隨著優(yōu)質(zhì)潔凈鋼,、品種鋼等爐外精煉技術(shù)的發(fā)展，對(duì)精煉包材料的要求也隨之提高,，尤其是傳統(tǒng)材料在抗渣侵蝕及滲透方面的欠缺,，采用低碳剛玉、鎂砂和富鋁尖晶石為主要原料,，優(yōu)化組合各種原料,、外加劑和結(jié)合劑,，通過(guò)對(duì)尖晶石粒度的控制、Si02微粉加人量的對(duì)比,，結(jié)合劑的選擇以及抗渣結(jié)果進(jìn)行對(duì)比研究,，得出新研制出的剛玉-尖晶石鋼包料具有熱膨脹率小、抗熱剝落性好,、高溫強(qiáng)度高以及良好的抗渣和鋼水的侵蝕性和滲透性,。此鋼包料可調(diào)配，分別用在包底,、包壁及渣線(xiàn)部位,，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，剝落深度小,，剝落速度慢,，磨損速度也比傳統(tǒng)的澆注料減小30%之多。在成鋼80t精煉包底和包壁上使用,，取得了較好的使用效果,。
1試驗(yàn)
1.1原料及配方
試驗(yàn)采用低碳剛玉、鎂砂和富鋁尖晶石為主要原料,，因材料要求具有優(yōu)良的抗渣侵蝕性,、抗渣滲透性和抗剝落性，所以采用超微粉和鋼包專(zhuān)用水泥結(jié)合,。為滿(mǎn)足所需材料的各種理化性能指標(biāo),，保證其使用效果，確定原料最佳的臨界粒度為8mm,。試驗(yàn)用各種原料及化學(xué)組成見(jiàn)表1,，試驗(yàn)用不同鋼廠精煉渣化學(xué)成分見(jiàn)表2，試樣的配料組成見(jiàn)表3,。
表1主要原料的化學(xué)組成 (w/%)
表2 不同鋼廠精煉渣化學(xué)成分 (W/%)
表3 試樣的配料組成 (w/%)
1.2試樣制備和性能測(cè)試
按設(shè)計(jì)的試驗(yàn)配方配料6 kg,，攪拌均勻后澆注成160mmx40mmx40mm的試樣6塊，剩余的料澆注成70mmx70mmx70mm的坩堝試塊,，室溫下自然養(yǎng)護(hù)24 h,，脫模后繼續(xù)于室溫下養(yǎng)護(hù)24 h，放入電熱干燥箱中,，以正常速度升溫至110 t保溫24 h,。前6塊試樣在硅鉬棒電阻爐中于1500℃保溫3 h鍛燒，冷卻后按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)其體積密度,、燒后線(xiàn)變化率,、抗折強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度;后一塊采用靜態(tài)坩堝法進(jìn)行抗渣侵蝕試驗(yàn)，分別裝30g的精煉渣,，經(jīng)1600℃x3h高溫處理后,，觀察其切面渣對(duì)耐火材料的侵蝕及滲透情況。
2 結(jié)果與分析
2.1 尖晶石粒度對(duì)剛玉-尖晶石鋼包料性能的影響
通過(guò)對(duì)同一組方中各尖晶石粒度加入量的改變,，試樣在不同溫度處理后的性能指標(biāo)見(jiàn)表4,。
表4 尖晶石粒度對(duì)剛玉-尖晶石鋼包料性能的影響
由試驗(yàn)結(jié)果可以看出：
(1)隨著配料中尖晶石顆粒含量的增加，試樣的燒后耐壓強(qiáng)度呈先升高后降低趨勢(shì),，而烘后耐壓強(qiáng)度變化不明顯;燒后收縮逐漸減少,，試樣橫截面的裂紋細(xì)小。
(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),，加入尖晶石骨料后,，試樣的抗侵蝕性變好，并隨著尖晶石加入量的增加,，抗侵蝕 性進(jìn)一步得到改善,，而且尖晶石骨料的顆粒越小，抗侵蝕性越好,，當(dāng)尖晶石的顆粒尺寸小于1 mm,，且達(dá)到某添加量時(shí)，它的抗侵蝕性達(dá)到最好,。這是由于尖晶石顆粒和細(xì)粉在基質(zhì)中均勻分布，使結(jié)構(gòu)更加致密所致,。此時(shí)材料的抗?jié)B透性也最佳,，這主要是因?yàn)樵蛣傆?尖晶石材料接觸，Al203顆粒和CaO,、尖晶石和渣中的FeO,、MnO形成固溶體，使渣的粘度變大,，熔點(diǎn)升高,，阻止了渣的滲透。
(3)由抗渣結(jié)果可知,，對(duì)于高堿度渣,，尖晶石顆粒加入量較多的試樣抗侵蝕性較好;對(duì)于低堿度渣， 尖晶石細(xì)粉加入量較多的試樣抗侵蝕性和抗?jié)B透性均較好,。
2.2 Si02微粉對(duì)剛玉-尖晶石鋼包料性能的影響
早期一般認(rèn)為Si02微粉加入到澆注料中,，能通過(guò)高溫在其表面形成一個(gè)致密層，達(dá)到增加抗渣的目的,。而后有研究則認(rèn)為Si02含量為0〜2.0%的澆注料,，發(fā)現(xiàn)Si02微粉的加入不能抑制渣侵蝕，但增加了結(jié)構(gòu)的耐剝落性。Si02微粉加入量>0.5%導(dǎo)致重?zé)�(xiàn)變化是負(fù)值,。還有研究發(fā)現(xiàn)Si02微粉加入量為0.5%的澆注料,，其高溫抗折強(qiáng)度急劇下降，而荷重軟化點(diǎn)卻基本上穩(wěn)定;高溫抗折強(qiáng)度從沒(méi)加硅微粉的14 MPa減小到加入量為0.5%時(shí)的2MPa,。在荷重軟化點(diǎn)的試驗(yàn)中,，在0.2MPa荷載下加熱到1660℃的熱膨脹對(duì)于沒(méi)加硅微粉的澆注料是正值，而對(duì)于加入0.5%硅微粉的澆注料則是負(fù)值,。而且Al203-尖晶石澆注料的高溫抗折強(qiáng)度隨著溫度從1300℃上升到1500℃而不斷增加,，而且比高鋁澆注料的還要高得多。但在我們所研究的剛玉-尖晶石體系的鋼包料中,，其Si02微粉的加入量在此基礎(chǔ)上則要更加嚴(yán)格控制,，否則其烘后、燒后性能指標(biāo)會(huì)變化很大,。Si02微粉對(duì)剛玉-尖晶石鋼包料物理性能的影響見(jiàn)圖1,、圖2。
由試驗(yàn)結(jié)果可以看出：
(1)剛玉-尖晶石鋼包料常溫抗折強(qiáng)度和常溫耐壓強(qiáng)度的峰值出現(xiàn)在Si02微粉加入量<0.5%處,。
(2)剛玉-尖晶石鋼包料在1500℃x3h的燒后線(xiàn)變化隨著Si02微粉加入量的增大,，先增加后減小。而燒后耐壓強(qiáng)度的峰值則在Si02微粉加入量0.5%處,。
2.3結(jié)合劑的選擇對(duì)剛玉-尖晶石鋼包料的影響
先了盡可能的減少鋼水中的雜質(zhì)含量,，提高鋼水的潔凈度，我們對(duì)結(jié)合劑的選擇尤為慎重,，通過(guò)CA-80,、CA-70、þ-Al203þ-Al203改性,、鋼包專(zhuān)用水泥,、復(fù)合結(jié)合劑的對(duì)比，選擇性能最好,，最經(jīng)濟(jì),、實(shí)用的結(jié)合劑。結(jié)合劑對(duì)剛玉-尖晶石鋼包料物理性能的影響見(jiàn)圖3,、圖4,。
由試驗(yàn)結(jié)果可以看出：
(1)普通的CA-80、CA-70水泥結(jié)合劑,，雖然強(qiáng)度等各方面的指標(biāo)都很好,，但其在1500℃高溫?zé)蟮木�(xiàn)變化太大，主要因?yàn)椴牧现械拟}含量過(guò)高,，高溫形成的CA6,，導(dǎo)致材料的氣孔率增大，線(xiàn)變化率增大，試樣斷面有明顯疏松感,，尤其影響其抗渣性能,。
(2)常規(guī)的p-Al203p-Al203改性結(jié)合劑，使得澆注料的基質(zhì)更純凈,，避免了中溫下CAS2(鈣斜長(zhǎng)石),、C2AS(鈣黃長(zhǎng)石)和S(方石英)的生成而造成高溫性能的降低。雖然常規(guī)和改性后的p-Al203結(jié)合的試樣表面和斷面都很致密,，且燒結(jié)良好,，但強(qiáng)度較低，尤其是常溫強(qiáng)度很低,，這對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)澆注施工,、脫模等工序很不利。
(3)復(fù)合結(jié)合劑和鋼包專(zhuān)用水泥相比較,，其各種性能指標(biāo)都很理想,，尤其是復(fù)合結(jié)合劑的抗渣侵蝕性和抗渣滲透性都優(yōu)于鋼包專(zhuān)用水泥，但對(duì)于廠家既經(jīng)濟(jì),、實(shí)惠,，又在質(zhì)量上相對(duì)穩(wěn)定，且能保證長(zhǎng)期供貨的條件下,，我們最終選擇了鋼包專(zhuān)用水泥,。
2.4新研制剛玉-尖晶石鋼包料的抗渣性能研究
本次研發(fā)的剛玉-尖晶石鋼包料的熱膨脹率小，抗熱剝落性好,，高溫強(qiáng)度高,，并且通過(guò)添加超細(xì)尖晶石粉，極大地改善了鋼包料的抗侵蝕和抗?jié)B透性,，又通過(guò)配入部分尖晶石顆粒使得剛玉-尖晶石鋼包料的抗渣性能進(jìn)一步的提高。
新研制的剛玉-尖晶石澆注料在鋼包上使用,，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,，剝落深度小，剝落速度慢,，磨損速度也比傳統(tǒng)的澆注料減小30%之多,。本次研發(fā)新產(chǎn)品的主要性能指標(biāo)見(jiàn)表7。
對(duì)于新研發(fā)的剛玉-尖晶石鋼包料,，我們采用靜態(tài)坩堝法于1600℃x3h進(jìn)行抗渣侵蝕試驗(yàn),，分別用武鋼精煉渣、成鋼精煉渣和浦項(xiàng)精煉渣,，樣塊切面抗渣侵蝕結(jié)果如圖5所示,。
由圖5同一材質(zhì)，不同精煉渣的侵蝕、滲透結(jié)果可知,，我們新研制的剛玉-尖晶石鋼包料對(duì)于不同堿度渣,，均體現(xiàn)出良好抗侵蝕性和抗?jié)B透性。
為此,，韓國(guó)浦項(xiàng)就我們新研制的樣品,，自行做渣和鋼水的侵蝕檢測(cè)對(duì)比，新研制的鋼包料渣和鋼水侵蝕結(jié)果如圖6所示,，浦項(xiàng)公司鋼包料淹和鋼水侵蝕結(jié)果如圖7所示,。
圖6 新研制鋼包料渣、鋼水侵蝕結(jié)果圖
圖7 浦項(xiàng)公司鋼包料渣,、鋼水侵蝕結(jié)果圖
由圖6,、圖7渣侵和鋼水侵蝕結(jié)果可知，新開(kāi)發(fā)的剛玉-尖晶石鋼包料的抗渣侵蝕與滲透均好于浦項(xiàng)料,，且樣塊致密均勻,，燒結(jié)裂紋和應(yīng)變裂紋很少且很細(xì)小，有絕對(duì)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),。
3應(yīng)用
新研發(fā)的剛玉-尖晶石鋼包料熱膨脹率小,，抗熱剝落性好，高溫強(qiáng)度高,，具有良好的抗渣,、鋼水的侵蝕性和滲透性。此鋼包料可調(diào)配,，分別用在包底,、包壁及猹結(jié)部位，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,，剝落深度小,，剝落速度慢，磨損速度也比傳統(tǒng)的澆注料減小30%之多,。在成鋼80 t精煉包底,、包壁上使用，取得了較好的使用效果,。在浦項(xiàng)等公司試用中,，均滿(mǎn)足客戶(hù)的使用要求，并得到一致好評(píng),。