高爐出鐵溝是引導高溫鐵水和熔渣的通道，出鐵溝用耐火材料由于熔損、化學侵蝕以及磨耗受到損傷。如果該損傷發(fā)康到一定程度，必須進行修補。
在出鐵溝的修補中，從降低成本考慮，一般采用減少材料使用量的部分修補。作為修補用材料，希望選擇可簡易修補、修補時間短、且耐用性良好的材料。
出鐵溝的使用周期，一般是兩條出鐵溝交替使用，出鐵結束的鐵溝，應進行點檢，確認鐵溝的損傷部位。發(fā)現(xiàn)有部分損傷時，也有在下次出鐵前進行緊急修補的情況。此時，需要將鐵溝快速修補到可使用的狀態(tài)，如果到下次出鐵時不能完成修補工作，就需要變更出鐵計劃。因此，修補附間的長短對高爐操作有很大影響?，F(xiàn)在，出鐵溝修補使用的材料多種多樣。表1是各種材料的特征及評價。這次開發(fā)了具有良好性能的千搗打料，作為出鐵溝修補材料。干搗打料是添加特殊溶液；使其具有堅固性的粉末料。該材料的特征如下。
1)具有充分的堅固性，所以不需要模具就可以施工。
2)材料生產(chǎn)時加水混合，所以在現(xiàn)場不需要混合作業(yè)和施工設備。
3)含水分極少，因具有抗爆裂性的組織，僅在預熱工序就可以脫水。
4)耐蝕性高，所以耐用性良好。
本文評價了干搗打料的特性，并與形態(tài)不同的材料進行了性能比較。
2試驗方法
2.1干搗打料特性的評價
2.1.1試驗用料
表2是試驗用干搗打料的組成、使用溶液的種類以及黏度。材質選擇了一般用于出鐵溝修補的Al2O3-SiC-C材質。添加在粉末中的溶液使用水、硅酸系溶液和磷酸系溶液，硅酸系溶液和磷酸系溶液選擇了不易與SiC等雜質反應、pH值接近中性的溶液。此外，各溶液的黏度用水和有機質增黏劑調(diào)整，添加在粉末中的溶液量為固定體積V%(1.5≤V≤5)。用艾里奇式攪拌機將粉末和各溶液混合3min后制備成試樣。
2.1.2堅固性評價
施工時，干搗打料具有堅固性的特征。為了獲得該性能，進行了選擇添加溶液的試驗，圖1是堅固性試驗示意圖。將試樣用6.9MPa壓力成型為050mm×50mm的圓柱狀，沖擊裝置采用JISR2521.規(guī)定的流動稠度試驗臺。對試樣施加沖擊，測定試樣上部面積破損到一半的沖擊次數(shù)，以此來評價堅固性，直到破損的沖擊次數(shù)越多，堅固性越好。將該試驗中堅固性最好的試樣，作為干搗打料用于以后的試驗。
2.1.3干燥性評價
干搗打料具有不易爆裂的特征。設定實際高爐出鐵溝的預熱工序，進行干燥試驗，評價了不易爆裂性，圖2是干燥試驗示意圖。向模具內(nèi)澆注干搗打料，周圍覆蓋隔熱料。將試樣用850℃×3h單面加熱，再現(xiàn)出鐵溝的預熱工序，用測定試樣內(nèi)部溫度來確認試樣的脫水。目測確認加熱對試樣的影響(爆裂等)，在100mm、200mm、250mm和300mm的位置測定試樣的內(nèi)部溫度。
2.2干搗打料與形態(tài)不同材料的性能比較
2.2.1強度和氣孔率測定
表3是測定的各材料的構成和試樣的制備。粉末料如不加熱就不能成型，所以全部試樣用300℃(氧化氣氛)×3h進行預燒成。然后，用1450℃(還原氣氛)×3h燒成后，測定彎曲強度和氣孔率。全部試樣，在各材料形態(tài)所需的原料(如澆注料是高鋁水泥，搗打料是黏土等)和粒度構成一致之外，盡量使化學組成一致，并進行比較。
2.2.2耐蝕性比較試驗、SEM觀察及EDX分析耐蝕性試驗用試樣是用上述預燒成的各試樣制備。試驗采用轉鼓式旋轉侵蝕試驗法，侵蝕劑采用高爐渣(C/S=1.25)，進行了(1575±25)℃×15h的試驗。用試驗前后試樣的厚度變化評價了耐蝕性。還用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察了試驗后試樣的顯微組織。并用能量分散型元素分析裝置(EDX)進行了成分分析。
3試驗結果及分析
3.1干搗打料的特性評價
3.1.1堅固性評價
進行了干搗打料各試樣直到破損的沖擊次數(shù)試驗，結果表明，試樣S1沖擊次數(shù)最少，試樣P3沖擊次數(shù)最多。故認為，試樣P3的堅固性最好。
研究了干搗打料各試樣添加溶液的黏度與沖擊次數(shù)的關系。結果是，在同類溶液中，黏性越高的材料，堅固性越好。據(jù)此認為，溶液的黏性有助于材料的堅固性。在溶液種類中，如果用同樣黏度進行比較，磷酸系溶液與其他溶液相比，材料的堅固性好。所以，認為在相同黏度時，也有最佳的溶液。綜上所述，溶液的性質影響材料的堅固性，這次試驗使用的溶液中，最適合干搗打料的溶液是試樣P3使用的黏性高的磷酸系溶液。
3.1.2干搗打料干燥性的評價
加熱中干搗打料內(nèi)部溫度的變化顯示，在距加熱面300mm時，3h后達到了106℃。對加熱后試樣的目測確認，沒有由于爆裂和水蒸氣壓產(chǎn)生的裂紋。
如出鐵溝的預熱工序為3h，在該工序內(nèi)完全可以脫水。觀察試驗后的試樣，沒有發(fā)現(xiàn)由于水蒸汽壓產(chǎn)生的裂紋，具有良好的組織。可以確認沒有發(fā)生預熱時快速加熱和高溫氣氛導致的材料爆裂現(xiàn)象。之所以沒有發(fā)生爆裂是因為，干搗打料與澆注料等相比，氣孔率高，水蒸氣容易通過。
3.2干搗打料與形態(tài)不同的材料性能比較
研究了各材料彎曲強度與氣孔率的關系，以及各材料的侵蝕厚度與氣孔率的關系。研究結果顯示，氣孔率越高，彎曲強度和耐蝕性越低，且與材料形態(tài)無關。但是，干搗打料和粉末料，盡管氣孔率高，但呈高耐蝕性。原因是這些材料無水泥。在此，分析了耐蝕性試驗后干搗打料試樣呈高耐蝕性的機理。觀察了澆注料和干搗打料耐蝕性試驗后試樣渣和試樣界面的SEM圖及Ca元素圖，在澆注料的SEM圖中，雖很難判斷出渣與試樣的界面，但從Ca元素圖可以判斷出渣與試樣的界面。在干搗打料的SEM圖中，從組織狀態(tài)的差異可以判斷出具有致密組織的渣與具有多孔組織的試樣界面。這點從Ca元素圖中也可以明確判斷出。
綜上所述，推測粉末狀的材料，即干搗打料和粉末料，雖具有氣孔率高的組織，但在與渣接觸的部分，生成材料和渣的混合層，該混合層抑制了渣浸潤，提高了耐蝕性。
3.3耐蝕性比較試驗
各材料耐蝕性試驗的結果是，干搗打料的耐蝕性比澆注料差，但比其他各材料的耐蝕性優(yōu)越。
4實際應用評價
表4是將干搗打料用于某廠出鐵溝修補的案例，獲得了多個部位應用的實績。此外，根據(jù)各出鐵溝側壁部位不需要模具澆注這一點，認為在修補，出鐵溝時，干搗打料具有充分的堅固性。而且，使用時沒有發(fā)現(xiàn)由于蒸汽爆裂和水蒸汽壓產(chǎn)生的裂紋。在耐用性方面，干搗打料也獲得了滿意的結果。
5結論
作為具有良好性能的出鐵溝修補用新材料，開發(fā)了干搗’打料。評價了干搗打料的性能，并與形態(tài)不同的材料進行了比較，得出以下結論。
1)干搗打料中添加的溶液黏性越高，材料的堅固性越好。在溶液的種類中，發(fā)現(xiàn)了對材料堅固性最適合的溶液。
2)確認在出鐵溝預熱工序中，干搗打料可以脫水。觀察試驗后的試樣，沒有發(fā)現(xiàn)由于水蒸氣壓產(chǎn)生的裂紋，預熱時的快速加熱和高溫氣氛也沒有引起材料的爆裂。
3)干搗打料雖然具有氣孔率高的組織，但起耐蝕性高。推測其原因是，在渣和材料的界面生成混合層，該混合層抑制了渣的浸潤。根據(jù)該概理，推測除了澆注料之外，與形態(tài)不同的材料相比，均可以提高耐蝕蛀。
4)經(jīng)過實際應用證明，開發(fā)的干搗打料具備了滿定出鐵溝修補料的性能。
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