軋鋼加熱爐用耐火澆注料比用耐火磚砌筑施工筒單，易操作，工程費(fèi)用低，施工期短；與磚體相比，可節(jié)約能源70%左右；使用壽命3〜6年，比使用高鋁磚提高1〜4倍。澆注料可以加工成各種形狀整體爐襯，施工速度快，是工業(yè)爐施工較好的材料。
隨著超微粉技術(shù)在澆注料中的應(yīng)用，黏土結(jié)合澆注料多被低水泥結(jié)合澆注料所代替。低水泥結(jié)合澆注料具有強(qiáng)度高、體積穩(wěn)定性好、施工性能好的優(yōu)點(diǎn)，所以低水泥結(jié)合澆注料在熱工爐窯上得到了廣泛應(yīng)用。但國內(nèi)外的熱工爐窯設(shè)計者在選用爐襯澆注料的過程中，多認(rèn)為澆注料中氧化鋁含量高的產(chǎn)品各方面性能優(yōu)于氧化鋁含量低的產(chǎn)品，所以在澆注料的選材過程中，多選擇氧化鋁含量較高的產(chǎn)品，在軋鋼加熱爐上更是如此。由于一般的軋鋼加熱爐工作溫度為1200~1350℃，長期工作溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于1500℃，所以澆注料應(yīng)選擇滿足軋鋼加熱爐使用特點(diǎn)且氧化鋁含量在一定范圍內(nèi)的低水泥澆注料，以達(dá)到爐襯材料長壽、節(jié)能、高性價比的要求。
1 實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果
1.1 原料選擇
可用于軋鋼加熱爐爐襯澆注料的骨料種類較多，如電熔白剛玉、電熔棕剛玉、燒結(jié)剛玉、電熔莫來石、燒結(jié)莫來石、特級高鋁熟料、二級高鋁熟料、三級高鋁料、焦寶石、紅柱石等，但從軋鋼加熱爐爐襯澆注料的使用條件及成本上分析，軋鋼加熱爐爐襯澆注料骨料種類的選擇應(yīng)有個合理的范圍。
軋鋼加熱爐爐襯澆注料骨料的選擇主要是基于熱震穩(wěn)定性、高溫性能、導(dǎo)熱性能、成本等方面進(jìn)行選材。從骨料的熱震穩(wěn)定性及高溫性能兩個方面分析，骨料應(yīng)首選電熔莫來石、燒結(jié)莫來石、紅柱石等。因?yàn)橐陨蠋追N原材料在長期使用過程中主晶相是莫來石相，紅柱石骨料在1300℃以上轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊硎嗪褪⑾啵⑾嗫梢院突|(zhì)中的氧化鋁反應(yīng)生成二次莫來石。另外石英進(jìn)入液體后，可提高液體的黏度，對提高澆注料的高溫性能起積極的作用。但電熔莫來石、燒結(jié)莫來石、紅柱石等骨料的成本相對于高鋁熟料要高，所以骨料中應(yīng)盡可能少用電熔莫來石、燒結(jié)莫來石、紅柱石等材料。電熔白剛玉、電熔棕剛玉、燒結(jié)剛玉中骨料應(yīng)優(yōu)選燒結(jié)剛玉(俗稱板剛玉)，因其抗剝落性優(yōu)于電熔白剛玉和電熔棕剛玉，見表1。但燒結(jié)剛玉的成本太高，用于軋鋼加熱爐爐襯澆注料中用戶無法接受；另一方面因燒結(jié)剛玉的熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)均高于莫來石，過多地使用燒結(jié)剛玉作為骨料會降低澆注料的熱震穩(wěn)定性，增加澆注料的導(dǎo)熱率，不利于節(jié)能、環(huán)保。
表1耐火骨料的耐熱震性 （%）
我國有豐富的鋁礬土資源，目前已探明的儲量超過20億t，居世界前列。因此礬土熟料的價格相對于剛玉、莫來石、紅柱石要低，而且常用的山西孝義特級、二級及三級高鋁熟料雜質(zhì)含量較低，見圖1~4。由于以上4種高鋁熟料礦物相主要為剛玉相及莫來石相，不含有低熔點(diǎn)的晶相，因此以上4種原材料都適合作為軋鋼加熱爐的原材料。
1.2實(shí)驗(yàn)過程
以特級、二級、三級高鋁熟料及焦寶石為主要原材料，加入硅微粉，以鋁酸鈣水泥為結(jié)合劑，以磷酸鹽為減水劑。固定硅微粉、水泥及磷酸鹽減水劑的加入量，研究澆注料的不同氧化鋁含量與荷重軟化開始溫度、體積密度、導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系。表2為主要原材料的理化指標(biāo)。
表2主要原材料的理化指標(biāo)
澆注料氧化鋁含量與體積密度、導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系見圖5。澆注料氧化鋁含量與荷重軟化開始溫度的關(guān)系見圖6。荷重軟化開始溫度檢測標(biāo)準(zhǔn)YB/T 370-1995，實(shí)驗(yàn)條件為1350℃x3h燒后。
由圖5可知，隨著低水泥澆注料氧化鋁含量的提高，澆注料的體積密度增大，導(dǎo)熱系數(shù)提高。由圖6可知，低水泥澆注料的氧化鋁含量在60%左右時，澆注料的荷重軟化開始溫度較高，可選擇在軋鋼加熱爐的高溫段使用，從性價比來考慮，氧化鋁含量在50%的澆注料可選擇在軋鋼加熱爐的低溫段使用，可達(dá)到有效的節(jié)能目的。
2 爐襯耐火材料的選用及材料性能
2.1 錨固磚
采用不定形耐火材料作為工作襯里的軋鋼加熱爐，錨固磚的選擇較為關(guān)鍵，因?yàn)殄^固磚對整個加熱爐耐火襯里的結(jié)構(gòu)起重要的作用，國家標(biāo)準(zhǔn)中，錨固磚有LZ-75、LZ-65、LZ-55、LZ-48四種，LZ-75、LZ-65的錨固磚的導(dǎo)熱系數(shù)、熱膨脹率及成本較LZ-55的錨固磚高，在軋鋼加熱爐上的一般部位，LZ-55錨固磚完全可滿足使用需要。而在水梁及壓下部位，一般選擇采用振動成型的PN-JZ-58的錨固磚。因?yàn)檎駝映尚偷腻^固磚材料的臨界粒度較大，材料的結(jié)合強(qiáng)度較高，錨固磚的抗拉強(qiáng)度也較機(jī)壓成型的高，并且通過國內(nèi)外幾十座軋鋼加熱爐使用已經(jīng)得到證明。表3為LZ-55、PN-JZ-58錨固磚的主要理化指標(biāo)。
表3 LZ-55、PN-JZ-58錨固磚的主理理化指標(biāo)
2.2 爐墻、爐頂
軋鋼加熱爐的預(yù)熱段工作溫度一般在1200℃以下，采用氧化鋁含量為50%~55%左右的低水泥汪料完全可滿足使用需求。加熱段及均熱段工作溫度一般在1 350℃左右，可選擇氧化鋁含量為60% 左右的低水泥澆注料，該低水泥耐火澆注料細(xì)粉應(yīng)選擇雜質(zhì)含量較低的原材料，以提高澆注料的高溫使用性能。爐墻及爐頂澆注料主要理化指標(biāo)，見表4。
表4軋鋼加熱爐爐墻及爐頂?shù)蜐沧⒘系闹饕砘阅?/FONT>
2.3 水冷管包軋用澆注料
水冷管包軋用澆注料其施工厚度一般在50~60mm左右。通常情況下，水冷管包軋用澆注料每座加熱爐只選擇一種，一般選擇氧化鋁含量為60%~65%的低水泥澆注料可滿足使用要求，但必需選擇流動性能較好的澆注料。由于氧化鋁含量較低的高鋁澆注料，原料本身吸水率較大，在烘烤及使用過程中收縮也較大，易產(chǎn)生裂紋，影響水冷管耐火材料的正常使用。而氧化鋁含量較高的高鋁澆注料，由于原材料導(dǎo)熱系數(shù)大、成本高，故不作為水冷管包軋的首選材料。表5為水冷管包軋澆注料主要理化指標(biāo)。
表5水冷管包扎澆注料主要理化指標(biāo)
3膨脹縫
軋鋼加熱爐不定形內(nèi)襯的膨脹縫數(shù)值及分布位置和構(gòu)造，應(yīng)由設(shè)計規(guī)定，膨脹縫數(shù)值可按材料線膨脹率大小留。圖7為PN-LN、PN-BH60澆注料熱膨脹率。熱膨脹率檢測標(biāo)準(zhǔn)YB/T 5205-1993，實(shí)驗(yàn)條件為1350 ℃x3 h燒后。由圖7可知，PN-LN澆注料1000℃的熱膨脹率為0.60%，PN-LN低水泥澆注料1000℃燒后的永久線變化率一般為-0.20%，所以軋鋼加熱爐預(yù)熱段PN-LN低水泥澆注料的膨脹縫留設(shè)為：0.60-0.22=0.40%，即每m應(yīng)留4 mm的膨脹縫，每2 m左右留8 mm左右的膨脹縫。PN-BH60澆注料1300℃的熱膨脹率為0.81%，由表2、3可知，PN-BH60低水泥澆注料1300℃燒后的永久線變化率為-0.28%，所以軋鋼加熱爐加熱段及均熱段PN-BH60低水泥澆注料的膨脹縫留設(shè)為0.81-0.28= 0.53%，即每m應(yīng)留5.3 mm膨脹縫，每2 m左右留 10.6 mm膨脹縫，但通常膨脹縫。因?yàn)樵诟邷叵拢牧嫌幸合嗌桑合嗟拇嬖诳删彌_材料的膨脹應(yīng)力，故PN-BH60低水泥澆注料在高溫段一般每2m左右留8 mm的膨脹縫。
4使用效果
研制的氧化鋁含量60%左右的低水泥澆注料已在寶鋼、唐鋼、泰鋼、太鋼、首鋼、漣鋼、武鋼、俄羅斯馬鋼等國內(nèi)外上百座軋鋼加熱爐爐襯上使用，良好的施工及使用性能得到用戶的認(rèn)可。