越低越好。

3.1.2热膨胀性

无水炮泥的热膨胀是指炮泥在加热过程中的长度变化,炮泥随着使用温度的变化会发生膨胀或收缩,如果膨胀系数过大会严重影响使用性能,甚至会起到破坏性的作用,同时也可反映出制品受热后的热应力分布和大小,晶型转变及相变,微细裂纹的产生及抗热震性等。膨胀系数公式为:a=ρ/(T-T₀)×100;ρ=【△L+Ak(T)】/L₀;△L=Lt-L₀;式中,a为试样的线膨胀系数,℃⁻¹;T₀为室温,℃;T为试验温度,℃;ρ为试样的线膨胀率;L₀为试样在室温下的长度,mm;Lt为试样加热至试验温度T时的长度,mm;△L为试样加热至试样温度T时的长度变化,mm;Ak(T)为在温度T时仪器的校正值,mm。

从上述相关公式分析及实践生产中总结分析认为炮泥的热膨胀系数仍固定在某范围空间内为佳。

3.2炮泥的力学性能

3.2.1高温耐压强度

高温耐压强度指标对于炮泥(不定型)具有重要意义,因为其加入一定数量的添加剂,其常温的结合方式及强度随着温度的升高将产生变化,其工作效果能否达到要求要对其高温耐压强度进行严格控制。其计算公式为:S=P/A,A=(A1+A2)/2,S为试样高温下的耐压强度,MPa;P试样破碎时的最大载荷,N;A为试样的受压面积,mm2;A1、A2为试样上、下受压面积,mm²。根据上述公式理论分析及结合炮泥实际使用情况,炮泥的高温耐压强度应为较大好些。

3.2.2高温蠕变性

高温蠕变性是指炮泥在高温下随小于期极限强度的某一恒定荷重时,产生的塑性变形,变形量会随时间的增长而逐渐增加,甚至会使其使用性能遭到破坏。蠕变率的计算公式为:P=(LN-L0)/L1,式中,P为试样的高温压缩蠕变率;LN为试样恒温n小时后的高度,mm;L0为试样恒温开始时的高度,mm;L1试样恒温原始高度,mm。根据上述相关分析炮泥的高温蠕变率应控制在≤1%内。

3.3影响各项指标的因素

根据大量试验数据表明,对上述性能形象较大的主要因素为添加剂的配入量和炮泥的镇静周期。添加剂的主要成分大体可分为两种,有机添加剂和无机添加剂。在使用过程中,添加剂可使炮泥从低温到高温工作强度得到有效保障,同时也可提高炮泥对炉眼的修复效果,除此之外炮泥的镇静周期的选择对炮泥的指标也有一定的影响。

3.3.1炮泥镇静周期

3.3.2添加剂

在其他原料配比一定的情况下,研究添加剂加入量对炮泥性能的影响。

3.4炮泥性能快速检测

以上数据分析是经过反复的长时间的精密试验所得,试验及检测过程相当复杂繁琐,在实际生产应用中对每批次无水炮泥上述指标进行检测存在较大困难,因此我公司借鉴髙炉用炮泥检测仪工作原理对国内生产的某型号高炉炮泥检测仪进行微调,对我厂生产的无水炮泥进行快速指标分析检测。炮泥检测仪的检测单位为马夏值Mpa,结合炮泥检测仪的工作原理分析马夏值Mpa是指炮泥在一定条件下的强度指标,具体可包括耐压强度、显气孔率等综合理性指标也可直接体现出炮泥的塑性。炮泥检测仪在无水炮泥生产中检测前提条件是需确定炮泥原料及添加剂成分,确定配比范围。炮泥马夏值需根据开堵炉眼机及料批配比范围进行微调,目前我司使用的无水炮泥马夏值范围一般控制在0.2~0.4之间。

炮泥使用效果对比分析


4.1试验及数据统计

解析:从上述使用效果对比分析来看,使用我厂生产的无水炮泥可大幅度提高单个炉眼使用周期,其主要益处体现在:提高单个炉眼使用寿命同时可降低频繁开新眼(吹氧、烧穿器烧眼)等高强度机械性操作对炉眼的损坏。同时可保证炉况长时间顺行,排渣、炭正常,可间接提高生产指标。

炉眼变化情况测量依据:在同一形状炉眼前提条件下堵眼使用炮泥量为d,在连续生产过程中分别使用普通炮和无水炮泥进行堵眼操作,根据实际使用情况进行测量,一般测量使用周期为3~5天,使用第一次测量炮泥分别对上述炉眼进行堵眼,使用普通炮泥的炉眼用测量炮泥量为d1,使用无水炮泥的炉眼用测量炮泥量为d2,则使用普通炮泥的炉眼变化率为:p=(d1-d)/d、使用无水炮泥的炉眼变化率为:p=(d2-d)/d,根据炉据分析来看,使用普通炮泥的炉眼会逐渐变大且使用到后期基本呈现失控的趋势,使用无水炮泥的炉眼基本保持不变。

本文仅是根据广西铁合金厂在实际生产使用过程中根据实际情况进行的简要介绍,根据行业的不断发展及相关配套要求的逐步提高,无水炮泥今后在矿热炉生产中仍需结合实际情况进行改进。

赵洪洋、曾世林、黄祖诚(广西铁合金有限责任公司)

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