高爐出鐵溝用澆注料由過(guò)去比較單一的品種向自流澆注料、快干澆注料、搗打料及免烘烤搗打料的方向轉(zhuǎn)變。國(guó)內(nèi)大型高爐出鐵溝多采用Al2O3-SiC-C質(zhì)超低水泥澆注料，某些鋼廠大型高爐鐵鉤一次通鐵量達(dá)到6萬(wàn)噸，經(jīng)二次熱噴補(bǔ)后周期通鐵量10萬(wàn)噸以下;雖然效果不錯(cuò)，但耐火材料消耗與國(guó)外廠家比較仍然較高，成本增加，采用復(fù)合結(jié)合劑的方法，對(duì)鐵鉤澆注料進(jìn)行了研究，開(kāi)發(fā)了兩種新型澆注料，并在高爐進(jìn)行了使用，目前使用壽命一次性通鐵量達(dá)到12萬(wàn)噸，且仍然在使用中。
澆注料的組成與性能
鐵鉤料多采用低水泥結(jié)合或樹(shù)脂結(jié)合。使用純鋁酸鈣水泥，澆注料的初期強(qiáng)度高，成型容易;為了自流。水用量增加，額外的水蒸發(fā)會(huì)導(dǎo)致高的氣孔率和強(qiáng)度損失。低水泥澆注料部分地用超細(xì)粉代替水泥，干燥時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)給實(shí)際操作帶來(lái)一些問(wèn)題。由于水泥只是部分地水化，在中溫階段沒(méi)有強(qiáng)度的損失。因?yàn)榧尤肓斯栉⒎郏牧系母邷匦阅苁艿较拗疲?400~1500℃時(shí)，形成了鈣鋁硅酸鹽;高溫強(qiáng)度在1500℃后顯著降低。
研制的鐵溝澆注料采用剛玉、碳化硅、硅微粉、氧化鋁微粉、碳素材料為基本成分，加入輔助的結(jié)合劑、硬化劑及性能調(diào)整劑;澆注成型，110度干燥后，在1450度燒結(jié)3小時(shí)，測(cè)定試樣的性能，指標(biāo)如表1。
表1 研制的鐵鉤澆注料與低水泥澆注料的性能比較
從實(shí)際施工效果看，兩種澆注料都具有良好的施工性能，能快速烘烤而極少或不產(chǎn)生裂紋;抗震穩(wěn)定性優(yōu)良;高溫強(qiáng)度高，具有優(yōu)良的高溫耐磨性與抗氧化性;不粘渣鐵，易于解體。
碳素全部氧化1450度下試樣40mm厚度僅表面3~4mm厚碳素氧化層1450度下試樣40mm厚度僅表面約1~2mm厚碳素氧化層
從自流澆注料的性能比較看，如圖1，溫度升高，抗壓強(qiáng)度沒(méi)有下降，而是呈增加的趨勢(shì)，雖然中溫下體積密度有所下降，但是燒結(jié)后增加幅度并不大，這說(shuō)明在加入了復(fù)合的結(jié)合劑后，材料的結(jié)合并不完全靠水泥的凝固結(jié)合。
圖1 自流澆注料在不同溫度下的抗壓強(qiáng)度與體積密度變化
對(duì)于微粉的加入量，自流澆注料也有一個(gè)最佳指標(biāo)，如圖2所示，微粉含量過(guò)低，強(qiáng)度與密度都不高，超過(guò)一定的值后，微粉含量增加，強(qiáng)度下降，體積密度增加。從體積密度和抗壓強(qiáng)度的角度綜合考慮，微粉含量需要保持在一個(gè)合適的范圍。
圖2 自然澆注料中微粉含量與性能的關(guān)系
3 澆注料的顯微結(jié)構(gòu)
自流澆注料1450度燒后基質(zhì)間成分面分布如圖3所示，基質(zhì)中的鈣含量很少，結(jié)合相主要以鋁硅鹽為主，剛玉或碳化硅顆粒之間形成了致密的硅酸鹽結(jié)合相，因此高溫強(qiáng)度高，抗侵蝕與抗氧化性能好，從碳素的分布看，也比較完整，氧化很少。
圖3 自流澆注料中基質(zhì)組成的面分布
對(duì)于低水泥結(jié)合的澆注料，1450度燒后基質(zhì)間的成分面分布如圖4所示，基質(zhì)中的鈣含量高，結(jié)合相主要以鋁酸鈣為主，鋁的含量并不高，因此結(jié)合相的熔點(diǎn)不高，空隙也較多，剛玉或碳化硅顆粒之間結(jié)合部致密，這與水泥水凝性結(jié)合有關(guān)，在高溫下，凝固的水分蒸發(fā)，造成空隙，強(qiáng)度也降低，對(duì)抗侵蝕與抗氧化性能不利。
圖4 低水泥澆注料中基質(zhì)組成的面分布
對(duì)于快干澆注料，1450度燒后基質(zhì)間的成分面分布如圖5所示，基質(zhì)中的鈣含量相對(duì)低一些，結(jié)合相仍然以鋁硅酸鈣為主，結(jié)合相的熔點(diǎn)不太高，由于采用了輔助結(jié)合劑，其燒結(jié)后的熔點(diǎn)不太高，由于采用了輔助結(jié)合劑，其燒結(jié)后的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較致密，抗侵蝕與抗氧化性能較好。
圖5 快干澆注料中基質(zhì)組成的面分布
4 使用效果和結(jié)論
根據(jù)研究的結(jié)果，試制了兩類澆注料在煉鐵廠高爐上使用。自流澆注料成型后，自然干燥脫模，烘烤后投入使用，在主溝上使用一次性通鐵量達(dá)到12萬(wàn)噸以上，目前仍在使用中，沒(méi)有裂紋和朋落，抗侵蝕性良好，快干澆注料成型半小時(shí)后脫模，經(jīng)過(guò)2小時(shí)的大火烘烤，沒(méi)有爆炸和剝落，在渣溝中使用正常，效果較理想。