高爐出鐵溝是引導(dǎo)高溫鐵水和熔渣的通道，其材質(zhì)對(duì)抗沖刷性、抗渣性、抗熱震穩(wěn)定性以及抗氧化性要求較高。目前在出鐵溝用澆注料中，釆用較多的是水泥結(jié)合Al?O?-SiC-C質(zhì)澆注料。由于水泥在高溫下易與材料中的SiO?微粉產(chǎn)生低熔點(diǎn)相而影響材料的使用壽命，因此，為使高爐出鐵溝達(dá)到長(zhǎng)壽化,采用低水泥或超低水泥結(jié)合澆注料已成為目前鐵溝澆注料研究的主要方向之一。為此，在不明顯影響Al?O?-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料的常溫強(qiáng)度，且高溫下還不生成過(guò)多低熔點(diǎn)物相的情況下，本工作主要研究水泥作為結(jié)合劑與低水泥+ρ-Al?O?作為結(jié)合劑對(duì)Al?O?-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料性能的影響。

試驗(yàn)

1.1 原料

試驗(yàn)用主要原料有特級(jí)礬土(8?5mm、5?3mm、3?1mm、1?0mm)、碳化硅(200目)、活性氧化(2μ)、煅燒氧化鋁(5μ)、二氧化硅微粉、Si粉和球狀瀝青等，結(jié)合劑分別釆用鋁酸鈣水泥(secar71)和鋁酸鈣水泥(secar71)+ρ-Al?O?(d50=6μ)。主要原料的化學(xué)組成見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)制備及性能檢測(cè)

按下表2配料。將混練均勻好的澆注料釆用振動(dòng)成型為40×40×160mm的試樣，室溫養(yǎng)護(hù)24h后脫模，分別于110℃×24h和15OO℃×3h等條件下進(jìn)行熱處理，然后測(cè)定試樣的體積密度、顯氣孔率、線變化率、抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度等常溫物理性能以及試樣的高溫抗折強(qiáng)度和抗渣性能。

試樣的高溫抗折強(qiáng)度在1400℃×90min條件下采用三點(diǎn)彎曲法測(cè)定。

抗渣試驗(yàn)釆用靜態(tài)坩堝法：將澆注料振動(dòng)成型為坩堝，自然養(yǎng)護(hù)24后脫模，110℃×24h處理后放入20克首鋼高爐渣，于1500℃處理3h,自然冷卻后沿坩堝軸線切開(kāi)，觀察試樣的侵蝕情況。

結(jié)果與討論

2.1 澆注料的常溫物理性能

經(jīng)110℃×24h和1500℃×3h(埋碳)熱處理后，試樣的常溫物理性能見(jiàn)表3。結(jié)果表明：經(jīng)110℃熱處理后，1#試樣的顯氣孔率相對(duì)較小，體積密度、常溫抗折強(qiáng)度和常溫耐壓強(qiáng)度略有偏大.這是因?yàn)樵?#試樣中，(α-Al?O?微粉顆粒較細(xì)，活性相對(duì)較高，試樣的減水效果更好，這樣使?jié)沧⒘系念w粒堆積更緊密，致使1#試樣顯氣孔率相對(duì)較小，體積密度偏大。在強(qiáng)度上，1#試樣主要以水泥結(jié)合，強(qiáng)度較大;而2#試樣是以水泥和ρ-Al?O?結(jié)合為主，雖然2#試樣中水泥含量較少，但ρ-Al?O?在常溫下水化能產(chǎn)生強(qiáng)度，所以導(dǎo)致強(qiáng)度與1#試樣相比變化不大。經(jīng)1500℃3h(埋碳)熱處理后，1#試樣與2#試樣相比，顯氣孔率相對(duì)偏小，體積密度、常溫耐壓強(qiáng)度和常溫抗折強(qiáng)度相對(duì)較大。這主要是因?yàn)?#試樣中SiO?微粉同純鋁酸鈣水泥在高溫下容易發(fā)生反應(yīng)，生成鈣長(zhǎng)石低熔點(diǎn)相相對(duì)較多，試樣的燒結(jié)程度相對(duì)較大。而2#試樣由于加入的純鋁酸鈣水泥含量相對(duì)較低，所以生成的鈣長(zhǎng)石低熔點(diǎn)相較少，且ρ-Al?O?微粉在燒結(jié)過(guò)程中由于沒(méi)有液相產(chǎn)生，所以2#試樣的燒結(jié)程度不如1#試樣。這從試樣的燒后線變化圖1也可以得到反應(yīng)。

2.2 澆注料的高溫抗折強(qiáng)度

圖2給出了1#、2#試樣在1400℃保溫90min下的高溫抗折強(qiáng)度。由圖可知，2#試樣的高溫抗折強(qiáng)度是1#試樣的高溫抗折強(qiáng)度的2倍。這是因?yàn)?#試樣中純鋁酸鈣水泥含量較高，純鋁酸鈣水泥與SiO?微粉在高溫下易形成低熔點(diǎn)相，而2#試樣中純鋁酸鈣水泥含量相對(duì)較低，高溫下生成的低熔相也相對(duì)較少，且ρ-Al?O?在高溫下無(wú)低熔點(diǎn)相生產(chǎn)，只有晶型轉(zhuǎn)變。另外，ρ-Al?O?的水化產(chǎn)物Al(0H)3和AlOOH分解生成的高活性氧化鋁能促進(jìn)材料的固相燒結(jié)，所以2#試樣的高溫結(jié)合強(qiáng)度明顯較大。對(duì)鐵溝澆注料而言，其高溫結(jié)合強(qiáng)度可顯著提高材料對(duì)熔融鐵水的抗熱沖擊和耐沖刷能力，減少材料使用過(guò)程中的龜裂和剝落，對(duì)提高鐵溝澆注料的使用壽命具有重要意義。

2.3 澆注料的抗渣性

抗渣試驗(yàn)后的試樣剖面形貌如圖3。由圖可看出，1#試樣的抗渣性能比2#試樣差。這主要是因?yàn)楦邷叵落X酸鈣水泥與SiO?微粉形成的鈣長(zhǎng)石或黃長(zhǎng)石等低熔點(diǎn)相較多，使得材料的抗渣性能變差。而以ρ-Al?O?作為主要結(jié)合劑的2#試樣在高溫下液相量較少，這是因?yàn)?#試樣中鋁酸鈣水泥含量相對(duì)較少，伴隨高溫下產(chǎn)生的液相量也較少，且ρ-Al?O?在高溫下本身沒(méi)有低熔相產(chǎn)生，因此2#試樣表現(xiàn)出相對(duì)較好的抗渣性。

由渣與試樣反應(yīng)界面的顯微結(jié)構(gòu)圖可以看出，1#試樣被渣侵蝕的較為厲害，而2#試樣相對(duì)較好，這也充分說(shuō)明以ρ-Al?O?作為主要結(jié)合劑的試樣在抗侵蝕性能上優(yōu)于以鋁酸鈣水泥作為主要結(jié)合劑的。

結(jié)論

經(jīng)110℃和1500℃(埋碳)熱處理后，采用鋁酸鈣水泥(W,3%)作為結(jié)合劑的Al?O?-SiC-C澆注料顯氣孔率較少，體積密度較大，常溫耐壓強(qiáng)度和常溫抗折強(qiáng)度也較大;而采用鋁酸鈣水泥(w,1%)+ρ-Al?O?(w,4%)作為結(jié)合劑的Al?O?-SiC-C澆注料具有相對(duì)較大的高溫抗折強(qiáng)度和較優(yōu)良的抗渣性能。