硅溶膠結(jié)合剛玉莫來石澆注料在石灰回轉(zhuǎn)窯爐襯修復(fù)中的應(yīng)用

李少華，薛海濤，袁 順，叢培源

（中冶武漢冶金建筑研究院有限公司，湖北 武漢 430081）

石灰產(chǎn)品在鋼鐵冶煉中起著重要作用，可以加快造渣速度、縮短冶煉時(shí)間、提高鋼水質(zhì)量等。活性石灰一般采用石灰回轉(zhuǎn)窯作為煅燒設(shè)備，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，耐火內(nèi)襯受到高溫高壓、機(jī)械沖擊、溫度變化帶來的熱應(yīng)力等作用而經(jīng)常導(dǎo)致開裂、剝落等情況發(fā)生，影響了正常使用，并帶來了一定的安全隱患。

國內(nèi)某能源公司的活性石灰煅燒設(shè)備為日產(chǎn)1 000 t的回轉(zhuǎn)窯，窯體直徑為4.8 m。石灰窯運(yùn)行過程中，筒體進(jìn)料端頭部位耐火材料出現(xiàn)大量開裂現(xiàn)象，局部材料剝落嚴(yán)重，筒體外殼溫度升高，嚴(yán)重影響了窯爐的正常生產(chǎn)，本文對(duì)此回轉(zhuǎn)窯破損情況進(jìn)行了分析，并詳細(xì)介紹了修復(fù)的過程。

1 回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯破損分析

停窯后對(duì)窯體進(jìn)料端損壞部位進(jìn)行查看分析，該部位原有材料使用的是摻加了鋼纖維的水泥結(jié)合高鋁澆注料。在回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行過程中，進(jìn)料端承受了卸落石灰原料的機(jī)械沖刷，澆注料磨損嚴(yán)重。另外，水泥作為材料結(jié)合劑[1]，引入了大量低熔物，隨溫度變化造成材料體積穩(wěn)定性差，因溫差造成的內(nèi)應(yīng)力（膨脹、收縮應(yīng)力）極大損傷了襯體結(jié)構(gòu)，當(dāng)溫差反復(fù)循環(huán)時(shí)，襯體強(qiáng)度不能有效抵御該內(nèi)應(yīng)力時(shí)，結(jié)構(gòu)開裂損毀。水泥結(jié)合材料在中溫下體積會(huì)產(chǎn)生一定的收縮，氣孔率增加，結(jié)構(gòu)變得疏松，而石灰窯使用的條件下，材料并未燒結(jié)形成陶瓷結(jié)合，導(dǎo)致澆注料的中、高溫物理性能和熱震穩(wěn)定性能差，中、高溫強(qiáng)度低，材料中溫強(qiáng)度下降約40%，耐磨性大幅下降，材料開裂。破損部位情況如圖1所示。

圖1 進(jìn)料端破損情況實(shí)物圖

2 修復(fù)用材料的選擇

針對(duì)窯體該部位使用環(huán)境情況，該項(xiàng)目工期較短，選擇水泥結(jié)合材料不能滿足工期要求且使用效果不佳，因此選擇硅溶膠結(jié)合剛玉莫來石澆注料代替?zhèn)鹘y(tǒng)摻加鋼纖維的水泥結(jié)合高鋁澆注料[2]。

硅溶膠結(jié)合剛玉莫來石澆注料的體積穩(wěn)定性和熱震穩(wěn)定性好[3]，能以網(wǎng)架結(jié)構(gòu)快速固化，快速烘烤，節(jié)省工期，中高溫強(qiáng)度高，施工性能好，耐磨性好，耐化學(xué)侵蝕性優(yōu)良，適用于該部位的使用環(huán)境要求，是一種適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)檢修耐材。該硅溶膠結(jié)合剛玉莫來石澆注料主要性能指標(biāo)見表1。

表1 硅溶膠結(jié)合剛玉莫來石澆注料性能指標(biāo)

3 破損部位修復(fù)過程

3.1 舊料清除、模板及錨固件制作安裝

將該破損部位內(nèi)襯材料清除，補(bǔ)焊長約150 mm的V型錨固釘后吹掃干凈，如圖2所示。根據(jù)窯體直徑及澆注厚度制作相應(yīng)尺寸的木模，澆注模板制備成圓弧形，按照設(shè)計(jì)預(yù)留出澆注料襯體的厚度，左右對(duì)齊后將模板固定，如圖3所示。

圖2 錨固件焊接施工圖

圖3 模板安裝施工圖

3.2 澆注施工

將硅溶膠結(jié)合剛玉莫來石澆注料粉料與結(jié)合劑混合攪拌均勻，嚴(yán)格控制結(jié)合劑加入量，不得過稀，在保證材料可以正常澆注施工的前提下盡量減少結(jié)合劑加入量，使材料具有更好的理化性能。將攪拌好的材料進(jìn)行澆注施工，并使用振動(dòng)棒充分振動(dòng)密實(shí)。材料攪拌如圖4所示。

圖4 材料攪拌施工圖

因回轉(zhuǎn)窯為圓形橫臥筒體，不能一次支模澆注成型，需分兩次進(jìn)行，即先安裝下半部模板后進(jìn)行澆注施工，待澆注料硬化產(chǎn)生強(qiáng)度后拆除半邊模具，將筒體旋轉(zhuǎn)后再安裝未澆注部分模具，然后進(jìn)行澆注施工及養(yǎng)護(hù)。兩次澆注材料的接觸面做鑿毛處理，使材料能更好地形成一個(gè)整體料層。

3.3 烘烤

材料澆注完成4 h內(nèi)硬化，產(chǎn)生強(qiáng)度后拆除模具，成型體無需低溫下緩慢升溫及保溫，直接置于點(diǎn)燃高溫炭火中烘烤加熱至600～800℃保溫3 h，轉(zhuǎn)動(dòng)筒體逐步均勻加熱整個(gè)澆注層，烘烤完成后即修復(fù)完成。材料烘烤如圖5所示，修復(fù)完成效果如圖6所示。

圖5 材料烘烤施工圖

圖6 修復(fù)完成效果圖

可以看出，材料修復(fù)完成后表面光滑平整，沒有出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，烘烤過后的材料有較高強(qiáng)度，修復(fù)效果好。

4 修復(fù)施工總結(jié)

該公司回轉(zhuǎn)窯修復(fù)選用硅溶膠結(jié)合剛玉莫來石澆注料。硅溶膠是一種納米氧化硅膠體，常溫下膠體凝膠化，膠粒間經(jīng)縮合反應(yīng)和與粉體間的吸附作用使基質(zhì)內(nèi)形成了有效的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生強(qiáng)度，并使排出水的有效通道均勻暢通，襯體內(nèi)的自由水能快速排出，硬化拆模后可以快速直接升至較高溫度進(jìn)行烘烤。澆注料在中、高溫段，氧化鋁微粉和硅溶膠中納米氧化硅膠體間結(jié)合，形成莫來石化反應(yīng)，且莫來石呈針狀及柱狀結(jié)晶成長，形成相互交織的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高了材料的斷裂韌性，阻止微裂紋擴(kuò)展，同時(shí)產(chǎn)生體積效應(yīng)，抵消了施工襯體部分體積收縮，使襯體具有較好的體積穩(wěn)定性能、溫度穩(wěn)定性和機(jī)械耐磨抗沖刷性能。材料的微觀結(jié)構(gòu)中晶相含量高，玻璃相含量低，中、高溫性能好。從表1硅溶膠澆注料的性能指標(biāo)可以看出材料具有優(yōu)良理化性能[4]。

上述對(duì)材料分析可以看出，硅溶膠結(jié)合澆注料是一種以網(wǎng)架結(jié)構(gòu)快速固化的材料，在工期較緊的修復(fù)工程中可贏得脫模和烘烤時(shí)間，施工后材料襯體在4 h內(nèi)硬化，之后便可進(jìn)行拆模烘烤，烘烤僅需3 h即可投入正常生產(chǎn)運(yùn)行，為回轉(zhuǎn)窯修復(fù)節(jié)省了大量時(shí)間，避免了用水泥結(jié)合材料需要低溫下緩慢升溫保溫的過程。

澆注料采用了性能穩(wěn)定的莫來石和剛玉，體積穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性得到大幅提高，避免了使用水泥結(jié)合材料因溫差變化產(chǎn)生膨脹、收縮內(nèi)應(yīng)力而開裂、剝落的現(xiàn)象，從實(shí)際澆注成型體可以看出修復(fù)效果良好。

硅溶膠澆注料在使用過程中隨著溫度升高強(qiáng)度也逐步提高，特別是在800～1 100℃中溫段時(shí)即可形成二次莫來石化反應(yīng)，提高了材料的中溫強(qiáng)度，同時(shí)具有優(yōu)良的耐磨性能和溫度穩(wěn)定性。

5 使用效果

該公司石灰回轉(zhuǎn)窯修復(fù)成功后即投入正常生產(chǎn)。正常情況下，水泥結(jié)合材料使用6～8個(gè)月后會(huì)出現(xiàn)筒體局部溫度過高現(xiàn)象，需要進(jìn)行檢修。而使用了硅溶膠結(jié)合剛玉莫來石澆注料后至今已投產(chǎn)一年多時(shí)間，筒體修復(fù)部位狀態(tài)良好，表面溫度低于100℃，未出現(xiàn)異常狀況。

6 結(jié)論

回轉(zhuǎn)窯進(jìn)料端部位內(nèi)襯材料長期處于溫度頻繁變化、原料卸落沖刷磨損等惡劣環(huán)境下，對(duì)該部位材料提出了嚴(yán)苛的要求。溶膠結(jié)合剛玉莫來石澆注料成功應(yīng)用于石灰回轉(zhuǎn)窯，極大程度上延長了回轉(zhuǎn)窯的使用壽命，預(yù)計(jì)可以使用2～4年。該澆注料的應(yīng)用效果顯著，得到了業(yè)主方極大認(rèn)可，獲得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。