章荣会 李芳 王宗乐

　　摘 要 开发了一种性能优异的金属陶瓷预挂渣皮材料，该材料具有极高的抗折强度、抗剪切强度、高耐磨及高导热性能，用于高炉冷却壁热端的燕尾槽内，可解决燕尾槽界面处易断裂的问题，能够长期稳定地附着在冷却壁金属表面上，起到保护冷却壁与隔热节能作用，从而达到延长冷却壁乃至高炉寿命的目的。
　　关键词 金属陶瓷 预挂渣皮 冷却壁 高炉

　　高炉冷却壁是高炉内衬的重要水冷件，主要对炉壳起保护作用，能有效地防止炉壳受热后产生变形、开裂等。在诸多影响高炉寿命的因素中，高炉炉衬及冷却壁的破损是高炉被迫进行大修的主要原因。因此，能否实现冷却设备的长寿，已成为能否实现高炉炉体长寿的关键条件之一。

　　1. 高炉冷却壁的现状

　　目前冷却壁基体按材质分，可分为金属冷却壁和非金属冷却壁。金属冷却壁包括铸铁冷却壁、铸钢冷却壁、铜冷却壁、以及热面用铜质冷面用钢质的复合结构冷却壁等；非金属冷却壁选用性能优良的特种耐火材料做基体材料。冷却壁结构以带燕尾槽的结构最为普遍，在燕尾槽内镶砖或镶填不定形耐火材料。不仅冷却壁基体材质对冷却壁使用寿命影响很大，冷却壁热面所配置的耐火材料质量的好坏也是影响冷却壁冷却效果的关键因素。冷却壁热面所用的耐火材料多以耐火烧成转、浇注料、捣打料或喷涂料的形式存在，材质一般为塞隆刚玉、塞隆碳化硅质或氮化硅结合碳化硅质等。

• 　　冷却壁热面耐火材料所处使用环境十分苛刻，它要长时间在高温的条件下承受炉渣的侵蚀、炉料的磨损、上升煤气流的冲刷、温度变化的热冲击等，因而一般几个月或稍长时间就被逐步磨损或冲刷掉。耐火材料被磨损冲刷掉的原因主要是耐火材料一般为脆性材料，燕尾槽处的巨大剪切力很容易造成镶砖的根部断裂，从而造成耐火材料保护层的脱落甚至整体垮塌。没有了耐火材料的保护，冷却壁表面就会暴露出来直接接触高温炉料与炉气的冲刷与侵蚀。同时，由于没有了耐火材料层的隔热，冷却壁内冷却水会带走大量热量，造成大量热量的散失，表现为生产的高焦比与高能耗。

　　为克服冷却壁热面采用耐火材料的缺陷，北京联合荣大有限责任公司自主研发了一种新型的金属陶瓷预挂渣皮材料，该人工合成渣皮材料由耐火材料和硅酸钙粉末及金属耐热钢纤维按一定比例配制。耐火材料由碳化硅、刚玉、氧化铝微粉、硅灰以及结合剂、减水剂按一定比例混配均匀，结合剂为铝酸盐水泥或磷酸二氢铝等。

1. 　　金属陶瓷预挂渣皮材料的研制采用了先进的陶瓷注浆工艺，该工艺的技术特点是高含量的钢纤维（远高于常规钢纤维增强耐火浇注料中钢纤维的含量，一般钢纤维增强耐火浇注料中钢纤维含量按重量比不会高于5%，按体积比不会高于2%）引入以改善非金属材料的特性缺陷，得到一种能平衡金属和非金属特性的新型复合材料。将大量的钢纤维添加入耐火材料中，使耐火材料的非金属脆性及低导热性得以大幅度改善。
2. 　　高炉冷却壁用金属陶瓷预挂渣皮材料与目前使用的耐火材料相比，其优点如下：
3. 　　1、具有极高的抗折强度、抗压强度及高耐磨性能（具体指标见表1），所以能够长期稳定地附着在冷却壁金属表面上，起到保护冷却壁与隔热节能作用，从而避免了炉壁镶砖或喷涂修补内衬的短寿命及高炉内壁经常维修、维护的问题。

• 　　2、由于预挂渣皮材料中添加了大量的金属钢纤维，其导热系数远远超过现有镶嵌在冷却壁上的耐火材料，同时因为预挂渣皮成分中配有硅酸钙粉末，因此即使经过长期使用后预挂渣皮材料发生磨损变薄，其靠近炉内炉渣一侧的粗糙表面也会很容易冷凝附着炉渣保护层，且此粘附炉渣层与预挂炉渣层结合紧密不易脱落、另外也解决了耐火材料易发生脆性断裂的问题（见图1和图2）。

• 　　3、研制的金属陶瓷预挂渣皮材料与冷却壁冷端本体材质结构灵活，铸铁冷却壁、铸钢冷却壁或铜冷却壁均可，燕尾槽或其他能够咬住或挂住预挂渣皮的结构都可以。

  　　4、根据高炉不同使用部位的不同工况条件，金属陶瓷预挂渣皮材料中所用的耐火材料可以根据使用环境调整,比如通过提高碳化硅比例提高导热系数，减少硅酸钙用量以提高预挂渣皮材料的耐火性能等。
  　　5、由于研制的金属陶瓷预挂渣皮材料的使用寿命长，因此高炉运行是的内衬维修费用少，并且冷却壁散热减少，因此金属陶瓷预挂渣皮冷却壁综合成本低，一次投资后可永久使用。
  　　3. 金属陶瓷预挂渣皮材料的施工
  　　高炉冷却壁用金属陶瓷预挂渣皮材料可以浇注料的形式整体浇注在冷却壁的热面上（见图3a），亦可以按冷却壁燕尾槽的尺寸形状做成与冷却壁等宽的长条状大块砖（见图3b）或2块砖组合而成。冷却壁采用该材料不会因为燕尾槽界面处的断裂造成覆盖层的垮塌，而且其耐磨性能极好，因而也不会被很快磨损掉，从而能够长期覆盖于冷却壁热面上。待冷却壁安装上高炉之后，相当于冷却壁内壁上有了一层永久性预挂炉渣，起到保护冷却壁与隔热作用，且长期安全存在，从而达到延长冷却壁乃至高炉寿命的目的。