孫志紅 王璽堂 聶建華
目前，隨著煉鐵工藝的不斷進(jìn)步，高爐向大型化發(fā)展，高溫高產(chǎn)情況下，撇渣器是高爐生產(chǎn)排放高溫渣鐵溶液分離通道的關(guān)鍵部位。撇渣器用耐材對(duì)高爐煉鐵的安全順利運(yùn)行起著非常重要的作用，撇渣器耐材要求具有良好的高溫情況下的耐侵蝕沖刷性能和優(yōu)越的抗熱沖擊及耐磨性能。現(xiàn)在，大中型高爐用撇渣器一般采用Al2O3-SiC-C質(zhì)低水泥澆注料，抗氧化性和抗渣性、熱震穩(wěn)定性、高溫抗折強(qiáng)度及耐磨性能一般；配方原料中添加了揮發(fā)性強(qiáng)的含碳材料（瀝青、石墨等）及添加劑等，碳材料造成的排放不利于環(huán)保，且影響鐵水質(zhì)量，一次通鐵量一般為20萬(wàn)噸~25萬(wàn)噸左右。筆者根據(jù)對(duì)撇渣器耐材使用過(guò)程中壽命的影響因素進(jìn)行分析認(rèn)為：撇渣器材料不但要經(jīng)受高溫渣鐵溶液的侵蝕，還受到渣鐵流的熱沖擊且損耗較快，維修周期長(zhǎng)，影響高爐正常安全生產(chǎn)。有效且穩(wěn)定地提高大中型高爐用撇渣器的一次通鐵量到30萬(wàn)噸以上，且高溫?zé)Y(jié)性能、抗侵蝕性能、抗熱震穩(wěn)定性、耐高溫渣鐵沖刷及耐磨性能優(yōu)良的新型材料，是行業(yè)內(nèi)正在研究的方向。
技術(shù)方案內(nèi)容
筆者通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研及綜合分析，針對(duì)現(xiàn)有高爐撇渣器用耐材技術(shù)及應(yīng)用存在的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了高爐撇渣器專用氮化硅結(jié)合澆注料，其產(chǎn)品配方優(yōu)化及技術(shù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案完善合理，可有效降低撇渣器綜合運(yùn)行成本，是提升大中型高爐用撇渣器使用壽命的耐材新產(chǎn)品，已申報(bào)國(guó)家發(fā)明專利。
高爐撇渣器結(jié)構(gòu)及專用耐材：高爐撇渣器在鋼殼內(nèi)設(shè)置澆筑工作襯及澆筑過(guò)梁；澆筑工作襯小井出口端面設(shè)置有出鐵水溝槽，鐵水通道上端設(shè)置有澆筑過(guò)梁，澆筑工作襯、澆筑過(guò)梁均采用氮化硅微粉結(jié)合澆注料制成（可另制作為預(yù)制體）。
應(yīng)用于高爐撇渣器的氮化硅微粉結(jié)合澆注料采用精選高純?cè)牧?，通過(guò)引入氮化硅微粉，明顯增強(qiáng)了撇渣器澆注料的致密度，改善了其抗氧化性和抗渣性、熱震穩(wěn)定性，穩(wěn)步提高了高溫抗折強(qiáng)度、耐磨性能和使用壽命；配方通過(guò)優(yōu)化，將揮發(fā)性強(qiáng)的含碳材料及添加劑等用量減少或不用，既減少了碳含量的排放，又凈化了鐵水，產(chǎn)品有效降低了撇渣器整體綜合運(yùn)行成本，節(jié)約優(yōu)質(zhì)耐火原料資源，將大中型高爐撇渣器澆注料一次通鐵量提升至30萬(wàn)噸以上，延長(zhǎng)了撇渣器耐材的使用壽命，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
主要優(yōu)選原材料特征
選擇粒度為5~8mm和3~5mm的兩種電熔致密剛玉，氧化鋁含量≥99%，體積密度(g/cm3 ) ≥3.90，由于體積密度高、材料硬度大、耐磨性好、耐高溫沖刷性優(yōu)良，大顆粒部分采用兩種配比組合，可有效穩(wěn)定產(chǎn)品架構(gòu)。
選擇粒度為1~3mm和1~0mm的兩種燒結(jié)板狀剛玉，氧化鋁含量≥99%，其抗熱震穩(wěn)定性優(yōu)良、燒結(jié)性能好、耐高溫沖擊性能優(yōu)越。
選擇粒度為0.1mm~1mm和0.044mm的黑碳化硅，SiC含量≥98%，其具有抗侵蝕性，提高產(chǎn)品的抗耐磨性及強(qiáng)度，采用細(xì)顆粒和細(xì)粉組合，細(xì)粉分散性好，促進(jìn)燒結(jié)強(qiáng)度、提升高溫強(qiáng)度及抗氧化性能，產(chǎn)品堆積密度好，提高產(chǎn)品的抗耐磨性及熱態(tài)強(qiáng)度。
選擇粒度≤5μm的氮化硅微粉，氮化硅( Si3N4)含量≥94%，優(yōu)化增強(qiáng)了撇渣器澆注料的致密度，改善了其抗氧化性、抗渣性、熱震穩(wěn)定性，穩(wěn)步提高了高溫抗折強(qiáng)度及耐磨性能，具體為國(guó)內(nèi)牌號(hào)JXSN-94產(chǎn)品。氮化硅分子式為 Si3N4， 其中 Si 占 60.06%，N 占 39.94%， Si3N4屬于高溫難熔化合物、屬于熱力學(xué)穩(wěn)定化合物，是一種很堅(jiān)硬的材料，抗氧化性較強(qiáng)，應(yīng)密封保存。氮化硅的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)大部分金屬溶液是穩(wěn)定的，不受腐蝕也不被潤(rùn)濕，有利于提高產(chǎn)品的抗侵蝕性，其熱膨脹系數(shù)較小、導(dǎo)熱性好，其優(yōu)越性能是具有較高的常溫和高溫強(qiáng)度、優(yōu)異的常溫和高溫化學(xué)穩(wěn)定性以及較強(qiáng)的耐磨性和良好的熱震穩(wěn)定性。
藍(lán)晶石是由粒度為0.1mm~0.2mm的原料組成，藍(lán)晶石中氧化鋁含量≥55%，其特性為在高溫情況下形成莫來(lái)石相，提高產(chǎn)品抗折強(qiáng)度和耐磨性。
氧化鋁微粉是由粒度≤1.5μm的原料組成，氧化鋁微粉中氧化鋁含量≥99%，為國(guó)內(nèi)活性氧化鋁微粉，其特性是具有良好的分散及流動(dòng)性能、低溫結(jié)合強(qiáng)度及中高溫?zé)Y(jié)性能。
防爆裂纖維為水溶性有機(jī)纖維，熔點(diǎn)為80~90℃，長(zhǎng)度為15~25mm，其特性為均勻分散到產(chǎn)品中，產(chǎn)品在低溫烘烤時(shí)可快速熔解并形成排氣通道，以防止爆裂、提高產(chǎn)品應(yīng)用安全和提升施工效率等。
復(fù)合分散劑包含有機(jī)部分和無(wú)機(jī)部分，可提高產(chǎn)品配方組合中細(xì)粉、微粉及結(jié)合劑的減水分散性，其特性是具有良好的流動(dòng)性及施工作業(yè)性能，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品澆注體結(jié)構(gòu)致密高強(qiáng)度。
結(jié)論
以上研發(fā)的高爐撇渣器用氮化硅微粉結(jié)合澆注料對(duì)于大中型高爐和中小型高爐撇渣器均可適用，針對(duì)應(yīng)用到具體不同容積高爐時(shí)，配方可在既定范圍內(nèi)進(jìn)行一定調(diào)整，以滿足該高爐撇渣器的具體要求。
通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)與澆注料性能，采用精選高純?cè)牧?，通過(guò)引入氮化硅微粉，明顯增強(qiáng)了撇渣器澆注料的致密度，改善了抗氧化性和抗渣性、熱震穩(wěn)定性，穩(wěn)步提高了高溫抗折強(qiáng)度、耐磨性能和使用壽命。配方通過(guò)優(yōu)化，減少揮發(fā)性極強(qiáng)含碳材料的使用，既減少了碳含量的排放，又凈化了鐵水，產(chǎn)品制備方法簡(jiǎn)單，有效降低了撇渣器用耐材綜合運(yùn)行成本，節(jié)約優(yōu)質(zhì)耐火原料資源，大中型高爐用撇渣器澆注料一次通鐵量提高至30萬(wàn)噸以上，延長(zhǎng)了撇渣器的整體使用壽命，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
