劉貫重 趙金秋 鄧樂銳 王偉光

1）北京聯(lián)合榮大工程材料股份有限公司技術中心 北京101400

2）武漢科技大學材料與冶金學院 湖北武漢430081

隨著鐵溝噸鐵整體承包市場競爭不斷加劇，提高鐵溝料的“性價比”已成為鐵溝承包耐火材料廠家的努力方向。通過補短板，將每種耐火原料性能充分發(fā)揮而又不至于過剩，在保證整體質(zhì)量不降低或提升的同時，降低鐵溝料的產(chǎn)品成本［1-3］。范潤東等［4］的研究認為，價格低廉的剛玉抗侵蝕性較差，但抗?jié)B透性較好，有望作為骨料替代棕剛玉在高爐出鐵溝澆注料中使用；王瑩瑩等［5］以鋁鉻渣代替棕剛玉制備鐵溝澆注料，發(fā)現(xiàn)鋁鉻渣為骨料，加入量在34%（w）以內(nèi)時，鐵溝澆注料各項性能均有提高，以細粉替代棕剛玉粉可提高鐵溝澆注料的體積密度、高溫抗折強度和抗渣侵蝕性；李晨晨等［6］用藍晶石部分替代白剛玉，可有效緩解溶膠結(jié)合Al2O3-SiC-C澆注料的燒結(jié)收縮，提高澆注料的體積穩(wěn)定性；李宗寶等［7］認為在鐵溝料中使用再生原料替代常規(guī)原料，替代量17%～27%（w），澆注料的各項性能仍滿足使用要求。根據(jù)不同部位選擇不同檔次的鐵溝料產(chǎn)品實現(xiàn)鐵溝的壽命同步，也是出鐵溝降長板補短板的一種方式。田守信等［8］為了實現(xiàn)效益最大化，推薦出鐵溝采取不同部位用不同耐火材料的復合砌筑方法。

很多鐵溝廠家通過對鐵溝料的應用后侵蝕情況分析，發(fā)現(xiàn)鐵溝料的侵蝕沖刷，多是基質(zhì)快于骨料，特別是對于大顆粒也采用電熔剛玉骨料的高檔鐵溝料配比體系。因此，很多廠家嘗試采用高檔礬土顆粒替代大顆粒的電熔剛玉骨料，以實現(xiàn)保質(zhì)降本，提高利潤率和市場競爭力。如魏建修等［9］認為以高品位高鋁礬土熟料替代鐵溝料中的棕剛玉骨料，在鐵水溫度不高、熱沖擊較小的中小型高爐上的使用效果差別不大。本工作中針對幾種高檔礬土熟料進行抗渣性對比研究，其中特別針對現(xiàn)在礬土綜合利用趨勢已成規(guī)模發(fā)展的均化礬土進行了分析探討。

1 試驗

1.1 礬土熟料選擇

幾種礬土熟料塊的來源及理化指標見表1。天然煅燒的2種：倒焰窯煅燒的TD88-A和回轉(zhuǎn)窯煅燒的TH88-B；均化礬土3種（均為濕法工藝）：梭式窯煅燒的2種（JS88-D和JS83-E），隧道窯煅燒的1種（JD88-C）?？骨治g性試驗用渣為一種高爐出鐵渣，化學組成（w）為：CaO 36.76%，SiO233.65%，Al2O313.98%，MgO 9.62%，F(xiàn)e2O31.56%，MnO 0.35%，K2O 1.71%，S 1.29%。

表1 幾種礬土熟料塊的來源、煅燒工藝及理化指標

1.2 試驗過程

以傳統(tǒng)倒焰窯煅燒天然塊料TD88-A作為抗渣試驗對比的基準樣塊，其余料塊與其分別鑲嵌于同一坩堝側(cè)壁上，進行1 500℃保溫6 h的抗渣試驗。試驗設計見表2。

表2 坩堝鑲嵌礬土料塊試驗設計

常規(guī)標準圓孔抗渣坩堝的形狀和大小都不滿足鑲嵌料塊的抗渣試驗要求。因此，設計了大尺寸方孔坩堝。對所選取幾種料塊進行切割，切面以小于坩堝內(nèi)側(cè)面為宜，厚度薄于坩堝壁厚。將切割后的料塊對稱貼附于坩堝模具方芯的兩側(cè)面，并以細鐵絲捆綁固定，而后以高爐出鐵溝用主溝自流料（去除1 mm以上的粗顆粒）進行坩堝的自流成型。成型后的坩堝自然養(yǎng)護24 h后脫模，再自然養(yǎng)護24 h，而后放置烘箱中110℃烘24 h。坩堝設計及料塊鑲嵌示意圖見圖1。

圖1 靜態(tài)抗渣坩堝及料塊鑲嵌示意圖

將鐵渣破碎為＜5 mm顆粒，每個抗渣坩堝裝入220 g破碎后的鐵渣。將裝好鐵渣的坩堝放入馬弗爐中，設定1 500℃保溫6 h。完成抗渣試驗后，取出坩堝并沿中軸線切開，對比觀察渣侵蝕情況并測量侵蝕深度。采用掃描電鏡觀察渣侵蝕后礬土切塊切割面的顯微結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗渣侵蝕性

幾組坩堝試樣侵蝕后的形貌見圖2。觀察并測量對比渣侵深度，見表3。

表3 礬土熟料塊的侵蝕深度和侵蝕評判

圖2 坩堝試樣侵蝕后的形貌

由圖2與表3可以看出：1）同檔（Al2O3含量相近）品質(zhì)下，天然鋁礬土熟料的抗鐵渣性優(yōu)于均化鋁礬土熟料的，與吸水率無關；2）對于Al2O3含量88%（w）以上的高檔天然鋁礬土熟料，吸水率高低決定著抗渣侵蝕性能的優(yōu)劣；3）對于均化礬土熟料，抗鐵渣侵蝕性隨Al2O3含量增加而增強。

2.2 顯微結(jié)構(gòu)

渣侵蝕后礬土料切塊的顯微結(jié)構(gòu)照片見圖3。從顯微結(jié)構(gòu)看，礬土料切塊中含有剛玉（灰色粒狀）、莫來石（灰色長條狀）、鈦酸鋁（灰白色）和一定量玻璃相。高Al2O3含量的TD88-A、TH88-B、JD88-C、JS88-D四種礬土均以剛玉為主晶相，莫來石相少。天然礬土TD88-A、TH88-B中玻璃相以“孤島”狀不均勻分布于剛玉相間，均化礬土JD88-C、JS88-D玻璃相彌散性均勻分布于剛玉相或與莫來石相間。均化礬土料與天然礬土料的玻璃相分布狀態(tài)差異是導致兩者間抗鐵渣侵蝕性差異巨大的主要原因。因此，均化礬土料無論Al2O3含量高低，均不適合在鐵溝等與熔融鐵渣接觸的部位使用。

圖3 礬土切塊的顯微結(jié)構(gòu)照片

這驗證了周寧生等［10］的研究，其研究認為剛玉質(zhì)均化料的缺陷是使賦存于不均勻狀態(tài)（晶間、粒間三角區(qū)）的低熔點物均勻分散于所有晶間，以薄膜狀液相包裹剛玉，減少了固-固結(jié)合率（或稱降低平衡二面角）。例如，以剛玉質(zhì)顆粒為主的體系中，含有少許低熔顆粒，易蝕損的只是體系的局部。倘若將其均化，將使整個體系弱化，似可比喻為“癌細胞擴散”了［1］。

3 結(jié)論

天然鋁礬土熟料抗鐵渣性優(yōu)于均化礬土熟料的，與Al2O3含量和吸水率無關。對于Al2O3含量88%（w）以上的高檔天然鋁礬土熟料，吸水率高低決定著抗渣侵蝕性能的優(yōu)劣。均化鋁礬土熟料隨Al2O3含量增加抗鐵渣侵蝕性增強，與礬土吸水率無關。玻璃相分布狀態(tài)差異是導致天然礬土料和均化礬土料抗鐵渣侵蝕性之間差異巨大的主要原因。綜上，均化礬土熟料無論Al2O3含量高低，均不適合在鐵溝等與熔融鐵渣接觸的部位使用。