趙春燕  張海波  胡剛  高長賀

通達耐火技術(shù)股份有限公司  北京  100085

摘 要: 針對高爐實施低硅煉鐵工藝后因鐵水黏度低、流動性強致使主鐵溝部位侵蝕加快、沖刷加劇的問題，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1 080 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、沖刷加劇的問題，一次性通鐵量由10 萬t 提升至15 萬t。

關(guān) 鍵 詞: 低硅煉鐵; 鐵溝澆注料; 氮化硅; 抗沖刷; 抗侵蝕

高爐進行低硅冶煉，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)濟指標(biāo)^［1］。鐵水硅含量的降低還可以提高鐵水流動性，減輕爐前工人勞動強度; 同時，轉(zhuǎn)爐使用低硅鐵水進行煉鋼生產(chǎn)，可以減少熔劑和氧氣的消耗，減少渣量，縮短吹煉時間，還可以改善脫磷的效果?？梢?，采用低硅冶煉會給煉鐵和煉鋼帶來很好的經(jīng)濟效益，具有提高鐵水品質(zhì)，節(jié)能減排，簡化工序等優(yōu)點，但同時對煉鐵系統(tǒng)用耐火材料提出了更為苛刻的要求。

通過現(xiàn)場取樣分析，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石等低熔點物質(zhì)，加快對工作襯的破壞。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，流動性變強，在出鐵時鐵水的沖刷性和滲透性變強。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^{［2 － 4］}。因此，有必要改進低硅煉鐵工藝條件下鐵溝用耐火材料的性能。

1   試驗

試驗用主要原料有: 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。

試驗配方如表1 所示。其中，4^#試樣是改進前主溝材料的配方，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)計的配方。

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

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

抗渣性: 采用動態(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，組成一個斷面呈多邊形的試驗鑲板，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)場取回的渣樣，采用燃?xì)? 氧氣的方式進行加熱，經(jīng)1 450 ℃保溫5 h 后停止試驗。結(jié)束后，將被侵蝕試樣沿縱向從中間切開，然后測量試樣切面的侵蝕深度，測量點選擇從試樣臨近燒嘴側(cè)10 mm 開始，每隔30 mm 測量1 個點，計算最大侵蝕深度和平均侵蝕深度。

2   結(jié)果與分析

2． 1 大顆粒致密剛玉加入量對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結(jié)果見圖2。

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

2． 2 β-Si₃N₄粉加入量對渣線澆注料抗渣性的影響

β-Si₃N₄粉的加入量對渣線澆注料試樣抗渣性的影響見圖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，材料的抗渣性能相差不大。

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。

從圖4 可以看出，在燒結(jié)過程中，Si₃N₄能部分保留下來，并生成了O’-SiAlON 相，由于氮化硅相不易被渣鐵潤濕，使得材料的抗渣性能增強^［5］。加入氮化硅雖然對渣線澆注料的抗渣性有很大的改善，但考慮到性價比，認(rèn)為加入量為4%(w) 時，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)

改進前的主鐵溝澆注料( 4^# ) 、改進后的鐵線澆注料( 2^# ) 和改進后渣線澆注料( 6^# ) 的理化性能見表2。可以看出，在鐵溝澆注料中添加大顆粒骨料或Si₃N₄細(xì)粉，對澆注料的強度、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。

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，減緩鐵水對鐵溝的沖刷。經(jīng)過施工方案的調(diào)整和材料的改進，運用于內(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)凹槽的問題，并將一次性通鐵量由10 萬t 提升至15 萬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、沖刷加劇的問題。

參 考 文 獻

［1］ 范佳旭． 高爐低硅冶煉實踐［J］． 甘肅冶金，2014，36(6) : 1 － 3．

［2］ 吳珂，郭輝，馮延京． 低硅煉鐵工藝條件下鐵水罐用耐火材料的適應(yīng)性探索［J］． 耐火材料，2014，48(5) : 381 － 382．

［3］ 羅瓊，陳慶潔，鄢文，等． 均質(zhì)礬土骨料對Al₂O₃－SiC－C 鐵溝澆注料性能的影響［J］． 耐火材料，2015，49(3) : 190 － 194．

［4］ 李晨晨，梁永和，高紅軍，等． 高鋁質(zhì)釩鐵渣的性能研究及其在澆注料中的應(yīng)用［J］． 耐火材料，2016，50(3) : 219 － 222．

［5］ 徐軍波，魏軍從，李朝云． Si₃N₄加入量Al₂O₃ －SiC－C 鐵溝澆注料抗渣性能的影響［J］． 硅酸鹽通報，2010，29(3) :29 －30