武鋼機(jī)械制造公司鍛造車(chē)間共有8臺(tái)室式鍛造集熱爐，工作溫度為1200~1350℃，加熱爐爐門(mén)由鑄鐵架和高爐耐火磚或致密高鋁澆注料組成。在實(shí)際生產(chǎn)中，存在著爐門(mén)使用壽命較短(單個(gè)爐門(mén)使用壽命僅為7天)，砌筑修復(fù)成本較高，爐門(mén)沉重等問(wèn)題。為了有效降低鍛造爐門(mén)砌筑修復(fù)成本，延長(zhǎng)爐門(mén)使用壽命，降低爐門(mén)自重，改善爐門(mén)的開(kāi)啟操作，根據(jù)鍛造加熱爐爐門(mén)的生產(chǎn)使用條件與破損原因分析，進(jìn)行了爐門(mén)澆注料的研究及工業(yè)應(yīng)用。
爐門(mén)破損原因分析
針對(duì)鍛造加熱爐爐門(mén)使用壽命較短，砌筑修復(fù)成本較高，爐門(mén)沉重等問(wèn)題，對(duì)鍛造加熱爐爐門(mén)的生產(chǎn)使用條件進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，并對(duì)高鋁耐火磚與致密高鋁澆注料爐門(mén)的破損狀況進(jìn)行了跟蹤與分析。對(duì)于爐門(mén)過(guò)于沉重的問(wèn)題，從爐門(mén)的鑄鐵框架與耐火材料兩方面進(jìn)行了降低自重的分析。爐門(mén)鑄鐵框架的主要功能在于保持爐門(mén)的外形結(jié)構(gòu)與提供爐門(mén)結(jié)構(gòu)力，從而保持爐門(mén)與爐口的密實(shí)與爐門(mén)自身的順利開(kāi)啟。由此看來(lái)大幅度降低爐門(mén)鑄鐵框架的重量的可能性較小。爐門(mén)砌筑耐火材料的主要作用是保護(hù)鑄鐵框架與阻隔爐內(nèi)火焰，要求耐火材料具有合適的耐火性能、力學(xué)強(qiáng)度與相關(guān)的使用性能，對(duì)耐火材料密度沒(méi)有特殊要求。因而，可采用降低爐門(mén)耐火材料密度的方法來(lái)降低爐門(mén)自重。對(duì)于爐門(mén)使用壽命段的問(wèn)題，認(rèn)為其主要原因有爐門(mén)耐火材料的抗熱震性差，耐火磚襯整體性差，加熱爐爐溫較高等。由于耐火材料的抗熱震性差，在加熱爐爐門(mén)頻繁開(kāi)啟的工作條件下，導(dǎo)致耐火磚襯出現(xiàn)嚴(yán)重的斷磚現(xiàn)象以及耐火材料澆注襯開(kāi)裂脫落現(xiàn)象。此外，爐門(mén)耐火磚襯因其砌筑的整體性較差，導(dǎo)致嚴(yán)重的掉磚現(xiàn)象，引起爐門(mén)金屬框架燒蝕破損，致使?fàn)t門(mén)使用壽命短，耐火磚與金屬框消耗量大，爐門(mén)維護(hù)成本高。另外，加熱爐爐溫較高是爐門(mén)金屬框架燒蝕的根本原因，正爐壓則使?fàn)t氣沿爐門(mén)邊框外溢，導(dǎo)致?tīng)t門(mén)金屬外框燒蝕。
爐門(mén)澆注料的研制
原材料的選擇
根據(jù)上述鍛造加熱爐爐門(mén)破損原因分析，鄭州駒達(dá)新材料認(rèn)為通過(guò)合理選擇澆注料的原材料，組分配比的調(diào)整和外加劑方面的研究，可以改善爐門(mén)澆注料的使用性能，達(dá)到提高爐門(mén)使用壽命的目的。為此，在爐門(mén)澆注料的原材料選擇方面進(jìn)行了相應(yīng)的研究與分析。選取了耐火度、抗熱震性及高溫抗沖刷性能優(yōu)良的特級(jí)焦寶石和一級(jí)高鋁熟料作為澆注料的骨料，以改善澆注料的高溫性能。從改善澆注料的常溫與高溫結(jié)合強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性等方面考慮，選取一級(jí)高鋁粉為澆注料的主要粉料，水泥及微粉為復(fù)合結(jié)合劑，藍(lán)晶石為膨脹添加劑，水泥及微粉為復(fù)合結(jié)合劑，藍(lán)晶石為膨脹添加劑。從改善澆注料的常溫與高溫結(jié)合強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性等方面考慮，選取一級(jí)高鋁粉為澆注料的主要粉料，水泥及微粉為復(fù)合結(jié)合劑，藍(lán)晶石為膨脹添加劑。從改善澆注料抗熱震性、防暴性和降低密度方面考慮，選取了力學(xué)性能與抗高溫粉化性能優(yōu)良的無(wú)機(jī)高鋁纖維為防爆、增強(qiáng)添加劑。此外，為了滿足鍛造加熱爐爐門(mén)澆注料的施工性能和其他相關(guān)的使用性能，選擇了多種有機(jī)與無(wú)機(jī)減水劑、分散劑為復(fù)合外加劑。澆注料主要原材料的理化性能如表1所示。
表1 主要原材料化學(xué)成分 (百分比%)
爐門(mén)澆注料的實(shí)驗(yàn)研究
根據(jù)上述的原材料選擇原則與澆注料性能改進(jìn)思路，按照澆注料中Al2O3的含量不同進(jìn)行了多個(gè)配方設(shè)計(jì)，并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了配方調(diào)整實(shí)驗(yàn)機(jī)抗熱震性實(shí)驗(yàn)。按照實(shí)驗(yàn)預(yù)定的高抗熱震性技術(shù)要求，確定了5個(gè)性能優(yōu)良的澆注料配方，分別制成40mm×40mm×160mm的試樣進(jìn)行詳細(xì)的理化性能檢測(cè)，具體檢測(cè)結(jié)果如表2。
表2 澆注料理化性能檢測(cè)結(jié)果
根據(jù)上述澆注料的試驗(yàn)研究情況，根據(jù)鍛造加熱爐爐門(mén)澆注料性能要求的分析結(jié)果，確立了爐門(mén)澆注料相應(yīng)的理化性能指標(biāo)，具體如表3所示。澆注料牌號(hào)為L(zhǎng)M-60。
表3 LM-60澆注料理化性能指標(biāo)
爐門(mén)LM-60澆注料的工業(yè)性試驗(yàn)與應(yīng)用
鍛造車(chē)間加熱爐的4個(gè)爐門(mén)上進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)。首先進(jìn)行爐門(mén)澆注料施工，再自然氧化3d。此后，隨爐正式投入生產(chǎn)使用。工業(yè)性試驗(yàn)爐門(mén)平均使用壽命為30d，平均單個(gè)爐門(mén)用料量為300kg。與原高鋁磚和致密高鋁澆注料爐門(mén)相比，單個(gè)爐門(mén)用料量下降25%~32%，爐門(mén)使用壽命提高3倍多，達(dá)到了延長(zhǎng)爐門(mén)使用壽命的工業(yè)性試驗(yàn)效果。
基于爐門(mén)LM-60澆注料優(yōu)良的工業(yè)性試驗(yàn)效果，決定在鍛造加熱爐爐門(mén)上推廣應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果。經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，爐門(mén)實(shí)際應(yīng)用的平均壽命為25d，與原高鋁磚和致密高鋁澆注料爐門(mén)相比，爐門(mén)耐火材料用料量分別下降25%和32%，使用壽命延長(zhǎng)2.1倍，取得了良好的應(yīng)用效果。由于爐門(mén)耐火材料用料量的降低，減輕了爐門(mén)自重，方便了爐門(mén)的開(kāi)啟。LM-60澆注料大量采用了價(jià)格低廉的焦寶石，降低了澆注料的價(jià)格與爐門(mén)澆注料費(fèi)用。爐門(mén)壽命的提高，大大降低了爐門(mén)金屬框架消耗，耐火材料消耗與生產(chǎn)維護(hù)成本。經(jīng)武鋼機(jī)械制造公司財(cái)務(wù)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，機(jī)械制造公司鍛造加熱爐加熱爐采用LM-60澆注料后，年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益35.9萬(wàn)元。
通過(guò)對(duì)鍛造加熱爐爐門(mén)破損原因的分析，確立了延長(zhǎng)爐門(mén)使用壽命的具體措施，完成了LM-60爐門(mén)澆注料的研制，達(dá)到了降低爐門(mén)砌筑維護(hù)成本，延長(zhǎng)爐門(mén)使用壽命的目的。
