高炉出铁沟喷补料实验室研制

摘要 以一级矾土熟料和碳化硅为主要原料，配以适量的碳质材料、复合添加剂等，研制出适用于中小型高炉出铁沟的快速修补用喷补料。试验结果表明，该料具有附着率高、粘接强度大、耐侵蚀、耐冲刷、热震稳定性好等特点。

关键词 高炉，出铁沟，喷补料

　　随着不定形耐火材料技术的迅速发展,出铁场用主沟浇注料不断更新换代，主沟的使用寿命也有了很大程度的提高。但是，由于使用环境的复杂性，主沟在使用过程中存在着熔损不均匀的现象。尤其在渣铁线交界处，因受到熔渣和铁水的交替冲蚀，熔蚀较其他部位严重的多，从而影响了整沟的使用寿命。由此产生了各种主沟局部修补方法。半干法喷补因具有可冷态、热态施工，适应快速烘烤，在两次出铁间隙中即可完成修补等优点，受到越来越广泛的重视。从马鞍山钢铁公司引进的国外主沟喷补料的实际使用效果来看，它确实能延长主沟使用寿命和降低吨铁耐火材料的消耗。但由于价格昂贵、运输周期长，限制了其在国内的推广应用。为此，本试验针对国内中小型高炉单铁口出铁，出铁间隔及出铁时间短等特点研制了半干法铁沟喷补料。

1 出铁沟喷补料的研制

1.1 对进口料的剖析

　　进口喷补料外观呈黑灰色，含有一定量的有机纤维。经过剖析发现，该料中Al₂O₃、SiC、CaO和I.L.的质量分数分别为57.48%、20.16%、2.43%和8.57%；其粒度级配为：＞1.25mm的占31.65%，1.25-0.088mm的占32.85%。

1.2 材质的确定

　　本试验选择Al₂O₃-SiC-C系材料作为铁水沟喷补料的材质是基于以下两个原因：

　　（1）国内主沟内衬大多采用Al₂O₃-SiC-C系材料，喷补料也采用Al₂O₃-SiC-C系材料，由于二者的热膨胀特性相近，可防止二者因热膨胀系数不同造成的剥落现象；另外，与沟料相似的化学特性，也可避免材料在高温下发生反应生成低熔相。

　　（2）Al₂O₃-SiC-C系材料本身对铁水和熔渣有较好的抗侵蚀性和抗熔蚀性，其综合性能能够满足主沟的使用要求。

　　在选定材质后，需要对各主要组分的加入量和加入形式作进一步的确定。在Al₂O₃-SiC-C系统中，SiO₂含量的高低影响着材料的性能。根据国外的研究，含SiO₂较低的高铝区材料可用于受应力高的部位，含SiO₂较高的低铝区材料可用于受应力低的部位，含SiO₂介于上述二者之间的中铝区材料可用于受中等冲刷作用和应力作用的部位。对喷补料而言，主沟上熔损严重需要喷补的部位，往往也是使用环境最恶劣的部位，只有选用高铝区组分才能使材料符合使用要求。

　　参与主沟浇注料的生产和使用经验，兼顾到抵抗铁水冲刷和熔渣侵蚀渗透的要求，材料中SiC的含量应在15%-25%之间。为了提高其抗氧化性能，SiC应以合适的粒度加入。

　　碳的引入能明显地改善材料的热震稳定性、抗剥落性和抗渣渗透性，但同时也带来了由于氧化而导致的组织劣化，从而降低其耐蚀性，因此喷补料中碳含量应该适宜。在本实验中碳以细焦粉和沥青两种形式引入。

　　本试验用料中高铝熟料粒度为0-5mm，碳化硅、焦粉和沥青均以细粉形式加入。试验用原料的化学组分见表1。

表1 原料的化学组分/%

1.3 配方设计及试验工艺

　　首先以碳质材料、结合剂、增塑剂和有机纤维的加入量作为试验因素，以耐压强度、粘接强度、体积密度、烧后线变化以及静态坩埚法抗渣性能等作为考核指标进行四因素三水平正交试验，然后采用综合平衡法分析得出最佳配方。

2 结果与讨论

2.1 喷补料粒度级配的确定

　　喷补料的粒度组成是决定其施工性能的关键，直接影响其附着率以及喷补层的致密度和气孔率。当级配不合理时，回弹损失通常达15%-25%，条件恶劣时最大可达40%。粒度组成中首先确定临界颗粒。临界颗粒增大通常可改善喷补料的抗侵蚀和抗剥落性，但过大则易导致回弹率升高。经过反复试验，确定喷补料的临界粒径为3mm。细粉所占比例对施工性能的影响同样较大。细粉量过少，回弹率增加；提高细粉加入量可提高附着率，但影响水分的排出，使用中容易出现龟裂。本实验采用的颗粒分布为：3-1.25mm的占30%-40%，1.25-0.088mm的占20%-30%，0.088-0.044mm的占30%-35%。试验结果还表明：为了改善SiC的烧结性能，提高SiC和碳质材料在喷补料中的分散性，要求SiC原料中粒度＜0.088mm的占50%以上，碳素材料粒度应小于0.1mm。

2.2 结合剂的确定

　　喷补料中常用结合剂有磷酸盐、硅酸钠、水泥等。实验经验表明，以水泥作为结合剂的主沟喷补料具有较高的附着率和耐用性，拉法吉喷补料中含有2.43%CaO也证实了这一点，因此本试验采用水泥作为结合剂。

　　水泥加入量对喷补料的性能影响较大。加入量过高，随着基质中的CaO含量的增加，在高温下喷补料的抗冲刷能力下降。但由于半干法喷补料与水在喷枪头混合只有几秒钟时间，若水泥的用量过少则不能保证材料的前期强度，并影响附着率。

2.3 增塑剂

　　增塑剂的加入量取决于所用的施工机械及其采用的工艺参数，以确保在施工水压、风压下能达到最佳喷补效果。由于配料中瘠性料占大多数，若增塑剂过少，则塑性差，在喷补过程中易造成颗粒增加，舒展性变差，影响施工体的致密度和均匀性，而且水分不易排出，易导致开裂剥落。本试验以有机和无机两种增塑剂复合加入。

2.4 有机纤维

　　喷补料中加入有机纤维是为了增加附着率和防止爆裂、剥落。尤其是在高温喷补时，纤维熔化所形成的孔隙，为蒸汽的快速排出提供了通道，避免爆裂，防止剥落。但纤维的加入量也不能过多，否则随着材料气孔率的增加，其抗渣渗透能力下降，一般不超过0.1%。长度以5-8mm为宜，过长不利于纤维在材料中的分散，过短则效果不明显。

2.5 喷补料的性能

　　试验制得的喷补料中Al₂O₃、SiO₂、SiC和C的质量分数分别为61.47%、10.22%、19.68%和5.21%，其物理性能如表2所示。

表2 喷补料的物理性能

3 结论

　　采用Al₂O₃-SiC-C系材质开发研制的高炉出铁沟喷补料，经实验室研究证明其施工方便，附着率高、粘接强度大，抗渣侵蚀性、抗剥落性及抗热震性均良好，可以在中小型高炉上进行试推广。