鐵口在高爐生產過程中經常受開鐵口機、泥炮機等外力沖擊，并且溫度變化劇烈，渣鐵對耐火材料的沖刷、侵蝕非常嚴重，因此它是高爐生產過程中的薄弱環(huán)節(jié)。鐵口的工作者狀態(tài)直接影響到高爐爐鋼的工作狀態(tài)，以及高爐的順行情況，因此鐵口工作狀況的優(yōu)劣會對鐵廠的正常生產有著很大的影響。高爐鐵口磚的材質一般是高鋁磚、硅線石磚、莫來石磚、復合棕剛玉磚等大型組合磚。當鐵口磚損壞時，在中修時才可以進行砌筑修補，因為生產周期較長，需要成型、燒成、切磨和預砌，還需要將損壞的磚全部拆除，因此浪費較大，并且施工周期長、勞動強度大、砌筑難度高。
目前國內有些鋼廠已經在使用預制件，它的優(yōu)點是生產周期短，缺點是需要組合，預砌和切磨，而且預制磚只是經過低溫干燥，安裝到高爐上時，必須進行高溫烘烤，這樣勢必造成延誤工期，而且一旦損壞還需要全部拆除。安鋼2200m3高爐和2600m3高爐在運行了7~8年之后因鐵口組合磚損壞嚴重，必須對出鐵口進行維修。因訂購燒成制品生產周期長，砌筑困難(鐵口磚部位形狀不規(guī)則)，希望我公司根據安陽鋼鐵公司的高爐原鐵口情況，生產出一種直接在殘磚上澆注修補的澆注料。根據出鐵口用磚的指標，如表1所列，我們對高爐出鐵口用自流澆注料進行了研制試驗。
表1 技術指標要求
1 試驗
1.1 原料
試驗用主要原料有電熔剛玉、碳化硅、鋁酸鹽水泥、輔以復合添加劑和防爆劑LFB-1，其主要化學組成見表2。
表2 原料化學成分/%
1.1 試驗過程
根據不同的試驗目的，按表3所列配比將原料加入試驗攪拌機中，加水攪拌均勻后，在振動臺上澆注成型為40mm×40mm×160mm的試樣和外部直徑為50mm、高為50mm的圓柱體試樣，養(yǎng)護24h后脫模，隨后再養(yǎng)護24h。把試樣放入烘箱中，在溫度為110℃下烘干24h，再在1500℃下進行歷時3h的熱處理，然后按照國家標準分別檢測試樣的烘干體積密度、氣孔率、強度和燒后強度及線變化率、荷重軟化溫度等指標。
1.2 性能測試
表3 試樣的組成/%
對照表2，利用試樣S1~S4測定鋁酸鹽水泥最佳加入量，利用試樣S5-S8測定硅微粉最佳加入量，利用試樣S9-S12測定金屬硅最佳加入量。具體試驗目的如下：
(1)通過測試110℃烘干24h的常溫耐壓強度和高溫抗折強度、荷重軟化溫度，以確定鋁酸鹽水泥最佳加入量。
(2)通過測試110℃、24h燒后試樣的氣孔率和體積密度，以確定微粉的合理加入量。
(3)通過防爆試驗，以確定LFB-1防爆劑的合理加入量。
2 結果與討論
2.1 鋁酸鹽水泥加入量的影響
圖1為鋁酸鹽水泥加入量對常溫耐壓強度的影響，從圖中可以看出，隨著鋁酸鹽水泥加入量的增加，耐壓強度也逐漸增加，因此水泥加入量增加可以滿足自流料對常溫耐壓強度的要求。圖2是鋁酸鹽水泥的加入量對燒后抗折強度的影響，從圖中可以看出，隨著水泥加入量增加，燒后抗折強度有個最大值，即水泥加入7%時燒后抗折強度最大，但是荷重軟化溫度低。隨著水泥加入量的增加，由于CaO的增加，在高溫下與料中的SiO2和Al2O3反應，生成低熔點的鈣長石(CAF2)或鈣黃長石(C2AS)，致使荷重軟化溫度下降。綜合考慮以上因素，鋁酸鹽水泥加入量最佳值為4%。
2.2 復合微粉加入量的影響
從圖3中可看出，隨著復合微粉加入量的增加，由于微粉的填充作用，試樣的氣孔率逐漸下降。但微粉加入量超過8%時，填充空隙有余，剩余的超微粉導致用水量增加，氣孔率增大。
圖4為復合微粉加入量與試驗流動值的關系。在試樣加水情況下，隨著復合微粉加入量的增加，料的流動值增大，但微粉加入量超過8%，料的黏性增大，流動值減小。因此，復合微粉加入量為8%較為合適。
2.3 粘磚試驗
為了對該自流澆注料修復殘磚的性能進行試驗研究和評價，我們進行了澆注料粘磚的試驗。具體實驗方法為：首先將復合棕剛玉磚切割成80mm×40mm×40mm的試塊，放入160mm×40mm×40mm的模型中固定好。然后把澆注料加水攪拌至可澆注狀態(tài)，并較料加入已放入復合棕剛玉的三聯模內于振動平臺上振動2min，脫模后養(yǎng)護，隨后分別進行110℃、24h烘干;1100℃、3h燒成;1500℃、3h燒成。再分別做抗折強度試驗，其結果列于表4。
表4 粘磚抗折強度試驗
在試驗過程中，我們采用了三種方案，分別為：①在高鋁預制磚與料接觸端涂抹過渡材料A：②在復合棕剛玉磚與料接觸涂抹過渡材料B;③不涂抹過渡材料。
這個試驗的目的是自流澆注料在現場進行局部修補時，對殘磚的粘結性的檢測，從表4可以看出3#的粘結強度相對較高。通過試驗發(fā)現，當在澆注料中加入過渡材料A、B時，澆注料流動性、初凝時間都產生了很大的變化。在對粘磚抗折強度分析來看粘結強度差別不大，考慮在施工過程中涂抹料在澆注過程中容易脫落融入澆注料中，因此，在使用中采取了不加過渡材料的做法。
2.4 抗爆裂性試驗
抗爆裂性的測試方法：根據YB/T4117-2003(致密耐火澆注料抗爆試驗方法)將快干澆注料成型為50mm×50mm×50mm的試樣，依據標準對試樣進行養(yǎng)護成型，成型24h后脫模，然后直接放入已到達預定溫度的電爐中并保溫20min。如果試樣在某溫度下不爆裂，而高于此溫度50℃爆裂，則定義該溫度為其抗爆裂溫度，應以此溫度為高低作為衡量材料抗快速升溫的抗爆裂性評價指標。試驗試樣采取50mm×50mm×50mm的立方體，澆注成型脫模后，立即放入已升到設定溫度的電爐內，保溫20min，觀察是否爆裂。
本次所研究高爐鐵口修補自流料要求12h脫模，24h要達到正常生產溫度。因此快干劑和防爆劑的種類選擇及加入量的確定至關重要，我們選擇了一種自行研制的快干防爆劑LFB-1。對快干防爆劑LFB-1加入量為0.1%、0.15%、0.2%、0.25%分組做試驗研究，并綜合它們對流動性、排氣性、氣孔率的影響后認為防爆劑LFB-1加入量為0.2%為最佳。對比實驗結果列與表5。
表5 抗爆裂性實驗
從表5中可以看出S11、S12的抗爆裂試驗最好，因S12流動性差，常溫烘烤有裂紋，這可能是由于在成型時加水量過大，水分不宜排出，增加了爆裂的危險性，因此，我們選擇了S11配方。從在安鋼現場使用情況來看比較成功。澆注完畢后，1h初凝，3h具有脫模強度，3.5h脫模，充分實現了快干，為高爐鐵口的快速修筑節(jié)約了時間。
通過對鋁酸鹽水泥、復合微粉等原料加入量的試驗研制出的高爐鐵口自流澆注料可在殘磚上直接澆注，進行修補。在生產過程中不用高溫燒成，因此也是一種節(jié)能的高爐鐵口用耐火材料。其澆注施工不受施工空間限制，可快速澆注砌筑，采取了快干措施，可隨高爐正常烘爐。
