一種氮氣保護鐵溝的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種氮氣保護鐵溝，包括鐵溝主體和管道注氣裝置，所述管道注氣裝置包括輸氣管道、輸氣管道固定機構以及氣體導向機構；其中：所述鐵溝主體與高爐爐殼相連接，所述鐵溝主體的溝壁兩側沿溝長方向分別布置有所述輸氣管道；所述輸氣管道靠近出鐵口端設有進氣管，所述輸氣管道上設有氣幕形成部；所述輸氣管道通過所述輸氣管道固定機構與所述鐵溝主體和所述高爐爐殼分別相連接，每個所述輸氣管道上設有所述氣體導向機構。引入氮氣隔離保護技術，通過全部采用管道吹氣方式或者全部采用向溝蓋內引入氮氣方式或者采用管道吹氣和溝蓋內通氣相組合的方式實現對鐵溝耐火材料的保護。
【專利說明】一種氮氣保護鐵溝

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及鐵溝耐火材料的長壽技術，具體涉及一種氮氣保護鐵溝。

【背景技術】
[0002]鐵溝耐火材料(一般為Al2O3-SiC-C質)在使用過程中的侵蝕破壞機理首先是材料表層的C被空氣中的O2氧化，導致材料的抗渣滲透能力明顯下降。由于渣與碳不潤濕，碳是很好的防渣滲透物質，但是碳在高溫下很容易氧化，一旦被氧化，熔渣就非常容易滲透進耐火澆注料中。因此鐵溝耐火材料的侵蝕不僅僅是鐵溝中的熔渣與表面的耐火材料反應，同時熔渣也會滲透進耐火材料中，在一定深度范圍內與耐火材料組分發(fā)生反應形成低熔點的物質，導致對耐火材料的侵蝕。
[0003]在實際工程中，往往是通過向澆注料中添加如金屬硅、氮化硅、碳化硼等在內的抗氧化劑來阻止耐火材料中碳的氧化，如目前采用如下幾種措施來改善鐵溝所使用的耐火材料的抗侵蝕性能:
[0004]第一種:在原有的Al2O3-SiC-C質鐵溝澆注料基礎上添加一定量的Si3N4和金屬Si，利用原位反應機理，得到Sialon(塞隆)結合Al2O3-SiC-C質鐵溝澆注料。其抗渣機理為:首先添加的Si3N4、Si與Al2O3發(fā)生原位反應生成Sialon，使材料內部結合更加緊密，并且生成的Sialon活性較高，氧化放出氣體，阻止熔渣的滲入；其次，Sialon向熔渣中溶解，使熔渣成為含N的高硅玻璃，粘度增大；此外，Al2O3與熔渣的MgO反應生成MgAl2O4,形成阻擋層，一定程度上增強了 Al2O3-SiC-C質澆注料抗?jié)B透及侵蝕性能。
[0005]第二種:通過對比不同碳源(如焦炭、球狀浙青、炭黑等)的Al2O3-SiC-C質鐵溝澆注料顯氣孔率、抗折和抗壓強度，最后選擇焦炭作為碳源，得到顯氣孔率較小、具有一定抗折和抗壓強度的澆注料。
[0006]第三種:利用天然石英和焦炭作為原料，采用碳熱還原氮化法制備Si3N4-SiC復相材料，將其作為添加劑加入到Al2O3-SiC-C質鐵溝澆注料中(加入量為6%左右)，試樣經1450°C的熱處理后，常溫抗折強度最大可達到11.63MPa，抗壓強度最大可達到34.50MPa,線變化率為0.07%左右，這種材料能夠在一定程度上阻止熔渣對澆注料的滲透侵蝕。
[0007]可以看出，現有的思路往往是通過改善Al2O3-SiC-C質鐵溝澆注料的抗?jié)B透侵蝕性能來達到提高鐵溝使用壽命的目的，這對澆注料的材質和性能都提出了特別高的要求。但是從鐵溝的實際應用方面來看，即使耐火澆注料品質已經達到了較高甚至非常高的水平，但隨著高爐出鐵量的不斷增加，鐵溝侵蝕程度依然會明顯遞增，為使鐵溝持續(xù)工作，后期仍須不斷對其噴補耐火材料。
實用新型內容
[0008]鐵溝澆注料抗?jié)B透能力較低的根本原因是材料中的C被空氣中的O2氧化，而碳被氧化的本質是與澆注料表面接觸的空氣中的氧元素與材料中的碳元素反生反應，對此，實用新型人從另一個思路提出這樣的技術問題:如果能夠使接觸鐵溝耐火材料表面的氣體中氧含量很低甚至幾乎沒有氧，則可避免澆注料中碳氧化的發(fā)生，至少這種氧化反應的速度會發(fā)生實質性的延緩。
[0009]有鑒于此，本實用新型提供一種采用氮氣保護的耐火長壽鐵溝，旨在通過采用氮氣保護減緩或阻止鐵溝耐火材料中的碳氧化，延長(炭質或含碳耐火材料特別是Al2O3-SiC-C質)鐵溝耐火材料的使用壽命。
[0010]本實用新型采用的技術方案具體為:
[0011]一種氮氣保護鐵溝，包括鐵溝主體和管道注氣裝置，所述管道注氣裝置包括輸氣管道、輸氣管道固定機構以及氣體導向機構；其中:所述鐵溝主體與高爐爐殼相連接，所述鐵溝主體的溝壁兩側沿溝長方向分別布置有所述輸氣管道；所述輸氣管道靠近出鐵口端設有進氣管，所述輸氣管道上設有氣幕形成部；所述輸氣管道通過所述輸氣管道固定機構與所述鐵溝主體和所述高爐爐殼分別相連接，每個所述輸氣管道上設有所述氣體導向機構。
[0012]在上述氮氣保護鐵溝中，所述氣幕形成部為設于所述輸氣管道的多個噴孔，所述噴孔沿輸氣管道方向為單排或者雙排布置，所述噴孔的直徑為8-15mm，相鄰的所述噴孔的間距為50-150mm，所述噴孔的起始位置距離出鐵口 0.8_2m，所述噴孔止于輸氣管道尾端。
[0013]在上述氮氣保護鐵溝中，所述氣幕形成部為沿輸氣管道方向設置的狹縫，所述狹縫的寬度為2-5mm,所述狹縫的起始位置距離出鐵口 0.8_2m,所述狹縫止于輸氣管道尾端。
[0014]在上述氮氣保護鐵溝中，所述輸氣管道固定機構包括鉸鏈和支座，所述鉸鏈設于所述輸氣管道的第一端，所述支座設于所述輸氣管道的第二端；所述輸氣管道通過所述鉸鏈與所述高爐爐殼相連接，所述輸氣管道以所述鉸鏈為轉軸沿水平方向轉動，所述輸氣管道通過所述支座支撐于所述鐵溝主體。
[0015]在上述氮氣保護鐵溝中，所述氣體導向機構為導流板，所述導流板為平面板或者弧面板。
[0016]在上述氮氣保護鐵溝中，所述平面板的寬度為150_300mm，所述平面板與鐵溝內壁面形成的夾角為20-40°。
[0017]在上述氮氣保護鐵溝中，所述導流板的表面涂覆有耐火材料。
[0018]在上述氮氣保護鐵溝中，所述鐵溝的溝蓋的近撇渣器端設為封閉端，所述溝蓋的近出鐵口端設為半封閉端，所述封閉端上設有氮氣通入結構，所述溝蓋籠罩所述鐵溝主體，形成氮氣容納腔。
[0019]上述氮氣保護鐵溝的氮氣保護方法具體為:首先氮氣通過進氣管進入輸氣管道，其中輸氣管道的第一端固定于鉸鏈，輸氣管道以鉸鏈為轉軸沿水平方向轉動，輸氣管道的第二端通過支座支撐于鐵溝主體；進入輸氣管道的氮氣經靠近輸氣管道底側的噴孔或狹縫噴出，并被導流板導向鐵溝料表面，在鐵溝料表面形成氮氣保護層。在設有溝蓋的情況下，鐵鉤溝蓋的近撇渣器端設為封閉端，近出鐵口端設為半封閉端，所述溝蓋籠罩所述鐵溝主體，形成氮氣容納腔，氮氣經封閉端的有氮氣通入結構通入氮氣容納腔，通向氮氣容納腔內的氮氣濃度保持在預設值的水平。
[0020]在實際工程中，上述輸氣管方式和加溝蓋方式可以單獨使用，也可以聯(lián)合使用；既可以整條鐵溝使用輸氣管道方式保護，也可以使用全溝加溝蓋方式保護，還可以近出鐵口端使用輸氣管方式而近撇渣器端使用加溝蓋方式加以保護。
[0021]本實用新型產生的有益效果是:
[0022]本實用新型通過用氮氣將鐵溝的工作面籠罩起來，最大限度降低空氣中的氧氣與鐵溝料接觸的機會，達到延緩鐵溝耐火材料氧化的目的。而氮氣(純度大于99.99% )在鋼鐵公司中屬于制氧副產品，一般為多余氣體，因此另一方面也是對氮氣資源的有效利用。本實用新型中的技術方案經過顯而易見的變形，同樣可以用于其他情況下的炭質耐火內襯或含碳耐火材料的防氧化保護。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]當結合附圖考慮時，能夠更完整更好地理解本實用新型。此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定。
[0024]圖1為本實用新型一種氮氣保護鐵溝的結構示意圖(無溝蓋的情況下)；
[0025]圖2為本實用新型一種氮氣保護鐵溝的管道截面示意圖。
[0026]圖中:
[0027]1、高爐爐殼2、輸氣管道3、導流板4、鐵溝5、支座6、進氣管7、鉸鏈8、狹縫。

【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖及實施例對本實用新型的技術方案作進一步詳細的說明。
[0029]如圖1所示的一種氮氣保護鐵溝，包括鐵溝主體和管道注氣裝置，管道注氣裝置包括輸氣管道2、輸氣管道固定機構以及氣體導向機構；其中:鐵溝主體的溝壁兩側沿溝長方向分別布置有輸氣管道2 ;每個輸氣管道的外側設有進氣管6，氮氣保護鐵溝的管道截面圖(支座端)如圖2所示，每個輸氣管道2的靠近底側位置設有氣幕形成部；輸氣管道2的進氣端通過鉸鏈7與高爐爐殼I相連，輸氣管道2的尾端通過支座將其支撐于鐵溝主體4上，每個輸氣管道2上還設有氣體導向機構(導流板3)。其中:
[0030]氣幕形成部可以是單排或雙排均勻分布的多個噴孔，噴孔的直徑為8_15mm，相鄰的噴孔沿管道方向的間距50-150mm。噴孔起始位置距離出鐵口 0.8_2m，止于輸氣管道2尾端；也可以是沿輸氣管道2的管道長度方向設置狹縫8，狹縫8的寬度為2-5_，狹縫的起始位置距離出鐵口 0.8-2m，止于輸氣管道2尾端。
[0031]輸氣管道固定機構包括設于輸氣管道2的第一端(進氣端)的鉸鏈7和設于輸氣管道2的第二端(尾端)的支座5 ;輸氣管道2通過鉸鏈7與高爐爐殼I相連接，并可以以鉸鏈7為轉軸沿水平方向轉動，用于在鐵溝的使用后期，當溝形發(fā)生變化時，可通過適當轉動輸氣管道2以適應溝形變化，確保氮氣能夠有效地噴到鐵溝內壁上。支座5支撐輸氣管道2，使其立于鐵溝主體4之上；
[0032]管道導向機構為導流板3，導流板3可以是平面板或者弧面板，導流板3的表面還可以涂覆有耐火材料。導流板3的材質優(yōu)選為耐熱不銹鋼，其寬度為150-300_，其與鐵溝內壁面夾角20-40。。
[0033]對于設置有溝蓋的鐵溝，鐵溝近撇渣器端的溝蓋為封閉，氮氣由此端引入溝蓋內；近出鐵口端的溝蓋為半封閉，溝蓋籠罩鐵溝主體的全部或者部分，形成氮氣容納腔。
[0034]上述氮氣保護鐵鉤的氮氣保護方法具體為:首先氮氣通過進氣管6進入輸氣管道2，進入輸氣管道2的氮氣經靠近輸氣管道2底側的出氣縫或噴孔8噴出并形成氣幕，噴出的氮氣氣幕經導流板導流，均勻地籠罩于鐵溝主體的溝壁內側，達到對鐵溝的保護，此為管道吹氣的送氣方式；在設有溝蓋的情況下，可以從溝蓋封閉端向溝蓋內通入氮氣，使溝蓋內的氮氣濃度保持在一個高的水平(如95%以上)，達到對鐵溝的保護，此為溝蓋內通氣的送氣方式。
[0035]根據工程現場的實際情況，可以靈活采用本實用新型中的技術方案，采用氮氣保護鐵溝表面，減緩或阻止鐵溝料中碳被氧化，實現對鐵溝耐火材料的保護，如:
[0036]一種方式可以是:如圖1所示，在溝內熱面沿長度方向布置雙管雙路的管道注氣結構，通過管道吹氣的方式送氣，在鐵溝表面形成氮氣氣幕，實現對鐵溝的保護。
[0037]另一種方式可以是:對于設置有溝蓋的鐵溝，如鐵溝主體的前半段(近出鐵口)采用管道注氣結構，通過管式噴吹的方式保護鐵溝；后半段(近撇渣器)設置溝蓋，往氮氣容納腔通入氮氣(用任何方式向蓋內通入氮氣均可)，使溝蓋籠罩部分的氮氣濃度保持在一個高的水平，以減緩或組織鐵溝表面碳的氧化，從而減弱爐渣對耐火材料的侵蝕，起到延長鐵溝使用壽命的效果；從而實現了采用管道吹氣和溝蓋內通氣相組合的方式保護鐵溝。
[0038]當然，也可以整條鐵溝采用溝蓋內通氣方式加以保護。
[0039]顯然，本技術能夠使用在與鐵溝主體(主溝)工作環(huán)境類似的高爐主支溝、支溝、渣溝以及殘鐵溝等設施上。同樣可以起到延緩材料氧化，延長材料壽命的目的。
[0040]如上所述，對本實用新型的實施例進行了詳細地說明，顯然，只要實質上沒有脫離本實用新型的發(fā)明點及效果、對本領域的技術人員來說是顯而易見的變形，也均包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種氮氣保護鐵溝，其特征在于，包括鐵溝主體和管道注氣裝置，所述管道注氣裝置包括輸氣管道、輸氣管道固定機構以及氣體導向機構；其中: 所述鐵溝主體與高爐爐殼相連接，所述鐵溝主體的溝壁兩側沿溝長方向分別布置有所述輸氣管道； 所述輸氣管道靠近出鐵口端設有進氣管，所述輸氣管道上設有氣幕形成部； 所述輸氣管道通過所述輸氣管道固定機構與所述鐵溝主體和所述高爐爐殼分別相連接，每個所述輸氣管道上設有所述氣體導向機構。
2.根據權利要求1所述的氮氣保護鐵溝，其特征在于，所述氣幕形成部為設于所述輸氣管道的多個噴孔，所述噴孔沿輸氣管道方向為單排或者雙排布置，所述噴孔的直徑為8-15mm，相鄰的所述噴孔的間距為50_150mm，所述噴孔的起始位置距離出鐵口 0.8_2m，所述噴孔止于輸氣管道尾端。
3.根據權利要求1所述的氮氣保護鐵溝，其特征在于，所述氣幕形成部為沿輸氣管道方向設置的狹縫，所述狹縫的寬度為2-5mm,所述狹縫的起始位置距離出鐵口 0.8_2m,所述狹縫止于輸氣管道尾端。
4.根據權利要求1所述的氮氣保護鐵溝，其特征在于，所述輸氣管道固定機構包括鉸鏈和支座，所述鉸鏈設于所述輸氣管道的第一端，所述支座設于所述輸氣管道的第二端；所述輸氣管道通過所述鉸鏈與所述高爐爐殼相連接，所述輸氣管道以所述鉸鏈為轉軸沿水平方向轉動，所述輸氣管道通過所述支座支撐于所述鐵溝主體。
5.根據權利要求1所述的氮氣保護鐵溝，其特征在于，所述管道導向機構為導流板，所述導流板為平面板或者弧面板。
6.根據權利要求5所述的氮氣保護鐵溝，其特征在于，所述平面板的寬度為150-300mm，所述平面板與鐵溝內壁面形成的夾角為20-40°。
7.根據權利要求5所述的氮氣保護鐵溝，其特征在于，所述導流板的表面涂覆有耐火材料。
8.根據權利要求1所述的氮氣保護鐵溝，其特征在于，所述鐵溝的溝蓋的近撇渣器端設為封閉端，所述溝蓋的近出鐵口端設為半封閉端，所述封閉端上設有氮氣通入結構，所述溝蓋籠罩所述鐵溝主體,形成氮氣容納腔。
【文檔編號】C21B7/14GK204111786SQ201420533067
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權日:2014年9月16日
【發(fā)明者】章榮會, 鄧樂銳, 孫賽陽 申請人:北京聯(lián)合榮大工程材料有限責任公司