高爐鐵溝澆注料的失效分析及原因研究

摘 要：根據以往的生產經驗，煉鐵廠一般均是依照自己的實際需要來完成澆注料生產規劃。一旦煉鐵廠出現意外原因打亂澆注料生產規劃，則已經生產出來的澆注料便超過指定存放時間，增大失效風險，但是不是失效的唯一誘因。結合實例分析了高爐鐵溝澆注料的失效原因。

關鍵詞：高爐；鐵溝；澆注料；失效；原因分析

1 前言

Al2O3-SiC-C質澆注料（其中以水泥結合的澆注料較多）是目前大型高爐的出鐵溝的主要原料。根據以往的生產經驗，煉鐵廠一般均是依照自己的實際需要來完成澆注料生產規劃。一旦煉鐵廠出現意外原因打亂澆注料生產規劃，則已經生產出來的澆注料便超過指定存放時間，增大失效風險。X廠需要對某個批次的澆注料進行處理，處理過程中發現該批次的部分澆注料凝固時間相對較長，自身強度較弱，將原因初步判定為水泥失效。為了能夠對高爐鐵溝澆注料的失效進行分析，并總結失效原因，本文結合實例展開了相關分析和研究。

2 研究方法

對X廠的初步判定為水泥失效的澆注料進行現場分析，該材料為水泥結合的Al2O3-SiC-C質澆注料。取得適當材料進行試驗，發現在澆筑完成一天之后依然無法凝聚，經過分析之后得出如下原因：一是澆注料加水量過多，二是水泥過期失效。針對以上原因，為了能夠對澆注料的強度進行合理調整，將些許鋁酸鈣水泥加入到澆注料當中，借此來對澆注料以往損失的強度進行彌補。為了能夠驗證鋁酸鈣水泥采用何種加入量更加合理，在具體試驗時，鋁酸鈣水泥加入量分為三種方案，獲得相應的澆筑試樣的體積密度與強度之后，分別與原始試樣進行對比和分析。

試驗采用的加水量必須要嚴格控制，本試驗采用5.5%-6.5%加水量控制范圍；待加入完成之后對原料進行充分攪拌，使其均勻混合；混合均勻之后振動成型，獲得澆筑試樣；將澆筑試樣放于110℃的環境中進行干燥，持續24h；干燥完成之后，將試樣埋于1450℃的碳中持續燒制3h。試驗結果表明，所有的澆筑試驗均能夠有效的硬化和凝固。對重新澆筑的試樣的體積密度和強度進行認真，并將結果與原始試樣進行分析，表明即便是原始試樣，干燥強度也達到了22.8Mpa。由此可以證明，水泥失效并不是導致澆注料凝固不完全的唯一誘因；同時也說明，現場操作時影響澆注料凝固效果的重要因素。另外，增加鋁酸鈣水泥的加入量凝固增強澆注料的干燥強度和燒后強度。

將原始澆筑試樣放于110℃的環境中進行干燥，持續24h，對干燥之后的原始澆筑料進行電子探針與能譜分析，獲得了相應的基質結構成分。具體如下：ω（MgO）=0.52%，ω（Al2O3）=29.001%，ω（SiO2）=52.26%，ω（CaO）=13.55%，ω（Na2O）=1.23%，ω（K2O）=1.04%。按照元素分析的結果，基質的組成中含有氯離子質量分數2，44%，這表明在澆注料的成型過程中所用水的氯離子超標。

通過分析基質組成的面分布結果，我們知道，氯離子的電子數等于Na元素的電子數，而且兩者的電子分布的面相對均勻。基質中均勻分布著除了粒徑較大的剛玉與碳化硅顆粒之外的其他元素顆粒。分散劑是導致鈉元素帶入的主要原因，但是氯離子的帶入從配方上并沒有引入物。對燒后澆注料基質進行電子探針與能譜分析，獲得了相應的基質結構成分。具體如下：ω（MgO）=0.22%，ω（Al2O3）=29.39%，ω（SiO2）=53.86%，ω（CaO）=13.65%，ω（Na2O）=2.24%，ω（K2O）=0.70%。在元素分析中未發現氯離子，這說明了氯離子只存在于低溫環境，高溫環境下氯離子已經揮發。

3 討論

到目前為止，關于含碳素澆注料的失效報道數量不多。本文分析澆注料的失效的原因主要包括下述幾個方面[1-3]：一是振動時間控制方面，二是施工設備方面，三是澆注溫度控制方面，四是加水量控制方面，五是添加物的種類和加入量方面，六是儲存條件方面。以上這六種因素都會對澆注料性能產生一定影響。

鋁酸鈣水泥結合的Al2O3-SiC-C質澆注料，在可溶堿的水解作用下，反應過程與非含碳澆注料的可溶堿的水解過程類似[3]。鋁酸鈣水化反應產物與堿作用，最后生成碳酸鈣。失效的原因一般認為是由于產生了碳酸鈉的水化物，吸潮能力大，而低水泥澆注料氣孔率低，滲透率也低，內部吸潮難以干燥，從而使得結合劑的效果降低。對于鐵溝用澆注料，由于水泥是直接與材料混合在一起的，儲存條件一般在露天堆放，如果材料吸潮，則水分容易吸附在材料內，在長時間的作用下，水泥水化作用已經完成，而形成的凝固效果只是在于顆?；蛘叻垠w的表面。因此在澆注施工中，凝固效果降低。澆注料中氯離子超標，也會影響堿性水泥結合劑的結合強度，因為酸堿反應的結果直接造成凝固速度快而結構疏松。

從失效的鐵溝澆注料的分析看，主要原因應該是儲存時間長、施工環境與過程、加水量等因素影響所導致。因為重新制樣的原始澆注料干燥強度還比較高，不至于凝固不了。而在外加一定量的新水泥后，強度與性能沒有損失，燒后強度有一定的增加幅度。因此，在進行處理后，使用的效果沒有受到影響。從包裝的角度看，應該提倡水泥與澆注料分開包裝，混合時，再加入水泥，這樣可以減少水泥的強度損失。

4 結束語

第一，鐵溝澆注料失效的主要原因體現在六個方面：一是振動時間控制方面，二是施工設備方面，三是澆注溫度控制方面，四是加水量控制方面，五是添加物的種類和加入量方面，六是儲存條件方面。第二，水泥與澆注料分開包裝能夠有效減少水泥的強度損失，進而避免澆注料失效，待混合的時候再加人水泥。第三，在使用時，建議加入些許的新的鋁酸鈣水泥，此舉證明能夠在不影響澆注料應用效果的前提下增強澆注料強度。

參考文獻

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