武鋼機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。在實際生產中，存在著爐門使用壽命較短(單個爐門使用壽命僅為7天)，砌筑修復成本較高，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使用條件與破損原因分析，進行了爐門澆注料的研究及工業(yè)應用。
爐門破損原因分析
針對鍛造加熱爐爐門使用壽命較短，砌筑修復成本較高，爐門沉重等問題，對鍛造加熱爐爐門的生產使用條件進行了現(xiàn)場調研，并對高鋁耐火磚與致密高鋁澆注料爐門的破損狀況進行了跟蹤與分析。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構與提供爐門結構力，從而保持爐門與爐口的密實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鑄鐵框架與阻隔爐內火焰，要求耐火材料具有合適的耐火性能、力學強度與相關的使用性能，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，導致耐火磚襯出現(xiàn)嚴重的斷磚現(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，導致嚴重的掉磚現(xiàn)象，引起爐門金屬框架燒蝕破損，致使爐門使用壽命短，耐火磚與金屬框消耗量大，爐門維護成本高。另外，加熱爐爐溫較高是爐門金屬框架燒蝕的根本原因，正爐壓則使爐氣沿爐門邊框外溢，導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，鄭州駒達新材料認為通過合理選擇澆注料的原材料，組分配比的調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行了相應的研究與分析。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合強度、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，水泥及微粉為復合結合劑，藍晶石為膨脹添加劑，水泥及微粉為復合結合劑，藍晶石為膨脹添加劑。從改善澆注料的常溫與高溫結合強度、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，水泥及微粉為復合結合劑，藍晶石為膨脹添加劑。從改善澆注料抗熱震性、防暴性和降低密度方面考慮，選取了力學性能與抗高溫粉化性能優(yōu)良的無機高鋁纖維為防爆、增強添加劑。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的使用性能，選擇了多種有機與無機減水劑、分散劑為復合外加劑。澆注料主要原材料的理化性能如表1所示。
表1 主要原材料化學成分 (百分比%)
爐門澆注料的實驗研究
根據(jù)上述的原材料選擇原則與澆注料性能改進思路，按照澆注料中Al2O3的含量不同進行了多個配方設計，并在實驗室進行了配方調整實驗機抗熱震性實驗。按照實驗預定的高抗熱震性技術要求，確定了5個性能優(yōu)良的澆注料配方，分別制成40mm×40mm×160mm的試樣進行詳細的理化性能檢測，具體檢測結果如表2。
表2 澆注料理化性能檢測結果
根據(jù)上述澆注料的試驗研究情況，根據(jù)鍛造加熱爐爐門澆注料性能要求的分析結果，確立了爐門澆注料相應的理化性能指標，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
爐門LM-60澆注料的工業(yè)性試驗與應用
鍛造車間加熱爐的4個爐門上進行工業(yè)性試驗。首先進行爐門澆注料施工，再自然氧化3d。此后，隨爐正式投入生產使用。工業(yè)性試驗爐門平均使用壽命為30d，平均單個爐門用料量為300kg。與原高鋁磚和致密高鋁澆注料爐門相比，單個爐門用料量下降25%~32%，爐門使用壽命提高3倍多，達到了延長爐門使用壽命的工業(yè)性試驗效果。
基于爐門LM-60澆注料優(yōu)良的工業(yè)性試驗效果，決定在鍛造加熱爐爐門上推廣應用，取得了良好的應用效果。經實際生產統(tǒng)計計算，爐門實際應用的平均壽命為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格低廉的焦寶石，降低了澆注料的價格與爐門澆注料費用。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維護成本。經武鋼機械制造公司財務部門統(tǒng)計，機械制造公司鍛造加熱爐加熱爐采用LM-60澆注料后，年創(chuàng)經濟效益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，達到了降低爐門砌筑維護成本，延長爐門使用壽命的目的。
