武鋼機(jī)械制造公司鍛造車間共有8臺室式鍛造集熱爐，工作溫度為1200~1350℃，加熱爐爐門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，存在著爐門使用壽命較短(單個(gè)爐門使用壽命僅為7天)，砌筑修復(fù)成本較高，爐門沉重等問題。為了有效降低鍛造爐門砌筑修復(fù)成本，延長爐門使用壽命，降低爐門自重，改善爐門的開啟操作，根據(jù)鍛造加熱爐爐門的生產(chǎn)使用條件與破損原因分析，進(jìn)行了爐門澆注料的研究及工業(yè)應(yīng)用。
爐門破損原因分析
針對鍛造加熱爐爐門使用壽命較短，砌筑修復(fù)成本較高，爐門沉重等問題，對鍛造加熱爐爐門的生產(chǎn)使用條件進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)研，并對高鋁耐火磚與致密高鋁澆注料爐門的破損狀況進(jìn)行了跟蹤與分析。對于爐門過于沉重的問題，從爐門的鑄鐵框架與耐火材料兩方面進(jìn)行了降低自重的分析。爐門鑄鐵框架的主要功能在于保持爐門的外形結(jié)構(gòu)與提供爐門結(jié)構(gòu)力，從而保持爐門與爐口的密實(shí)與爐門自身的順利開啟。由此看來大幅度降低爐門鑄鐵框架的重量的可能性較小。爐門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，對耐火材料密度沒有特殊要求。因而，可采用降低爐門耐火材料密度的方法來降低爐門自重。對于爐門使用壽命段的問題，認(rèn)為其主要原因有爐門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，在加熱爐爐門頻繁開啟的工作條件下，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裂脫落現(xiàn)象。此外，爐門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，引起爐門金屬框架燒蝕破損，致使?fàn)t門使用壽命短，耐火磚與金屬框消耗量大，爐門維護(hù)成本高。另外，加熱爐爐溫較高是爐門金屬框架燒蝕的根本原因，正爐壓則使?fàn)t氣沿爐門邊框外溢，導(dǎo)致爐門金屬外框燒蝕。
爐門澆注料的研制
原材料的選擇
根據(jù)上述鍛造加熱爐爐門破損原因分析，鄭州駒達(dá)新材料認(rèn)為通過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，可以改善爐門澆注料的使用性能，達(dá)到提高爐門使用壽命的目的。為此，在爐門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)良的特級焦寶石和一級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，具體檢測結(jié)果如表2。
表2 澆注料理化性能檢測結(jié)果
根據(jù)上述澆注料的試驗(yàn)研究情況，根據(jù)鍛造加熱爐爐門澆注料性能要求的分析結(jié)果，確立了爐門澆注料相應(yīng)的理化性能指標(biāo)，具體如表3所示。澆注料牌號為LM-60。
表3 LM-60澆注料理化性能指標(biāo)
爐門LM-60澆注料的工業(yè)性試驗(yàn)與應(yīng)用
鍛造車間加熱爐的4個(gè)爐門上進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)。首先進(jìn)行爐門澆注料施工，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)爐門平均使用壽命為30d，平均單個(gè)爐門用料量為300kg。與原高鋁磚和致密高鋁澆注料爐門相比，單個(gè)爐門用料量下降25%~32%，爐門使用壽命提高3倍多，達(dá)到了延長爐門使用壽命的工業(yè)性試驗(yàn)效果。
基于爐門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相比，爐門耐火材料用料量分別下降25%和32%，使用壽命延長2.1倍，取得了良好的應(yīng)用效果。由于爐門耐火材料用料量的降低，減輕了爐門自重，方便了爐門的開啟。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)格與爐門澆注料費(fèi)用。爐門壽命的提高，大大降低了爐門金屬框架消耗，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35.9萬元。
通過對鍛造加熱爐爐門破損原因的分析，確立了延長爐門使用壽命的具體措施，完成了LM-60爐門澆注料的研制，達(dá)到了降低爐門砌筑維護(hù)成本，延長爐門使用壽命的目的。
