我國攀西地區(qū)蘊藏著豐富的釩鈦磁鐵礦，其儲量高達80億t，與鐵共生的釩鈦資源儲量更是在國內(nèi)外占有舉足輕重的地位。40多年來，攀鋼依托資源優(yōu)勢，依靠自主創(chuàng)新，推動了鋼鐵釩鈦產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展。然而，攀鋼生產(chǎn)實踐表明：釩鈦磁鐵礦冶煉條件下，攀鋼煉鐵用耐火材料使用壽命普遍較低。因此，提高耐火材料使用壽命，滿足冶煉工藝需求一直是攀鋼煉鐵廠和冶材公司極為關(guān)注的問題。

2001年下半年，攀鋼冶材公司和煉鐵廠共同開展了高爐免烘烤鐵溝料的研制工作，開發(fā)出了Al2O3-SiC-C質(zhì)高爐免烘烤鐵溝料，通過對免烘烤鐵溝料燒結(jié)性、抗渣性、耐沖刷性以及燒后耐壓強度、使用性能的研究，主溝使用壽命與過去相比有了顯著的提高。但隨著攀鋼冶煉技術(shù)的發(fā)展，高爐利用系數(shù)的提高，鐵產(chǎn)量顯著增加，加之攀鋼冶煉的釩鈦磁鐵礦品位低、渣量大，加速了對出鐵溝的侵蝕、沖刷，同時鐵溝料粘渣情況嚴重。高爐免烘烤鐵溝料的使用壽命降低到了3~5天，導(dǎo)致耐火材料消耗增加，爐前工人的勞動強度加大。

鑒于攀鋼高爐渣的特殊性，筆者分析了攀鋼出鐵溝用耐火材料的損毀原因，對釩鈦磁鐵礦冶煉條件下高爐爐前用耐火材料進行了改進。

攀鋼高爐渣的特性

高爐渣是由脈石、灰分、助溶劑和其他不能進入生鐵中的雜質(zhì)所組成的易熔物質(zhì)，從化學(xué)成分看，高爐渣一般由CaO、MgO、SiO2、Al2O3和TiO2等組成，屬于硅酸鹽質(zhì)材料。表1列出了不同廠家高爐渣的常見化學(xué)組成。攀鋼高爐渣化學(xué)組成與其他廠家相比，其最大的不同就是TiO2組分的含量。同時攀鋼高爐渣的CaO偏低，只有25%左右，Al2O3量一般比普通渣高。

由于大量TiO2的存在，攀鋼高爐渣的礦物組成主要為：鈦輝石(攀鈦透輝石)、鈣鈦礦、巴依石(富鈦透輝石)、尖晶石、鎂黑鈦石、鐵珠、碳氮化鈦、石墨碳、玻璃質(zhì)等。正是攀鋼高爐渣和普通高爐渣兩種渣系化學(xué)成分的不同，造成其礦物組成有較大差別，從而使得高鈦渣的熔化溫度高于普通高爐渣80~100℃。

在高溫黏度方面，攀鋼含鈦高爐渣也不同于一般的高爐渣，高溫時渣的黏度很低，一般只有0.1~0.2Pa·s，并且其結(jié)晶性很強，由流動性良好至完全失去流動性的溫度區(qū)間很窄，只有20~30℃，俗稱“短渣”。

對比兩條曲線可以發(fā)現(xiàn)，攀鋼高鈦渣較武鋼普通高爐渣在溫度下降過程中，黏度升高更為明顯。當溫度由1450℃下降到1400℃時，攀鋼高鈦渣的黏度由0.6405Pa·s升至2.091Pa·s。而普通高爐渣的黏度只由0.2610Pa·s升至0.3903Pa·s。所以說在一定的溫度范圍，攀鋼含鈦高爐渣的黏度有很強的溫度敏感性。

攀鋼高爐渣除了熔點高、高溫黏度的溫度敏感特性外，還有渣量大的特點，由于釩鈦磁鐵礦的品位低，渣鐵比一般在0.65~0.70，比普通鐵礦的渣鐵比高出近一倍。

攀鋼高爐鐵溝料損毀原因分析

冶煉釩鈦磁鐵礦的高爐渣中含有大量TiO2，含量為20%~30%。在冶煉過程中，TiO2被部分還原，生成[Ti]及鈦的低價氧化物，在還原氣氛下，生成TiC、TiN。因TiC和TiN熔點高(3150℃和2950℃)，在高爐冶煉條件下以固體質(zhì)點彌散、懸浮在渣中，并包裹在鐵珠的周圍，使液態(tài)爐渣變稠。研究表明碳氮化處理含鈦高爐渣的軟化點、半球點和流動點溫度因渣中形成碳氮化鈦而升高，這與渣中碳氮化鈦的形成，引起渣的黏度升高有關(guān)。同時，渣中的CaO、TiO2、Al2O3容易與耐火材料中高熔點物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成尖晶石、六鋁酸鈣、鈣鈦礦、鎂黑鈦石、巴依石、鈦輝石等高熔點物相，使渣更加黏稠，加上黏稠渣隨著溫度的降低流速變慢，極易與出鐵溝的耐火材料粘附在一起，大塊的渣與鐵溝料粘結(jié)在一起，清渣時，不可避免地會損壞出鐵溝用耐火材料。

間歇式出鐵帶來溫度的急劇變化，以及初次出鐵時溫度的急劇升高引起材料龜裂和剝離。比如，攀鋼4#高爐有南北兩個出鐵口，每天各出鐵5~7次，每次出鐵時間1~2h。從1350℃左右的高溫到常溫，反復(fù)的冷熱循環(huán)引起內(nèi)部熱應(yīng)力增大，當內(nèi)部熱應(yīng)力大于鐵溝料本身所能承受的應(yīng)力時，鐵溝料即被破壞，從而影響鐵溝料的使用壽命。

攀鋼一期3座高爐全是單鐵口出鐵，清渣時間短。為了在短時間內(nèi)將出鐵溝溫度降下來，出鐵后在鐵溝內(nèi)打水降溫是唯一選擇。但打水加速了耐火材料的開裂、松散、剝落和損毀。

攀鋼高爐出鐵溝免烘烤搗打料的改進

鐵溝料在使用過程中存在較嚴重的粘渣問題(尤其攀鋼高爐渣量大，更容易粘渣)，在清渣時易損壞鐵溝料。為了解決鐵溝料粘渣的問題，需要對出鐵溝用免烘烤搗打料作出調(diào)整，一方面提高搗打料在清渣時的強度，另一方面減小搗打料在高溫出鐵時與渣的粘附性;前者需要在搗打料中添加促燒劑;后者則希望搗打料與渣的接觸界面在出鐵溫度下形成一層液相薄膜，這樣就避免了渣大量粘附于搗打料表面，這種防粘渣劑和促燒劑都需要是低熔點物質(zhì)。但低熔物的加入會導(dǎo)致?lián)v打料高溫性能變化，特別是抗渣蝕性的下降。

攀鋼高爐出鐵溝目前使用的免烘烤鐵溝料是由礬土、棕剛玉及部分外購結(jié)合劑加樹脂混碾而成。由于原結(jié)合劑方面的問題，導(dǎo)致鐵溝料燒后強度低、抗氧化性能差、抗鐵水沖刷能力差、易粘渣;再由于高爐利用系數(shù)提高，出鐵量增加，造成損毀速率加快，免烘烤鐵溝料使用壽命降低，增加了鐵溝的修補、換墊次數(shù)。經(jīng)過反復(fù)研究，確定了一種添加劑兼有促燒與防粘渣的功效。其加入量分別為0%、0.1%、0.3%、0.5%、1%，其不同處理溫度下的耐壓強度如圖2所示。

添加劑的加入在一定程度上提高了鐵溝料的強度，特別是250℃伊24h烘后強度最為明顯，添加劑量為0.3%，250℃伊24h處理后的耐壓強度接近1450℃伊3h處理后的耐壓強度最高值。

隨著復(fù)合添加劑加入量的增多，渣侵蝕程度加劇，在添加量低于0.3%時，搗打料的抗渣性優(yōu)于未添加復(fù)合添加劑，這可能是復(fù)合添加劑加入，促進搗打料的燒結(jié)，降低材料的顯氣率，同時也阻止了碳素材料的氧化，提高搗打料的抗氧化性，進而使其抗渣性提高。綜合搗打料耐壓強度與抗渣性能兩方面的因素，確定復(fù)合添加劑的加入量為0.3%。

應(yīng)用效果

改進后的免烘烤搗打料于2007年2月6日在攀鋼4#高爐北鐵溝主溝上試用，墊溝時溝底搗打厚度為150~200mm，側(cè)壁厚度約200mm，用料約4.5t，從開始墊溝到出鐵，整個過程約60min，施工完未經(jīng)過烘烤就開始出鐵，沒有出現(xiàn)鐵溝料爆裂的情況，所搗打的溝襯未經(jīng)修補，累計使用時間9d。2007年5月17日，再次在該高爐北鐵溝主溝上試用，墊溝厚度大致相同，用料4t，未經(jīng)修補，使用時間8d。2008年2月以來在一期的1#和2#高爐上使用，每個溝用料4.3t左右，未修補的使用壽命為7~9d，經(jīng)過一次修補的使用時間為11d，較其它供貨廠家的免烘烤鐵溝料使用壽命高，噸鐵消耗由改進前的0.61~0.83kg降低至0.3~0.4kg。長時間的使用結(jié)果來看，改進后的鐵溝料易于施工、不粘渣，施工過程中無有害氣體產(chǎn)生，不污染環(huán)境，殘襯表面光滑無裂紋，除落鐵點處有一凹坑外其余部分侵蝕比較均勻，使用時間均較改進前的鐵溝料有較大幅度提高，如略加修補，還可以繼續(xù)使用，這樣既降低了噸鐵耐材消耗，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟效益，又減少了頻繁修補對高爐出鐵帶來不利的影響，也大大降低了工人的勞動強度，收到了良好的效果。

結(jié) 論

攀鋼高爐渣熔點高，黏度高且具有很強的溫度敏感性，容易粘附于耐火材料表面，在高爐煉鐵渣鐵比高的情況下，渣鐵/耐火材料接觸面大，耐火材料消耗量大，同時也易于粘附，造成耐火材料在清渣過程中損毀嚴重。采用兼有促燒和防粘渣作用的復(fù)合添加劑能有效解決攀鋼出鐵溝用免烘烤搗打料粘渣問題，且能提高其強度。改進后的免烘烤鐵溝料使用壽命由3~5d提高到了7~9d，減少了鐵溝的換墊次數(shù)，降低了工人的勞動強度。