孫志紅 王璽堂 聶建華
目前，隨著煉鐵工藝的不斷進步，高爐向大型化發展，高溫高產情況下，撇渣器是高爐生產排放高溫渣鐵溶液分離通道的關鍵部位。撇渣器用耐材對高爐煉鐵的安全順利運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越的抗熱沖擊及耐磨性能。現在，大中型高爐用撇渣器一般采用Al2O3-SiC-C質低水泥澆注料，抗氧化性和抗渣性、熱震穩定性、高溫抗折強度及耐磨性能一般；配方原料中添加了揮發性強的含碳材料（瀝青、石墨等）及添加劑等，碳材料造成的排放不利于環保，且影響鐵水質量，一次通鐵量一般為20萬噸~25萬噸左右。筆者根據對撇渣器耐材使用過程中壽命的影響因素進行分析認為：撇渣器材料不但要經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，影響高爐正常安全生產。有效且穩定地提高大中型高爐用撇渣器的一次通鐵量到30萬噸以上，且高溫燒結性能、抗侵蝕性能、抗熱震穩定性、耐高溫渣鐵沖刷及耐磨性能優良的新型材料，是行業內正在研究的方向。
技術方案內容
筆者通過市場調研及綜合分析，針對現有高爐撇渣器用耐材技術及應用存在的問題，開發了高爐撇渣器專用氮化硅結合澆注料，其產品配方優化及技術設計結構方案完善合理，可有效降低撇渣器綜合運行成本，是提升大中型高爐用撇渣器使用壽命的耐材新產品，已申報國家發明專利。
高爐撇渣器結構及專用耐材：高爐撇渣器在鋼殼內設置澆筑工作襯及澆筑過梁；澆筑工作襯小井出口端面設置有出鐵水溝槽，鐵水通道上端設置有澆筑過梁，澆筑工作襯、澆筑過梁均采用氮化硅微粉結合澆注料制成（可另制作為預制體）。
應用于高爐撇渣器的氮化硅微粉結合澆注料采用精選高純原材料，通過引入氮化硅微粉，明顯增強了撇渣器澆注料的致密度，改善了其抗氧化性和抗渣性、熱震穩定性，穩步提高了高溫抗折強度、耐磨性能和使用壽命；配方通過優化，將揮發性強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，產品有效降低了撇渣器整體綜合運行成本，節約優質耐火原料資源，將大中型高爐撇渣器澆注料一次通鐵量提升至30萬噸以上，延長了撇渣器耐材的使用壽命，具有顯著的經濟和社會效益。
主要優選原材料特征
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、耐高溫沖刷性優良，大顆粒部分采用兩種配比組合，可有效穩定產品架構。
選擇粒度為1~3mm和1~0mm的兩種燒結板狀剛玉，氧化鋁含量≥99%，其抗熱震穩定性優良、燒結性能好、耐高溫沖擊性能優越。
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，提高產品的抗耐磨性及強度，采用細顆粒和細粉組合，細粉分散性好，促進燒結強度、提升高溫強度及抗氧化性能，產品堆積密度好，提高產品的抗耐磨性及熱態強度。
選擇粒度≤5μm的氮化硅微粉，氮化硅( Si3N4)含量≥94%，優化增強了撇渣器澆注料的致密度，改善了其抗氧化性、抗渣性、熱震穩定性，穩步提高了高溫抗折強度及耐磨性能，具體為國內牌號JXSN-94產品。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、屬于熱力學穩定化合物，是一種很堅硬的材料，抗氧化性較強，應密封保存。氮化硅的化學性質穩定，對大部分金屬溶液是穩定的，不受腐蝕也不被潤濕，有利于提高產品的抗侵蝕性，其熱膨脹系數較小、導熱性好，其優越性能是具有較高的常溫和高溫強度、優異的常溫和高溫化學穩定性以及較強的耐磨性和良好的熱震穩定性。
藍晶石是由粒度為0.1mm~0.2mm的原料組成，藍晶石中氧化鋁含量≥55%，其特性為在高溫情況下形成莫來石相，提高產品抗折強度和耐磨性。
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%，為國內活性氧化鋁微粉，其特性是具有良好的分散及流動性能、低溫結合強度及中高溫燒結性能。
防爆裂纖維為水溶性有機纖維，熔點為80~90℃，長度為15~25mm，其特性為均勻分散到產品中，產品在低溫烘烤時可快速熔解并形成排氣通道，以防止爆裂、提高產品應用安全和提升施工效率等。
復合分散劑包含有機部分和無機部分，可提高產品配方組合中細粉、微粉及結合劑的減水分散性，其特性是具有良好的流動性及施工作業性能，實現產品澆注體結構致密高強度。
結論
以上研發的高爐撇渣器用氮化硅微粉結合澆注料對于大中型高爐和中小型高爐撇渣器均可適用，針對應用到具體不同容積高爐時，配方可在既定范圍內進行一定調整，以滿足該高爐撇渣器的具體要求。
通過優化結構與澆注料性能，采用精選高純原材料，通過引入氮化硅微粉，明顯增強了撇渣器澆注料的致密度，改善了抗氧化性和抗渣性、熱震穩定性，穩步提高了高溫抗折強度、耐磨性能和使用壽命。配方通過優化，減少揮發性極強含碳材料的使用，既減少了碳含量的排放，又凈化了鐵水，產品制備方法簡單，有效降低了撇渣器用耐材綜合運行成本，節約優質耐火原料資源，大中型高爐用撇渣器澆注料一次通鐵量提高至30萬噸以上，延長了撇渣器的整體使用壽命，具有顯著的經濟和社會效益。
