不同硅酸钠对热风炉耐酸喷涂料性能的影响_周俊杰.pdf

随着高炉炼铁工艺的不断快速发展，高风温可以降低能耗提高产能，我国高炉生产对热风炉炉温要求越来越高。目前我国大多数采用顶燃式结构热风炉，送风温度范围在1 2501 300。而热风炉顶部燃烧室区域的温度能达到1 350 以上1。在热风炉的运行过程中炉顶会生成大量NOx，当NOx气体与炉壳内低温表面的冷凝水结合形成酸性物质硝酸盐溶液，对炉壳产生晶间应力腐蚀，造成炉壳受硝酸盐腐蚀受损，严重时会导致热风炉停产2。因此热风炉拱顶炉壳会先涂上一层防晶间应力耐酸涂料，然后喷涂耐酸喷涂料来保护内衬。由于水泥中含有CaO，易与酸性物质反应造成材料结构损坏、强度降低，因此目前热风炉用耐酸喷涂料所用结合剂大多数为硅酸钠（Na2OnSiO2）3。不同生产厂家用的硅酸钠的种类不同，大致可以分为采用固体硅酸钠和液体硅酸钠结合两种方式。但如图1所示，采用硅酸钠结合耐酸喷涂料易产生裂纹、剥落、掉落等问题影响热风炉的使用寿命4-5。为了解决硅酸钠结合耐酸喷涂料常见问题、提高其使用寿命，本文研究了不同比重液体硅酸钠、不同模数固体硅酸钠对热风炉耐酸喷涂料性能的影响。1试验1.1原料试验所用原料为：粒度53 mm、31 mm、1mm的65矾土、0.076 mm的70铁窑粉、0.076 mm的石英粉、0.076 mm的广西白泥。结合剂为比重分别为1.15、1.20、1.25、1.35的液体硅酸钠；模数分别为2.0、2.3、2.8、3.2的固体硅酸钠；固化剂为氟硅酸钠。其主要原料的化学组成见表1。收稿日期：2022-08-18；修回日期：2022-11-02作者简介：周俊杰（1981），男，工学硕士，高级工程师，主要从事钢铁工程设备、耐火材料方面的采购、质量管理工作.不同硅酸钠对热风炉耐酸喷涂料性能的影响周俊杰，韩俊华（中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆400013）摘要：本文研究了不同比重液体硅酸钠（1.15、1.20、1.25、1.35）、不同模数固体硅酸钠（2.0、2.3、2.8、3.2）对热风炉耐酸喷涂料性能的影响，同时对它们进行了抗酸侵蚀性能试验。试验结果表明：采用液体硅酸钠结合时宜将比重稀释到1.201.30范围内，模数为2.8的固体硅酸钠、比重为1.20的液体硅酸钠结合试样具有最优的抗酸侵蚀性能。关键词：硅酸钠；耐酸；喷涂料中图分类号：TF578；TQ637文献标识码：A文章编号：1001-6988（2023）01-0065-04Effect of Different Sodium Silicate on Propertiesof Acid Resistant Spray Coating for Hot Blast StoveZHOU Junjie,HAN Junhua（MCC CCID Engineering Technology Co.Ltd.,Chongqing 400013,China）Abstract:The effects of different specific gravity liquid sodium silicate（1.15,1.20,1.25,1.35）anddifferent modulus solid sodium silicate（2.0,2.3,2.8,3.2）on the performance of acid resistant spray coatingfor hot blast stove are studied.At the same time,the acid corrosion resistance of them was tested.The ex-perimental results show that when liquid sodium silicate is used,the specific gravity should be diluted tothe range of 1.20-1.30.Solid sodium silicate with modulus of 2.8 and liquid sodium silicate with specificgravity of 1.20 have the best acid corrosion resistance.Key words:sodium silicate;acid resistance;spray grouts工 业 炉Industrial Furnace第45卷第1期2023年1月Vol.45 No.1Jan.202365材料与施工：不同硅酸钠对热风炉耐酸喷涂料性能的影响1.2试样制备及性能检测不同比重液体硅酸钠试验按表2中1#试验配比称重后置于搅拌机中搅拌23 min，然后分别加入比重为1.15、1.20、1.25、1.35的液体硅酸钠后继续搅拌35 min，液体硅酸钠的加液量以喷涂料成型为准。不同比重液体硅酸钠的加液量分别为14%、15%、17%、24%。搅拌完成后在振动台上制成40mm40 mm160 mm的条形试样，自然养护24 h后脱模，然后置于110 烘箱中干燥24 h。将试样经1 100、1 300 保温3 h热处理后自然冷却到室温。加入量相同，模数分别为2.0、2.3、2.8、3.2的固体硅酸钠试验按表2中2#试验配比称重后置于搅拌机中搅拌23 min，然后分别加入适量的水继续搅拌35 min。搅拌完成后在振动台上制成40 mm40 mm160 mm的条形试样，自然养护24 h后脱模，然后置于110 烘箱中干燥24 h。将试样经1 100、1 300 保温3 h热处理后自然冷却到室温。对烘干24 h和经1 000、1 300 热处理后试样，按照相关标准检测其体积密度、常温抗折强度、常温耐压强度、永久线变化率以及抗酸侵蚀试验。抗酸侵蚀试验将烘干后试样在20%硝酸中于80 温度下浸泡72 h后，重新在110 烘箱中放置24 h，将烘干后的试样进行常温抗折强度的测定。2结果与讨论2.1常温物理性能在试样成型阶段随着液体硅酸钠的比重增加，液体硅酸钠的加液量增大，试样的黏性越大。而采用固体硅酸钠结合试样的黏性较差。比重为1.35液体硅酸钠结合试样在110 烘箱中烘烤时发生了严重的鼓胀变形，如图2所示，为了检测其性能重新制样在烘箱中进行40、60、80、110 分温度分段烘烤，完成后试样无严重变形。经1 300 热处理3 h后的固体硅酸钠结合试样表面基本没有裂纹，而采用液体硅酸钠结合的试样除了比重为1.15和1.20试样表面无裂纹外，其余试样均有明显裂纹，如图3所示。不同比重液体硅酸钠对热风炉耐酸喷涂料常温物理性能的影响如图4所示。可以看出：（1）试样的线变化率在1 000 热处理后均增大，且随着液体硅酸钠的比重增大而膨胀量变大。1 300 热处理后比重大的试样膨胀量较大，比重为1.35的试样线变化率达到+2.03%。（2）随着液体硅酸钠比重的增大，试样的体积密度逐渐降低，试样的冷态抗折强度和耐压强度基本呈现增大趋势。这是因为液体硅酸钠的比重越大，液体越粘稠，成型所需要的液体硅酸钠越多；同时材料内引入的K2O、Na2O等低熔物越多，在1 300 热处理后这些低熔物促进烧结使得试样具有较高的抗折强度。由于硅酸钠为气硬性材料，硅酸钠结合耐酸喷涂料在自然条件下硬化时表面先形成一层硅酸钠和碳酸钠硬壳再逐步向材料内部硬化6，因此硅酸钠结合试样具有良好的抗横向应力的能力，而抵抗纵向应力能力较差。（a）喷涂料开裂（b）喷涂料掉落图1硅酸钠结合耐酸喷涂料常见问题现场图原料1#2#65矾土5-0565670铁窑粉2621广西白泥1010石英粉88固化剂0.50.5固体硅酸钠05表1原料化学组成（w%）原料SiO2Al2O3Fe2O365矾土骨料8.6464.083.9270铁窑粉7.3870.432.97石英粉98.060.21广西白泥71.2328.030.40表2试验配比（w%）图3经1 300 热处理3 h后试样形貌图图21.35比重液体硅酸钠结合试样烘后形貌图66工 业 炉第 45 卷第 1 期2023 年 1 月不同模数固体硅酸钠对试样常温物理性能的影响如图5所示。可以看出：（1）采用固体硅酸钠结合试样经1 000 和1 300 热处理后线变化率较小，基本在0.5%范围内，且从试样外观看来没有裂纹和明显变形现象。（2）随固体硅酸钠的模数增大其常温抗折耐压强度呈增大趋势，这是因为硅酸钠的模数越大，所含有的胶态二氧化硅含量越高，结合能力越大，试样的常温强度也越强。110 体积密度基本没有变化，经1 000 和1 300 热处理后试样体积密度先增大后降低。这是因为硅酸钠模数在2.0、2.3时粘度随模数变化较为缓慢，而硅酸钠模数达到2.8、3.2时由于模数越大，固体硅酸钠结合溶液中SiO2含量越大，复杂胶体生成物数量也越多，胶体性质越强，粘度越大。2.2抗酸侵蚀试验将不同比重液体硅酸钠结合试样和不同模数固（d）抗折强度图4不同比重液体硅酸钠对试样常温物理性能影响对比图（a）线变化率（b）体积密度（c）耐压强度（d）抗折强度图5不同模数固体硅酸钠对试样常温物理性能影响对比图（a）线变化率（b）体积密度（c）耐压强度1.00.50.0-0.51 000 1 300 M2.0M2.3M2.8M3.2固体硅酸钠模数线变化率/%2.001.951.901.851.801.751.70110 1 000 1 300 M2.0M2.3M2.8M3.2固体硅酸钠模数体积密度/gcm-3110 1 000 1 300 555045403530252015M2.0M2.3M2.8M3.2固体硅酸钠模数耐压强度/MPa110 1 000 1 300 22201816141210864M2.0M2.3M2.8M3.2固体硅酸钠模数抗折强度/MPa2.01.51.00.50.01 000 1 300 1.151.201.251.35液体硅酸钠比重线变化率/%2.001.951.901.851.801.751.701.151.201.251.35110 1 000 1 300 体积密度/gcm-3403530252015110 1 000 1 300 1.151.201.251.35液体硅酸钠比重液体硅酸钠比重222018161412108641.151.201.251.35液体硅酸钠比重110 1 000 1 300 抗折强度/MPa耐压强度/MPa67体硅酸钠结合试样110 烘干24 h后放置于20%硝酸中，在80 条件下浸泡72 h。浸泡完成后再置于110 烘箱烘烤24 h后进行常温抗折强度的测定，结果如图6所示。可以看出，液体硅酸钠在比重为1.35、固体硅酸钠模数为3.2时试样酸侵蚀前强度较高，但酸侵蚀后强度损失较大，固体硅酸钠模数为2.8、液体硅酸钠比重为1.20时试样的抗酸侵蚀性能较强。3结论（1）采用液体硅酸钠结合的热风炉耐酸喷涂料具有更强的黏性和粘附力，但加入过多的液体硅酸钠后试样容易产生开裂，烘烤过程中容易产生鼓胀现象，且抗酸侵蚀性能较差。采用液体硅酸钠结合时宜将比重稀释到1.201.30范围内。（2）采用固体硅酸钠结合的热风炉耐酸喷涂料与液体硅酸钠结合相比黏性较差，在实际生产过程中需要加入广西白泥等物质来增加材料的黏性和粘附力。其高温下的体积稳定性优于液体硅酸钠结合。在本文所涉及的试验中模数为2.8的固体硅酸钠、比重为1.20的液体硅酸钠结合试样具有最优的抗酸侵蚀性能。参考文献：1彭朝文.热风炉用耐火材料的使用探讨J.耐火材料，2013，47（6）:473-475.2徐国涛，张洪雷，向武国，等.武钢炼铁热风管系耐火材料破损分析与选材思考J.耐火材料，2017，51（4）:277-282.3李楠，顾华志，赵惠忠.耐火材料学M.北京:冶金工业出版社，2010.4彭水生.烧结机大烟道内衬耐酸耐磨喷涂料的研制与应用J.耐火材料，2009，43（5）:378-380.5张巍.耐火喷涂料的研究进展J.耐火材料，2012，46（4）:303-308.6连