摘要: 針對(duì)高爐實(shí)施低硅煉鐵工藝后因鐵水黏度低、流動(dòng)性強(qiáng)致使主鐵溝部位侵蝕加快、沖刷加劇的問(wèn)題，以電熔致密剛玉、電熔白剛玉粉、碳化硅、α-Al2O3微粉、β-Si3N4粉、炭素、純鋁酸鈣水泥、SiO2微粉及高效復(fù)合減水劑等制備了鐵溝澆注料，研究了15～8 mm 的大顆粒電熔致密剛玉的加入量( 外加質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5%、10%、15%) 和β-Si3N4粉的加入量( 質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2%、4%、6%) 對(duì)澆注料性能的影響。結(jié)果表明: 將主溝澆注料分為外加10%(w) 15 ～ 8 mm 的電熔致密剛玉的鐵線澆注料和引入6% (w) β-Si3N4的渣線澆注料，并適當(dāng)調(diào)整主溝坡度，在內(nèi)蒙某1080 m3 低硅煉鐵的高爐鐵溝上應(yīng)用后表明，大大改善了主鐵溝渣鐵線部位侵蝕加快、沖刷加劇的問(wèn)題，一次性通鐵量由10 萬(wàn)t 提升至15 萬(wàn)t。

高爐進(jìn)行低硅冶煉，可以降低焦比，提高產(chǎn)量，改善生鐵品質(zhì)，從而改善技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)[1]。鐵水硅含量的降低還可以提高鐵水流動(dòng)性，減輕爐前工人勞動(dòng)強(qiáng)度; 同時(shí)，轉(zhuǎn)爐使用低硅鐵水進(jìn)行煉鋼生產(chǎn)，可以減少熔劑和氧氣的消耗，減少渣量，縮短吹煉時(shí)間，還可以改善脫磷的效果?？梢?jiàn)，采用低硅冶煉會(huì)給煉鐵和煉鋼帶來(lái)很好的經(jīng)濟(jì)效益，具有提高鐵水品質(zhì)，節(jié)能減排，簡(jiǎn)化工序等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)對(duì)煉鐵系統(tǒng)用耐火材料提出了更為苛刻的要求。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣分析，鐵渣的化學(xué)組成(w) 為: CaO40. 17%，SiO2 31. 5%，Al2O3 16. 08%，MgO 9. 92%，F(xiàn)e2O3 0. 75%，TiO2 0. 81%，S 0. 75%，MnO 0. 40%。從鐵渣XRD 分析可知，渣中含有大量的鈣黃長(zhǎng)石等低熔點(diǎn)物質(zhì)，加快對(duì)工作襯的破壞。此外，隨著低硅冶煉后硅含量降低，鐵水全鐵量上升，黏度降低，流動(dòng)性變強(qiáng)，在出鐵時(shí)鐵水的沖刷性和滲透性變強(qiáng)。倘若工作襯形成縫隙，極易滲鐵，導(dǎo)致鐵溝用耐火材料的使用壽命直線下降，也容易出現(xiàn)漏鐵事故。因此，有必要改進(jìn)低硅煉鐵工藝條件下鐵溝用耐火材料的性能。

1試驗(yàn)

試驗(yàn)用主要原料有: w( Al2O3) ≥98%的電熔致密剛玉( 粒度分別為15 ～ 8、8 ～ 5、5 ～ 3、3 ～ 1 和≤1 mm) ，w( Al2O3) ≥98. 5% 的電熔白剛玉粉( 粒度≤0. 088 mm) ，w( SiC) ≥98%的碳化硅( 粒度分別為≤1和≤0. 088 mm) ，w( Al2O3) ≥98. 5% 的α-Al2O3微粉，w( Si3N4) ≥90%的≤5 μm 的β-Si3N4粉，炭素，純鋁酸鈣水泥，SiO2微粉及高效復(fù)合減水劑等。

試驗(yàn)配方如表1 所示。其中，4#試樣是改進(jìn)前主溝材料的配方，1#、2#、3# 試樣是為了改善鐵線材料抗沖刷性能而設(shè)計(jì)的配方，5#、6#、7#試樣是為了改善渣線材料抗渣性能而設(shè)計(jì)的配方。

表1 澆注料的配方

按表1 中的配方稱(chēng)量、攪拌、振動(dòng)成型為40 mm ×40 mm ×160 mm 的試樣后，在相對(duì)濕度< 75% 的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)24 h，脫模后自然養(yǎng)護(hù)24 h，試樣經(jīng)110 ℃烘干24 h 后，再經(jīng)1 450 ℃保溫3 h 熱處理后檢測(cè)試樣的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

根據(jù)GB /T 601 檢測(cè)試樣的化學(xué)組成，根據(jù)YB /T5200—1993 測(cè)定試樣的體積密度，根據(jù)GB /T 5072—2008 采用微機(jī)控制全自動(dòng)壓力試驗(yàn)機(jī)測(cè)定試樣的常溫耐壓強(qiáng)度，根據(jù)GB /T 5988—2007 測(cè)定試樣的線變化，根據(jù)GB /T 3002—2004 測(cè)定試樣的高溫抗折強(qiáng)度，根據(jù)YB /T 2206. 2—1998 測(cè)定試樣的抗熱震性能。

抗渣性: 采用動(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)抗渣法，將110 ℃ 烘干24 h的6 塊如圖1 所示尺寸的試樣，組成一個(gè)斷面呈多邊形的試驗(yàn)鑲板，作為回轉(zhuǎn)爐的內(nèi)襯，并在試樣和金屬爐殼之間砌筑一層鎂砂作為隔熱材料。加入現(xiàn)場(chǎng)取回的渣樣，采用燃?xì)? 氧氣的方式進(jìn)行加熱，經(jīng)1 450 ℃保溫5 h 后停止試驗(yàn)。結(jié)束后，將被侵蝕試樣沿縱向從中間切開(kāi)，然后測(cè)量試樣切面的侵蝕深度，測(cè)量點(diǎn)選擇從試樣臨近燒嘴側(cè)10 mm 開(kāi)始，每隔30 mm 測(cè)量1 個(gè)點(diǎn)，計(jì)算最大侵蝕深度和平均侵蝕深度。

圖1 回轉(zhuǎn)抗渣試樣尺寸圖

2 結(jié)果與分析

2. 1 大顆粒致密剛玉加入量對(duì)鐵線澆注料抗渣性的影響

加入不同量致密剛玉大顆粒骨料的1#、2#和3#鐵線澆注料的抗渣試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2加入不同大顆粒骨料的1#、2#和3#鐵線澆注料的抗渣性

從圖2 可以看出，隨著大顆粒骨料加入量的增加，抗侵蝕性先增強(qiáng)后減弱，大顆粒加入量為10%w) 的2#試樣的抗渣性能最好。說(shuō)明加入大顆粒料可以提高澆注料的抗鐵水沖刷性，但大顆粒加入量過(guò)多時(shí)，同一工作面上，基質(zhì)含量減少，抗侵蝕性原料( 碳化硅等) 含量相對(duì)降低，又使得試樣抗沖刷性變差。

2. 2 β-Si3N4粉加入量對(duì)渣線澆注料抗渣性的影響

β-Si3N4粉的加入量對(duì)渣線澆注料試樣抗渣性的影響見(jiàn)圖3?？梢钥闯?，隨著Si3N4粉加入量的增加，抗渣性能持續(xù)得到改善。在Si3N4粉加入量為4% 和6%( w) 時(shí)，材料的抗渣性能相差不大。

圖3 β-Si3N4粉加入量不同的4#、5#、6#和7#渣線澆注料的抗侵蝕性

未加入β-Si3N4粉的4#試樣和加入β-Si3N4粉的6#試樣的平均侵蝕深度分別為17. 3 和13. 2 mm，其抗渣后原質(zhì)層的XRD 分析如圖4 所示。

圖 4 試樣經(jīng)1450℃保溫3h侵蝕后原質(zhì)層的XRD圖譜

從圖4 可以看出，在燒結(jié)過(guò)程中，Si3N4能部分保留下來(lái)，并生成了O’-SiAlON 相，由于氮化硅相不易被渣鐵潤(rùn)濕，使得材料的抗渣性能增強(qiáng)[5]。加入氮化硅雖然對(duì)渣線澆注料的抗渣性有很大的改善，但考慮到性?xún)r(jià)比，認(rèn)為加入量為4%(w) 時(shí)，澆注料的性能得到較大提升，材料成本也控制良好。

2. 3 澆注料的理化指標(biāo)

改進(jìn)前的主鐵溝澆注料( 4# ) 、改進(jìn)后的鐵線澆注料( 2# ) 和改進(jìn)后渣線澆注料( 6# ) 的理化性能見(jiàn)表2。可以看出，在鐵溝澆注料中添加大顆粒骨料或Si3N4細(xì)粉，對(duì)澆注料的強(qiáng)度、抗熱震性能等影響不大，但是能明顯提高澆注料的抗鐵水沖刷和侵蝕性能。

表2 改進(jìn)前后鐵溝澆注料的理化指標(biāo)

3 應(yīng)用

將主溝工作襯分為鐵線澆注料和渣線澆注料，并適當(dāng)調(diào)整主溝坡度，減緩鐵水對(duì)鐵溝的沖刷。經(jīng)過(guò)施工方案的調(diào)整和材料的改進(jìn)，運(yùn)用于內(nèi)蒙某1 080 m3低硅煉鐵的高爐鐵溝上，使用后改善了常規(guī)鐵溝澆注料渣鐵線侵蝕不同步，接觸部位出現(xiàn)凹槽的問(wèn)題，并將一次性通鐵量由10萬(wàn)t 提升至15萬(wàn)t。

4 結(jié)論

在原鐵溝澆注料配比基礎(chǔ)上，將主溝工作襯分為外加10%(w) 15 ～ 8 mm 的電熔致密剛玉的鐵線澆注料和引入4%(w) β-Si3N4粉的渣線澆注料，并適當(dāng)調(diào)整主溝坡度，在低硅煉鐵的高爐鐵溝上應(yīng)用后大大改善了主鐵溝渣鐵線部位侵蝕加快、沖刷加劇的問(wèn)題。

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