目前高爐出鐵溝主要采用Al2O3-SiC-C質(zhì)澆注料，鐵鉤損毀主要在于三個(gè)方面：鐵鉤料與高爐渣接觸并反應(yīng)，形成低共熔物而熔蝕;鐵水及鐵渣的撞擊磨損，造成鐵鉤材料的龜裂和剝落;鐵鉤料在使用過(guò)程中氧化而損毀。隨著高爐冶煉強(qiáng)度的提高和渣量的增大，高爐產(chǎn)量提高，對(duì)鐵鉤澆注料的質(zhì)量要求日益提高，不僅要具備較高的常溫強(qiáng)度，保證澆注成型、脫模后不損毀，更具備較大的高溫狀態(tài)強(qiáng)度，來(lái)抵抗鐵水和熔渣的沖刷和侵蝕。為提高鐵鉤的使用壽命，鄭州駒達(dá)新材料科技有限公司旨在通過(guò)降低硅微粉、水泥加入量，減少澆注料在高溫下的低熔物來(lái)提高材料的使用性能，在保證足夠常溫強(qiáng)度前提下提高高溫?zé)釕B(tài)強(qiáng)度。
2 實(shí)驗(yàn)
2.1 原料
試驗(yàn)原料有：電熔棕剛玉，白剛玉，97碳化硅，硅微粉(粒度分析D50<1.5um)、球?yàn)r青(軟化點(diǎn)約為110℃)、高鋁水泥、98金屬硅粉(w(Si)=98.24%)，活性Al2O3微粉(粒度分析D50＜2um)，碳化硼(w(B4C)=95.7%，粒度為325目)，六偏磷酸鈉，其主要原料化學(xué)組成見(jiàn)表1。
表1 主要原料化學(xué)組成
2.2 試樣制備
實(shí)驗(yàn)中首先調(diào)整硅微粉加入量，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1%、1.5%、2%、2.5%，差值用剛玉粉彌補(bǔ)，試樣配比見(jiàn)表2。
表2 配方主要原料組成
將各種原料按照規(guī)定配比準(zhǔn)確配置，預(yù)混均勻，加入合適的攪拌機(jī)中保證可以均勻攪拌;
測(cè)量加水量及流動(dòng)值，在振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)成型，尺寸為40mm×40mm×160mm，一組四條，分別測(cè)量110℃×16h烘干后常溫抗折耐壓強(qiáng)度、1000℃×3h、1450℃×3h處理后的冷態(tài)抗折強(qiáng)度耐壓強(qiáng)度及1450℃×1h熱態(tài)高溫抗折強(qiáng)度;
選出各溫度段的綜合強(qiáng)度最好的一組，將這一組的硅微粉加入量作為基礎(chǔ)，再調(diào)整水泥加入量，水泥加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)依然按照1%、1.5%、2%、2.5%，差值用剛玉粉200目彌補(bǔ)，試樣配比見(jiàn)表3。
表3 配方主要原料組成
3.2 水泥加入量對(duì)澆注料強(qiáng)度的影響
將主要匯演110℃常溫耐壓強(qiáng)度、1450℃×3h耐壓強(qiáng)度及1450℃×1h熱態(tài)高溫抗折強(qiáng)度制成連線圖，如圖2所示：
圖1 硅微粉加入量與澆注料強(qiáng)度的關(guān)系
圖2 水泥加入量與澆注料強(qiáng)度的關(guān)系
由圖2可知，隨著水泥加入量的增大，澆注料常溫強(qiáng)度增大，高溫冷態(tài)強(qiáng)度減少。高溫抗折強(qiáng)度減少。一方面，水泥量增大，形成水化相增多，常溫強(qiáng)度增大；溫度升高時(shí)，水化相脫水產(chǎn)生氣孔，使得材料結(jié)構(gòu)疏松，所以高溫冷態(tài)強(qiáng)度下降；同時(shí)鈣黃長(zhǎng)石的低熔物含量增多，使得高溫抗折強(qiáng)度也下降，當(dāng)硅微粉加入1.35%、水泥加入1.5%時(shí)，鐵鉤澆注料的常溫性能約50MPa，高溫抗折性能達(dá)到5MPa以上。
3.3 澆注料顯微結(jié)構(gòu)
通過(guò)選擇高強(qiáng)純鋁酸鈣水泥和高效減水劑等大量實(shí)驗(yàn)，硅微粉1.5%和水泥1.5%組合時(shí)，常溫強(qiáng)度可達(dá)到50MPa以上，1450℃高溫冷態(tài)耐壓強(qiáng)度約90MPa，1450℃高溫抗折強(qiáng)度5MPa以上，對(duì)其熱態(tài)抗折強(qiáng)度試樣斷口進(jìn)行電鏡分析：基質(zhì)結(jié)構(gòu)與晶相組成，與傳統(tǒng)配方相比，如圖3，發(fā)現(xiàn)試樣中形成發(fā)育良好的莫來(lái)石晶相，如圖4，從而顯著提高了試樣的熱態(tài)抗折強(qiáng)度。
圖3 傳統(tǒng)配方試樣斷口的顯微結(jié)構(gòu)照片
圖4 澆注料高溫抗折試樣斷口的顯微結(jié)構(gòu)照片
結(jié)論
減少硅微粉及水泥加入量，能提高鐵鉤澆注料的高溫性能，主要原因是減少低共熔物鈣黃石的生成，在澆注料中生成交錯(cuò)網(wǎng)狀莫來(lái)石晶體從而提高高溫性能。