黃建坤，王義龍，馬偉平，苗 正，楊連弟，王文寰

（河北國亮新材料股份有限公司 河北省鋼鐵冶煉用技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 唐山 063000）

隨著鋼鐵企業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，精煉比例升高，在冶煉低碳、超低碳優(yōu)質(zhì)鋼種時，鋼水要求良好的純凈度，這對鋼包工作層耐火材料提出了更高的要求。因含碳制品存在對鋼水增碳以及因高導(dǎo)熱率而導(dǎo)致的鋼包中鋼水溫降快、鋼包外殼溫度高等問題，迫切需要優(yōu)質(zhì)無碳鋼包襯用耐火材料[1-3]。由于機壓無碳鋼包襯磚相比澆注預(yù)制襯磚生產(chǎn)效率高、能耗和生產(chǎn)成本低，符合產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、節(jié)能減排、綠色發(fā)展、高效生產(chǎn)的理念，是無碳鋼包耐材的發(fā)展趨勢之一[4]。

1 試驗

1.1 水玻璃結(jié)合體系

1.1.1 試驗原料

試驗所用原料為Al2O3含量99%的板狀剛玉（5～3 mm、3～1 mm、0～1 mm和200目）、MgO含量97%的電熔鎂砂200目、氧化鋁微粉、液體水玻璃[5]（波美度50）為結(jié)合劑。

1.1.2 試驗設(shè)計、制備及性能測試

采用不同電熔鎂砂加入量，測試水玻璃結(jié)合的機壓無碳鋼包磚性能變化。

試驗設(shè)計見表1。

表1 試驗配方設(shè)計 （%）

1.1.3 試驗結(jié)果與分析

將上述原料按照鋼包磚混料工藝混煉，在1 000 t摩擦壓力機上成型，制備出尺寸為160 mm×165 mm/135 mm×100 mm的楔形鎂碳磚，在實驗室烘箱200℃×24 h，自然冷卻。將成型的磚樣切成40 mm×40 mm×140 mm樣條，測量如下性能：（1）常溫抗折耐壓強度；（2）1 000℃燒后抗折耐壓強度及線變化率；（3）1 550℃燒后抗折耐壓強度及線變化率；（4）1 450℃×30 min高溫抗折強度。試驗結(jié)果見圖1～圖5。

圖1 試樣常溫抗折耐壓強度對比圖

圖5 試樣1 450℃×30 min高溫抗折強度對比圖

可以看出：（1）水玻璃作為結(jié)合劑，成型后濕坯強度較高；（2）水玻璃作為結(jié)合劑，燒后試樣的強度都較高；（3）隨著電熔鎂砂200目加入量的增加，常溫、1 000℃、1 550℃燒后和1 450℃高溫抗折強度呈下降趨勢；（4）隨著電熔鎂砂200目加入量的增加，1 000℃和1 550℃燒后試樣線變化逐漸增大，是因為氧化鋁與電熔鎂砂反應(yīng)生成尖晶石數(shù)量增加，導(dǎo)致體積膨脹變大。

圖2 試樣1 000℃抗折耐壓強度對比圖

圖3 試樣1 550℃燒后抗折耐壓強度對比圖

圖4 試樣1 000℃和1 550℃線變化率對比圖

1.2 木鈣結(jié)合體系

1.2.1 試驗原料

試驗所用原料為Al2O3含量99%的板狀剛玉（5～3 mm、3～1 mm、0～1 mm和200目）、MgO含量97%的電熔鎂砂200目、氧化鋁微粉、木鈣（木鈣與水按照不同比例混合）為結(jié)合劑。

1.2.2 試驗設(shè)計、制備及性能測試

試驗配方設(shè)計見表2。

表2 試驗配方設(shè)計 （%）

1.2.3 試驗結(jié)果與分析

將上述原料按照鋼包磚混料工藝混煉，在1 000 t摩擦壓力機上成型，制備出尺寸為160 mm×165 mm/135 mm×100 mm的楔形鎂碳磚，在實驗室烘箱200℃×24 h，自然冷卻。將成型的磚樣切成40 mm×40 mm×140 mm樣條，測量如下性能：（1）常溫抗折耐壓強度；（2）1 000℃燒后抗折耐壓強度及線變化率；（3）1 550℃燒后抗折耐壓強度及線變化率；（4）1 450℃×30 min高溫抗折強度。試驗結(jié)果見圖6～圖10。

圖6 試樣常溫抗折耐壓強度對比圖

圖7 試樣1 000℃抗折耐壓強度對比圖

圖8 試樣1 550℃抗折耐壓強度對比圖

圖9 試樣1 000℃和1 550℃線變化率對比圖

圖10 試樣1 450℃×30 min高溫抗折強度對比圖

可以看出：（1）木鈣水溶液作為結(jié)合劑，成型后濕坯強度低；（2）使用木鈣水溶液作為結(jié)合劑，各溫度段燒后強度都較低；（3）隨木鈣濃度的提高，常溫、1 000℃和1 550℃燒后抗折耐壓強度增大；（4）隨木鈣濃度的提高，高溫抗折強度略有提高，但是變化不大；（5）木鈣濃度不同，對樣塊線變化率影響不大。

1.3 凝膠粉結(jié)合體系

1.3.1 試驗原料

試驗所用原料為Al2O3含量99%的板狀剛玉（5～3 mm、3～1 mm、0～1 mm和200目）、MgO含量97%的電熔鎂砂200目、氧化鋁微粉、凝膠粉[6]為結(jié)合劑。

1.3.2 試驗設(shè)計、制備及性能測試

試驗配方設(shè)計見表3。

表3 試驗配方設(shè)計 （%）

1.3.3 試驗結(jié)果與分析

將上述原料按照鋼包磚混料工藝混煉，在1 000 t摩擦壓力機上成型，制備出尺寸為160 mm×165 mm/135 mm×100 mm的楔形鎂碳磚，在實驗室烘箱200℃×24 h，自然冷卻。將成型的磚樣切成40 mm×40 mm×140 mm樣條，測量如下性能：（1）常溫抗折耐壓強度；（2）1 000℃燒后抗折耐壓強度及線變化率；（3）1 550℃燒后抗折耐壓強度及線變化率；（4）1 450℃×30 min高溫抗折強度。試驗結(jié)果見圖11～圖15。

圖11 試樣常溫抗折耐壓強度對比圖

圖12 試樣1 000℃抗折耐壓強度對比圖

圖13 試樣1 550℃抗折耐壓強度對比圖

圖14 試樣1 000℃和1 550℃線變化率對比圖

圖15 試樣1 450℃×30 min高溫抗折強度對比圖

可以看出：（1）凝膠粉作為結(jié)合劑，成型后濕坯強度較高；（2）凝膠粉結(jié)合機壓無碳鋼包磚常溫、1 000℃和1 550℃燒后強度都較高，1 000℃燒后強度比1 550℃燒后強度高，隨結(jié)合劑的增加先增大后減小，高溫抗折強度差別不大；（3）隨著凝膠粉加入量增加，1 550℃燒后線變化呈增大趨勢。

1.4 不同結(jié)合體系對比

將不同結(jié)合體系性能進行對比，見表4。

表4 不同結(jié)合體系性能對比

選取三種不同結(jié)合體系，各方案最優(yōu)指標(biāo)進行對比，可以看出水玻璃結(jié)合和凝膠粉結(jié)合體系，試樣成型后濕坯強度較高，能滿足生產(chǎn)需要；水玻璃結(jié)合和凝膠粉結(jié)合體系中，試樣常溫、1 000℃和1 550℃燒后強度都較高，凝膠粉作為結(jié)合劑，1 450℃保溫30 min高溫抗折強度高，綜合各指標(biāo)性能考慮，凝膠粉結(jié)合機壓無碳鋼包磚性能最優(yōu)，選用凝膠粉結(jié)合無碳鋼包磚進行現(xiàn)場試用。

2 應(yīng)用

選取凝膠粉結(jié)合鋼包磚，在某鋼廠180 t精煉鋼包進行試驗使用，并跟蹤使用效果（見表5）。本次試驗了兩個鋼包，根據(jù)侵蝕速率來評價試驗[7]。

表5 鋼包磚試驗效果

3 結(jié)論

（1）水玻璃作為結(jié)合劑，成型后濕坯強度和燒后試樣的強度都較高，隨著電熔鎂砂200目加入量的增加，1 000 ℃和1 550 ℃燒后試樣線變化率逐漸增大，鎂砂加入量為3%，綜合性能最好，但是由于引入鈉，導(dǎo)致試樣高溫抗折強度低。

（2）使用木鈣水溶液作為結(jié)合劑，成型后濕坯強度和各溫度段燒后強度都較低，隨木鈣濃度的提高，常溫、1 000 ℃和1 550 ℃燒后抗折耐壓強度、高溫抗折耐壓強度都有所增大。

（3）凝膠粉作為結(jié)合劑，成型后濕坯強度和高溫抗折強度較高，常溫抗折耐壓、1 000 ℃和1 550 ℃燒后抗折耐壓強度， 隨結(jié)合劑的增加先增大后減小，1 550℃燒后線變化率呈增大趨勢。

（4）水玻璃結(jié)合和凝膠粉結(jié)合體系成型濕坯強度、常溫、1 000 ℃和1 550 ℃燒后強度都較高，凝膠粉結(jié)合的試樣1 450 ℃高溫抗折強度高， 選取凝膠粉結(jié)合無碳剛玉磚進行現(xiàn)場試用， 從現(xiàn)場試用情況來看，試驗包平均侵蝕速率0.525 mm/次，使用效果較好。