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，通過對尖晶石粒度的控制、Si02微粉加人量的對比，結(jié)合劑的選擇以及抗渣結(jié)果進行對比研究，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
1.1原料及配方
試驗采用低碳剛玉、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用水泥結(jié)合。為滿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。試驗用各種原料及化學(xué)組成見表1，試驗用不同鋼廠精煉渣化學(xué)成分見表2，試樣的配料組成見表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試樣制備和性能測試
按設(shè)計的試驗配方配料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24 h，脫模后繼續(xù)于室溫下養(yǎng)護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)準檢測其體積密度、燒后線變化率、抗折強度、耐壓強度;后一塊采用靜態(tài)坩堝法進行抗渣侵蝕試驗，分別裝30g的精煉渣，經(jīng)1600℃x3h高溫處理后，觀察其切面渣對耐火材料的侵蝕及滲透情況。
2 結(jié)果與分析
2.1 尖晶石粒度對剛玉-尖晶石鋼包料性能的影響
通過對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)見表4。
表4 尖晶石粒度對剛玉-尖晶石鋼包料性能的影響
由試驗結(jié)果可以看出：
(1)隨著配料中尖晶石顆粒含量的增加，試樣的燒后耐壓強度呈先升高后降低趨勢，而烘后耐壓強度變化不明顯;燒后收縮逐漸減少，試樣橫截面的裂紋細小。
(2)實驗結(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，且達到某添加量時，它的抗侵蝕性達到最好。這是由于尖晶石顆粒和細粉在基質(zhì)中均勻分布，使結(jié)構(gòu)更加致密所致。此時材料的抗?jié)B透性也最佳，這主要是因為渣和剛玉-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，熔點升高，阻止了渣的滲透。
(3)由抗渣結(jié)果可知，對于高堿度渣，尖晶石顆粒加入量較多的試樣抗侵蝕性較好;對于低堿度渣， 尖晶石細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微粉對剛玉-尖晶石鋼包料性能的影響
早期一般認為Si02微粉加入到澆注料中，能通過高溫在其表面形成一個致密層，達到增加抗渣的目的。而后有研究則認為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)�變化是負值。還有研究發(fā)現(xiàn)Si02微粉加入量為0.5%的澆注料，其高溫抗折強度急劇下降，而荷重軟化點卻基本上穩(wěn)定;高溫抗折強度從沒加硅微粉的14 MPa減小到加入量為0.5%時的2MPa。在荷重軟化點的試驗中，在0.2MPa荷載下加熱到1660℃的熱膨脹對于沒加硅微粉的澆注料是正值，而對于加入0.5%硅微粉的澆注料則是負值。而且Al203-尖晶石澆注料的高溫抗折強度隨著溫度從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)上則要更加嚴格控制，否則其烘后、燒后性能指標(biāo)會變化很大。Si02微粉對剛玉-尖晶石鋼包料物理性能的影響見圖1、圖2。
由試驗結(jié)果可以看出：
(1)剛玉-尖晶石鋼包料常溫抗折強度和常溫耐壓強度的峰值出現(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，我們對結(jié)合劑的選擇尤為慎重，通過CA-80、CA-70、þ-Al203þ-Al203改性、鋼包專用水泥、復(fù)合結(jié)合劑的對比，選擇性能最好，最經(jīng)濟、實用的結(jié)合劑。結(jié)合劑對剛玉-尖晶石鋼包料物理性能的影響見圖3、圖4。
由試驗結(jié)果可以看出：
(1)普通的CA-80、CA-70水泥結(jié)合劑，雖然強度等各方面的指標(biāo)都很好，但其在1500℃高溫?zé)蟮木�變化太大，主要因為材料中的鈣含量過高，高溫形成的CA6，導(dǎo)致材料的氣孔率增大，線變化率增大，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(鈣斜長石)、C2AS(鈣黃長石)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，但強度較低，尤其是常溫強度很低，這對于現(xiàn)場澆注施工、脫模等工序很不利。
(3)復(fù)合結(jié)合劑和鋼包專用水泥相比較，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)于鋼包專用水泥，但對于廠家既經(jīng)濟、實惠，又在質(zhì)量上相對穩(wěn)定，且能保證長期供貨的條件下，我們最終選擇了鋼包專用水泥。
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，高溫強度高，并且通過添加超細尖晶石粉，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)見表7。
對于新研發(fā)的剛玉-尖晶石鋼包料，我們采用靜態(tài)坩堝法于1600℃x3h進行抗渣侵蝕試驗，分別用武鋼精煉渣、成鋼精煉渣和浦項精煉渣，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，韓國浦項就我們新研制的樣品，自行做渣和鋼水的侵蝕檢測對比，新研制的鋼包料渣和鋼水侵蝕結(jié)果如圖6所示，浦項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，新開發(fā)的剛玉-尖晶石鋼包料的抗渣侵蝕與滲透均好于浦項料，且樣塊致密均勻，燒結(jié)裂紋和應(yīng)變裂紋很少且很細小，有絕對的應(yīng)用優(yōu)勢。
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。在浦項等公司試用中，均滿足客戶的使用要求，并得到一致好評。