CN108300850A - 一种加热炉用复合出钢炉炕结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加热炉用复合出钢炉炕结构及其施工方法，包括耐磨层和设置在耐磨层下层的基础层，所述耐磨层由锆刚玉砖和铬刚玉砖相间砌筑而成，所述铬刚玉砖与锆刚玉砖的砖数比例为8：2，所述基础层由高强耐磨浇注料制作而成。本发明所公开的炉炕结构具有耐高温性、高耐腐蚀性、高耐磨损、高抗渣性侵蚀、高热震稳定性、高温低蠕变性等材料及较好的急冷急热性能特性，能够较好地满足高产量端进测出加热炉的基本要求，而该炉炕结构的施工方法具有结构简单、施工方便、拆装简易、维护成本较低的优点。

Description

一种加热炉用复合出钢炉炕结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种加热炉用复合出钢炉炕结构及其施工方法，适用加热炉结构材料技术领域。

背景技术

端进侧出推钢式加热炉是目前钢铁生产企业轧钢工艺环节最主要的热工设备。该加热炉为连续式生产，这对耐火材料性能提出了较高的要求。特别是在出钢侧，出钢炉炕结构材料的工作环境尤其恶劣，要求材料同时要兼具耐高温性、高耐腐蚀性、高耐磨损、高抗渣性侵蚀、高热震稳定性、高温低蠕变性等材料特性以及较好的急冷急热性能。传统的出钢侧炉炕结构一般采用耐热耐磨钢、普通铬刚玉砖、高强耐磨浇注料等作为炉炕材料。但是随着加热炉的炉型不断进步，炉型不断增大；钢坯尺寸不断增加，钢坯重量不断增重，传统的普通炉炕结构及应用材料已经无法满足加热炉的使用要求。

针对端进侧出推钢式加热炉出钢炉炕结构所存在的问题，国内有企业和研究机构进行了大量的研究，分别从材料领域和炉炕结构领域提出自己的研究成果。其中，中国发明专利CN103896608A公开了“一种铬钢玉钛砖及其生产方法，该发明从材料角度出发，通过在传统铬钢玉砖的配方基础上，加入钛白粉，目的在于提高材料自身的抗渣性侵蚀性能和热震稳定性能。但是该发明没有从耐磨性能和结构角度考虑材料的使用寿命。同时，国内有钢铁企业提出了一种“耐热铸钢半热板和铸铁水冷版的复合出钢槽”，这种出钢槽作为炉炕使用，具有寿命较长、更换方便、维护简单等优势，但是该企业在后期的使用过程中，同样发现了该结构存在整体重量较重、成本较高、上下层结构之间磨损不一致、半热板质量不稳定等诸多缺陷。并不适合于大规模推广应用。因此，国内端进侧出推钢式加热炉出钢炉炕结构主要还是以具备高抗耐磨性能的耐火材料为主，主要的研究方向还是复合出钢结构以及复合性能耐火材料。

发明内容

本发明提供一种加热炉用复合出钢炉炕结构，该炉炕结构具有耐高温性、高耐腐蚀性、高耐磨损、高抗渣性侵蚀、高热震稳定性、高温低蠕变性以及较好的急冷急热性能等材料特性。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案是：一种加热炉用复合出钢炉炕结构，包括耐磨层和设置在耐磨层下层的基础层，所述耐磨层由锆刚玉砖和铬刚玉砖相间砌筑而成，所述铬刚玉砖与锆刚玉砖的砖数比例为8：2，所述基础层由高强耐磨浇注料制作而成。

进一步的，所述炉炕结构位于加热炉的出钢侧，其总体宽度为500—700mm，长度为7000—10000mm，厚度为1000—1200mm，工作温度范围为1150—1450℃，体积密度为2.4—4.1cm³/g，莫氏硬度为6.5—9.0，磨损量为0.05—0.1㎡/kg。

进一步的，所述耐磨层厚度为260—320㎜，长度为7000—10000㎜，工作温度范围为1150—1450℃，体积密度为3.2—4.1cm³/g，莫氏硬度为8.5—9.0，磨损量为0.05㎡/kg，抗压强度为140—200Mpa。

进一步的，所述基础层厚度为680—980㎜，长度为7000—10000㎜，耐受温度范围为650—950℃，体积密度为2.5—2.7cm³/g，莫氏硬度为5.5—6.0，磨损量为0.08㎡/kg，抗压强度为50—70Mpa。

进一步的，所述锆刚玉砖为电熔-熔铸锆刚玉砖，该锆刚玉砖采用无缩缝熔铸技术制作，主要由氧化铝粉、氧化锆粉和二氧化硅混合均匀，利用电熔炉熔化后注入模型内冷却而成。

进一步的，所述锆刚玉砖的体积密度为3.75—4.1cm³/g，莫氏硬度≥9.0，磨损量在0.05㎡/kg，抗压强度为180—200Mpa。

进一步的，所述铬刚玉砖为电熔-重烧铬刚玉砖，该铬刚玉砖以α-Al2O3粉、电熔白刚玉和电熔棕刚玉为基本原料，加入氧化铬粉和铝矾土熟料细粉，通过1200吨压机压制成型，再经高温1780℃烧制而成。

进一步的，所述铬刚玉砖体积密度为3.2—3.4cm³/g，莫氏硬度为8.5—9.0，磨损量在0.05㎡/kg，抗压强度为140—160Mpa。

进一步的，所述高强耐磨浇注料由高强镁铬矿物骨料、铝矾土粉料及高分子聚合物组成，所述高强镁铬矿物骨料的粒径5—8㎜，所述铝矾土粉料的粒径30-50目。

本发明还提供一种加热炉用复合出钢炉炕结构的施工方法，该炉炕结构的施工方法具有人工成本低、管理费用低、施工过程简单快捷、施工材料易于采购、维护成本较低等综合优势。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案是：一种加热炉用复合出钢炉炕结构的施工方法，主要包括以下步骤：

(1)整体浇筑：以加热炉炉底混凝土为基础层为底，以加热炉窑墙为侧向模具，将高强耐磨浇注料进行基础层的整体浇筑；

(2)保温养护：浇筑完成后，对基础层进行保温养护，养护温度为5—30℃，养护时间为10—15天；

(3)水平调整：待基础层硬化以后，再使用高强耐磨浇注料微粉进行水平调整，使得基础层上表面整体高度差≤1mm；

(4)砌筑耐磨层：将锆刚玉砖和铬刚玉砖砌筑于基础层之上，形成耐磨层。

采用了上述技术方案，本发明所公开的炉炕结构具有耐高温性、高耐腐蚀性、高耐磨损、高抗渣性侵蚀、高热震稳定性、高温低蠕变性等材料及较好的急冷急热性能特性，能够较好地满足高产量端进测出加热炉的基本要求。该炉炕结构的使用寿命远高于现有任何出钢炉炕结构，其设计基本使用寿命为18—24个月。特别地，该炉炕结构的基础层为永久层，通常情况不需要更换。而耐磨砖的更换只需要将出钢口一侧放低，由推钢机将锆刚玉砖和铬钢玉砖依次推出即可，重新安装时，将两种砖依次推入即可，具有结构简单、施工方便、拆装简易、维护成本较低的优点。

附图说明

图1本发明的一种加热炉用复合出钢炉炕结构的主视剖面图；

图2本发明的一种加热炉用复合出钢炉炕结构的俯视剖面图；

图3本发明的一种加热炉用复合出钢炉炕结构的侧视剖面图；

图中：1.耐磨层，2.基础层，3.锆刚玉砖，4.铬刚玉砖，5.钢坯，6.出钢口，7、加热炉窑墙。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

如图1-3所示，一种加热炉用复合出钢炉炕结构，包括耐磨层1和设置在耐磨层1下层的基础层2，所述耐磨层1由锆刚玉砖3和铬刚玉砖4相间砌筑而成，所述铬刚玉砖3与锆刚玉砖4的砖数比例为8：2，所述基础层2由高强耐磨浇注料制作而成。

所述炉炕结构位于加热炉的出钢侧，其总体宽度为500—700mm，长度为7000—10000mm，厚度为1000—1200mm，工作温度范围为1150—1450℃，体积密度为2.4—4.1cm³/g，莫氏硬度为6.5—9.0，磨损量为0.05—0.1㎡/kg。

所述耐磨层1厚度为260—320㎜，长度为7000—10000㎜，工作温度范围为1150—1450℃，体积密度为3.2—4.1cm³/g，莫氏硬度为8.5—9.0，磨损量为0.05㎡/kg，抗压强度为140—200Mpa。

具体的，耐磨层1为过钢层，所有加热炉的钢坯5经过退工，侧向划入该层，再轴向经该层推出炉体，该层直接接触钢坯5，具备高温高压高抗磨损等基本特性。耐磨层1应略高于出钢口6水平高度，高度差在3—5mm为宜。

所述基础层2厚度为680—980㎜，长度为7000—10000㎜，耐受温度范围为650—950℃，体积密度为2.5—2.7cm³/g，莫氏硬度为5.5—6.0，磨损量为0.08㎡/kg，抗压强度为50—70Mpa。

具体的，基础层2为结构承重层，该层需要承受来自钢坯5及耐磨层2的重量总和，具备高抗压强度和较低线性收缩比性能。

所述锆刚玉砖3为电熔-熔铸锆刚玉砖，该锆刚玉砖3采用无缩缝熔铸技术制作，主要由氧化铝粉、氧化锆粉和二氧化硅混合均匀，利用电熔炉熔化后注入模型内冷却而成。

锆刚玉砖3是一种白色固体耐火材料，其岩相结构由刚玉与锆斜石的共析体和玻璃相组成，即刚玉相和锆斜石相的共析体，玻璃相充填于它们的结晶之间。该砖致密度很高，表面呈玻璃相，摩擦系数较低，主要起助滑作用。

所述锆刚玉砖3的体积密度为3.75—4.1cm³/g，莫氏硬度≥9.0，磨损量在0.05㎡/kg，抗压强度为180—200Mpa。

所述铬刚玉砖4为电熔-重烧铬刚玉砖，该铬刚玉砖4以α-Al2O3粉、电熔白刚玉和电熔棕刚玉为基本原料，加入氧化铬粉和铝矾土熟料细粉，通过1200吨压机压制成型，再经高温1780℃烧制而成。

铬刚玉砖4为砖体呈深紫色的固态耐火材料，其岩相结构由刚玉与氧化铬粉的共析体和玻璃相组成，即刚玉相和氧化铬粉相的共析体。该砖致密度较高，在本炉炕结构中主要起抗磨作用。

所述铬刚玉砖4体积密度为3.2—3.4cm³/g，莫氏硬度为8.5—9.0，磨损量在0.05㎡/kg，抗压强度为140—160Mpa。

所述高强耐磨浇注料由高强镁铬矿物骨料、铝矾土粉料及高分子聚合物组成，所述高强镁铬矿物骨料的粒径5—8㎜，所述铝矾土粉料的粒径30-50目。该高强耐磨浇注料具有耐磨损失最小，强度高、形状任意可控制、整体性强、装卸简单、施工简单、施工性能好等性能。

具体的，高分子聚合物为磷酸盐。

实施例2：

一种加热炉用复合出钢炉炕结构的施工方法，主要包括以下步骤：

(1)整体浇筑：以加热炉炉底混凝土为底，以加热炉窑墙7为侧向模具，将高强耐磨浇注料进行基础层的整体浇筑；

(2)保温养护：浇筑完成后，对基础层2进行保温养护，养护温度为5—30℃，养护时间为10—15天；

(3)水平调整：待基础层2硬化以后，再使用高强耐磨浇注料微粉进行水平调整，使得基础层2上表面整体高度差≤1mm；

(4)砌筑耐磨层1：将锆刚玉砖3和铬刚玉砖4砌筑于基础层2之上，形成耐磨层1。

步骤(3)中，高强耐磨浇注料微粉包括粒径100—150目的硅微粉和粒径200—300目的氧化铝微粉。

步骤(4)中，耐磨层1所采用的间砌方法为干摆砌筑，不开耐火泥浆，耐磨层1以铬刚玉砖4为主，锆刚玉砖3为辅，铬刚玉砖4与锆刚玉砖3的砖数比例为8：2，其中锆刚玉砖3分开摆放，总体跨度大于或等于钢坯5长度。

特别地，在炉炕结构长度方向中线位置，砌筑1—2块铬刚玉砖4。

特别地，耐磨层1临出钢口1—2块为铬刚玉砖4。

实施例3：

以钢坯5的宽度方向为纵向，以钢坯5的长度方向为轴向，炉炕结构自身长宽尺寸均大于钢坯5尺寸，本实施例中，以生产140×140×6000㎜碳钢方坯加热炉为实施对象，优选炉炕结构自身尺寸为1000㎜(高)×580㎜(宽)×7000㎜(长)。

本实施例中，优选炉炕结构耐磨层1厚度为280㎜，基础层22厚度为720㎜，炉炕总厚度即等于炉炕总高度1000㎜。其中耐磨层1为铬钢玉砖4和锆刚玉砖3分块砌筑，基础层2为高强浇注料整体浇筑。

本实施例中，所述碳钢方坯到炉炕结构位置时，其钢坯5自身温度在1200℃左右，炉膛环境温度在1000℃以上，本实施例耐磨层1所采用的铬钢玉砖4和锆刚玉砖3耐受温度均为在1650℃以上，具有良好的抗荷软性能和高温低蠕变性能，完全可以满足生产需求，为本实施例优选方案。

本实施例中，所述炉炕结构耐磨层1的锆刚玉砖3和铬钢玉砖4尺寸一致，根据炉炕结构自身尺寸，优选锆刚玉砖3和铬钢玉砖4的自身尺寸为280㎜(高)×580㎜(宽)×348㎜(长)，优选高度与炉炕结构耐磨层厚度等同，宽度与炉炕结构耐磨层宽度等同。优选锆刚玉砖3和铬钢玉砖4总数量为20块，砖体总长度6960㎜。考虑到材料热胀冷缩性能，优选砖体间膨胀缝缝为21条，共计40㎜，膨胀系数为0.5％，砖体长度和膨胀缝长度总和等于炉炕结构长度。

本实施例中，所述炉炕结构耐磨层1的锆刚玉砖3和铬钢玉砖4砌筑方法为两种砖型分开间接砌筑，本方案实施例优选锆刚玉砖3数量为6块，铬钢玉砖4数量为14块。砌筑方面，考虑到铬钢玉砖4的体密较小，急冷急热性能优于铬钢玉砖4，而加热炉两侧炉门口温差较大，故临近炉门口炉炕结构用砖优选砌筑铬钢玉砖4，本实施例中，自两侧炉门口向炉内中心700㎜长度炉炕结构，优选分别砌筑2块铬钢玉砖4，总长1400㎜。剩余5600㎜炉炕结构长度，略短于钢坯5长度，优选在其两侧边缘位置及中线位置分别砌筑2块锆刚玉砖3，总长度2100㎜，。剩余炉炕结构部分砌筑铬钢玉砖4。

本实施例中，考虑到钢坯5尺寸较小，重量较轻和综合成本问题，优选由无缩缝熔铸技术制作，牌号为AZS—36Y的锆刚玉砖3，其莫氏硬度≥9.0，磨损量为0.05㎡/kg，抗压强度在180以上，能够满足钢坯5长期磨损的需要，但是体积密度要比AZS—41Y轻10％左右，具有良好的经济性和低耗能性。

本实施例中，同样考虑到钢坯5尺寸较小，重量较轻和综合成本问题，优选通过1200吨压机压制成型，经过1780℃烧成，牌号为GGZ—12的铬钢玉砖4，其体积密度在3.2cm³/g左右，莫氏在8.5以上，磨损量在0.05㎡/kg，抗压强度在140以上，能够满足钢坯5长期磨损的需要，但是体积密度要比GGZ—20轻8.5％左右，同样具有良好的经济性和低耗能性。

本实施例中，在生产140方坯的情况下，采用体密较轻的锆刚玉砖3和铬钢玉砖4，其总体重量相对降低了9％左右。但是使用寿命不变，最长使用寿命能够达到24个月左右。

本实施例中，所述炉炕结构基础层所用的高强耐磨浇注料，优选浇注料粒度配方为高强镁铬矿物骨料的粒径8㎜、铝矾土粉料的粒径30目、硅微粉的粒径150目、氧化铝微粉的粒径220目组成。其耐受温度750℃以上，其体积密度在2.7cm³/g以上，莫氏硬度在6.0左右，磨损量在0.08㎡/kg左右，抗压强度在65Mpa左右。

本实施例中，所述炉炕结构优选施工基础为硬质土层或者标号C45以上混凝土层，其中硬质土层基础厚度不低于于3米，混凝土层基础厚度不低于1.5米。进一步地，本实施例优选方案为混凝土基础，厚度为1.5米。

本实施例中，所述炉炕结构优选施工阶段，为炉墙结构和炉体基础部分完工以后，这样，炉墙结构和炉体基础结构可以作为浇筑底模和侧模使用，无需重新制模。

本实施例中，所述炉炕结构优选施工季节为秋冬季节，天气干燥易于基础层硬化，但是考虑到冬季气温问题，优选施工气温范围为5—30℃。

本实施例中，所述炉炕结构耐磨层略高于出钢口6，优选高出正公差为5㎜，一来可以提高炉炕结构的整体使用寿命，二来基础层2在高温高压的情况下，会有一定程度的沉降，整体沉降高度在6—8㎜左右，高出的正公差刚好弥补沉降高度。

以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种加热炉用复合出钢炉炕结构，其特征在于：包括耐磨层和设置在耐磨层下层的基础层，所述耐磨层由锆刚玉砖和铬刚玉砖相间砌筑而成，所述铬刚玉砖与锆刚玉砖的砖数比例为8：2，所述基础层由高强耐磨浇注料制作而成。

2.根据权利要求1所述的加热炉用复合出钢炉炕结构，其特征在于：所述炉炕结构位于加热炉的出钢侧，其总体宽度为500—700mm，长度为7000—10000mm，厚度为1000—1200mm，工作温度范围为1150—1450℃，体积密度为2.4—4.1cm³/g，莫氏硬度为6.5—9.0，磨损量为0.05—0.1㎡/kg。

3.根据权利要求1所述的加热炉用复合出钢炉炕结构，其特征在于：所述耐磨层厚度为260—320㎜，长度为7000—10000㎜，工作温度范围为1150—1450℃，体积密度为3.2—4.1cm³/g，莫氏硬度为8.5—9.0，磨损量为0.05㎡/kg，抗压强度为140—200Mpa。

4.根据权利要求1所述的加热炉用复合出钢炉炕结构，其特征在于：所述基础层厚度为680—980㎜，长度为7000—10000㎜，耐受温度范围为650—950℃，体积密度为2.5—2.7cm³/g，莫氏硬度为5.5—6.0，磨损量为0.08㎡/kg，抗压强度为50—70Mpa。

5.根据权利要求1所述的加热炉用复合出钢炉炕结构，其特征在于：所述锆刚玉砖为电熔-熔铸锆刚玉砖，该锆刚玉砖采用无缩缝熔铸技术制作，主要由氧化铝粉、氧化锆粉和二氧化硅混合均匀，利用电熔炉熔化后注入模型内冷却而成。

6.根据权利要求5所述的加热炉用复合出钢炉炕结构，其特征在于：所述锆刚玉砖的体积密度为3.75—4.1cm³/g，莫氏硬度≥9.0，磨损量在0.05㎡/kg，抗压强度为180—200Mpa。

7.根据权利要求1所述的加热炉用复合出钢炉炕结构，其特征在于：所述铬刚玉砖为电熔-重烧铬刚玉砖，该铬刚玉砖以α-Al2O3粉、电熔白刚玉和电熔棕刚玉为基本原料，加入氧化铬粉和铝矾土熟料细粉，通过1200吨压机压制成型，再经高温1780℃烧制而成。

8.根据权利要求7所述的加热炉用复合出钢炉炕结构，其特征在于：所述铬刚玉砖体积密度为3.2—3.4cm³/g，莫氏硬度为8.5—9.0，磨损量在0.05㎡/kg，抗压强度为140—160Mpa。

9.根据权利要求1所述的加热炉用复合出钢炉炕结构，其特征在于：所述高强耐磨浇注料由高强镁铬矿物骨料、铝矾土粉料及高分子聚合物组成，所述高强镁铬矿物骨料的粒径5—8㎜，所述铝矾土粉料的粒径30-50目。

10.一种加热炉用复合出钢炉炕结构的施工方法，其特征在于：主要包括以下步骤：

(1)整体浇筑：以加热炉炉底混凝土为基础层为底，以加热炉窑墙为侧向模具，将高强耐磨浇注料进行基础层的整体浇筑；

(2)保温养护：浇筑完成后，对基础层进行保温养护，养护温度为5—30℃，养护时间为10—15天；

(3)水平调整：待基础层硬化以后，再使用高强耐磨浇注料微粉进行水平调整，使得基础层上表面整体高度差≤1mm；

(4)砌筑耐磨层：将锆刚玉砖和铬刚玉砖砌筑于基础层之上，形成耐磨层。