高爐出鐵溝是引導(dǎo)高溫鐵水和熔渣的通道，其材質(zhì)對抗沖刷性、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)生低熔點相而影響材料的使用壽命，因此，為使高爐出鐵溝達到長壽化,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度，且高溫下還不生成過多低熔點物相的情況下，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Al?O?-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料性能的影響。
試驗
1.1 原料
試驗用主要原料有特級礬土(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)組成見表1。
1.2 試驗制備及性能檢測
按下表2配料。將混練均勻好的澆注料釆用振動成型為40×40×160mm的試樣，室溫養(yǎng)護24h后脫模，分別于110℃×24h和15OO℃×3h等條件下進行熱處理，然后測定試樣的體積密度、顯氣孔率、線變化率、抗折強度和耐壓強度等常溫物理性能以及試樣的高溫抗折強度和抗渣性能。
試樣的高溫抗折強度在1400℃×90min條件下采用三點彎曲法測定。
抗渣試驗釆用靜態(tài)坩堝法：將澆注料振動成型為坩堝，自然養(yǎng)護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，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表3。結(jié)果表明：經(jīng)110℃熱處理后，1#試樣的顯氣孔率相對較小，體積密度、常溫抗折強度和常溫耐壓強度略有偏大.這是因為在1#試樣中，(α-Al?O?微粉顆粒較細，活性相對較高，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#試樣顯氣孔率相對較小，體積密度偏大。在強度上，1#試樣主要以水泥結(jié)合，強度較大;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)生強度，所以導(dǎo)致強度與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，顯氣孔率相對偏小，體積密度、常溫耐壓強度和常溫抗折強度相對較大。這主要是因為1#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)，生成鈣長石低熔點相相對較多，試樣的燒結(jié)程度相對較大。而2#試樣由于加入的純鋁酸鈣水泥含量相對較低，所以生成的鈣長石低熔點相較少，且ρ-Al?O?微粉在燒結(jié)過程中由于沒有液相產(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度
圖2給出了1#、2#試樣在1400℃保溫90min下的高溫抗折強度。由圖可知，2#試樣的高溫抗折強度是1#試樣的高溫抗折強度的2倍。這是因為1#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相，而2#試樣中純鋁酸鈣水泥含量相對較低，高溫下生成的低熔相也相對較少，且ρ-Al?O?在高溫下無低熔點相生產(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材料的固相燒結(jié)，所以2#試樣的高溫結(jié)合強度明顯較大。對鐵溝澆注料而言，其高溫結(jié)合強度可顯著提高材料對熔融鐵水的抗熱沖擊和耐沖刷能力，減少材料使用過程中的龜裂和剝落，對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。這主要是因為高溫下鋁酸鈣水泥與SiO?微粉形成的鈣長石或黃長石等低熔點相較多，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，這是因為2#試樣中鋁酸鈣水泥含量相對較少，伴隨高溫下產(chǎn)生的液相量也較少，且ρ-Al?O?在高溫下本身沒有低熔相產(chǎn)生，因此2#試樣表現(xiàn)出相對較好的抗渣性。
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#試樣相對較好，這也充分說明以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，常溫耐壓強度和常溫抗折強度也較大;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澆注料具有相對較大的高溫抗折強度和較優(yōu)良的抗渣性能。
