Al2O3-SiC-C系铁沟料的种类及研究动态

　　Al₂O₃-SiC-C系铁沟料按结合剂主要分为两大类：一类是含碳结合剂，如焦油、沥青、树脂、粘土或磷酸结合的捣打料；另一类是含铝酸钙水泥或粘土、磷酸结合的浇注料。振动料和喷涂料由这两大类材料改性制成。

　　按施工方法，Al₂O₃-SiC-C系铁沟料可以分为捣打料、振动料、浇注料三大类。下面就这三类材料进行介绍：

　　Al₂O₃-SiC-C系捣打料

　　日本黑崎窑业生产的大高炉铁沟用RSC-AK3捣打料是一种优质的Al₂O₃-SiC-C捣打料，其骨料采用电熔刚玉料，粒度小于8mm，以3~5mm的为主。SiC以细粉形式引入时，应控制其加入量，因为其非常难烧结，当SiC加入量大于10%以上时，在基质中会形成连续相，会影响到捣打料的烧结性能。为提高烧后强度和提高抗氧化性，捣打料应引入少量的金属硅粉，碳素用人造石墨粉，碳含量在3%~5%，采用磷酸铝为结合剂。为改善捣打性能，应添加少量优质塑性粘土细粉。为了使泥料均匀，使用后不收缩，或在加热过程中稍有膨胀，捣打料的强度要保证耐冲刷，用后拆除较容易，且加入少量多种添加剂，如防硬化的缓凝剂、分散剂、防腐剂等。德国大高炉采用的Al₂O₃-SiC-C捣打料也是化学结合的。有的Al₂O₃-SiC-C捣打料添加氮化硅，以增强其抗氧化性和耐磨性，另一种含Cr₂O₃的捣打料的使用效果更好。

　　Al₂O₃-SiC-C系振动料

　　振动料适应VF法和SVP法振动成型。振动料是触变性的，受到振动即变的容易流动，停止振动即变硬。它们含有6%~8%的水分，施工后需要与捣打料相近似的干燥时间。

　　近年开发的干式振动料，几乎不含水分和任何液态添加物。干式振动料具有以下优点：材料制作方便，施工简单，施工时间大大缩短；不需养护和烘烤，可快速加热；热震性好，保存期不受限制，使用中烧结层较薄，用后清理方便。筑衬和加热的时间可减至捣打料的1/3。

　　这种几乎不含水分和任何液态结合剂的混合料，在振动力的作用下、物料能迅速流动，即使在很小的振动力作用下，细小空隙也能被粉料填满，获得较高的充填密度，这就是干式振动料在没有任何结合剂的情况下能振动成型为致密体的工艺原理。

　　干式振动料即使含0.2%的水分，充填密度就要降8%~10%。因此，在干式振动料制造中，合理的颗粒组成是保证获得最大充填密度的关键，同时要考虑振动器的振幅、频率、振动时间的影响，以达到振动时产生最少的颗粒偏析。

　　干式振动料的一大问题是振动施工时产生较多的灰尘，污染环境。

　　Al₂O₃-SiC-C系浇注料

　　近年来，Al₂O₃-SiC-C系浇注料已经大面积的推广，已有取代了传统的捣打料之势。它多数是以刚玉或铝矾土为骨料，刚玉、SiC及碳素为基质，以铝酸钙水泥或粘土为结合剂，制成散状耐火材料，在现场加水混合后浇注成型。

　　浇注料除充分考虑化学成分之外，应选用致密的电熔或烧结刚玉料，或烧结致密、吸水率低的优质矾土熟料作为骨料。只有用低气孔率、低吸水率的骨料，才有可能配制出性能良好的致密浇注料。对于不定形耐火材料来说，合理选用耐火骨料及严格控制级配，是制造优良不定形耐火材料的关键。骨料的粒度通常应＜8mm，且在配料中粒度>1mm的粗颗粒一般应>60%。

　　浇注料基质部分的组成对材料性能影响更大。SiC和C配合，更能发挥防氧化及阻止炉渣向基质渗透的作用。SiC还因它的高硬度而能提高浇注料的抗冲刷能力，碳素能提高材料抗热震稳定性。

　　SiC的加入量通常在10%~30%范围内，适当增加SiC含量可提高制品抗高炉渣侵蚀的能力。但当用轧钢氧化铁皮在铁沟内进行脱硅处理时，由于SiC被FeO迅速氧化，易造成结构破坏。这样，SiC含量高，抗侵蚀性反而越低，所以此种情况应减少SiC含量。

　　由于C与水润湿性不良，浇注料中C含量较低，在2%~6%之间，一般为3%。C也可以以颗粒形式加入浇注料中替代部分氧化铝颗粒，可以提高抗剥落性、抗侵蚀等性能，但强度提高不明显。

　　作为结合剂的铝酸钙水泥，可以使用低钙铝酸盐水泥(含69%~72%Al₂O₃，21%~25%CaO)和纯铝酸钙水泥(含72%~80%Al₂O₃，19%~23%CaO)。纯铝酸水泥的CaO含量低，杂质少、可提高制品的性能。

　　近年发展了低水泥和超低水泥高强度浇注料。以往添加15%~25%的水泥，施工加水量为10%~20%，过多的CaO与骨料在高温下反应，液相较多，材料抗渣侵蚀性差，中温和高温强度不足。而低水泥高强度浇注料，只配2%~6%的水泥，施工加水量仅3%~6%，这种浇注料结构致密、气孔尺寸小、透气性低，中高温强度高，改善了浇注料的抗蚀性能。

　　在低水泥高强度浇注料中，主要借助于外加剂和超微粉来改善浇注料的特性，常用的有SiO₂和Al₂O₃超微粉。SiO₂含量在为85%~95%，其活性高、流动性好，容易充填到微小空隙中。低水泥浇注料的烘干强度，随着硅微粉掺量增加而提高，但掺量过多，会导致低熔物增多，浇注料的耐火度反而下降。

　　另一类铁沟浇注料是粘土结合的，它采用细陶瓷工业中的阳离子交换而使粘土流变的方法。选择良好的反絮凝剂(分散剂)，是保证粘土结合浇注料低水分、高强度的关键。常用的分散剂有六偏磷酸钠、二聚磷酸钠、焦磷酸钠等磷酸盐，硅酸钠、硫酸盐等无机盐类及其它有机化学分散剂，如腐拉酸。另外，还可采用复合分散剂的，分散剂可使浇注料的水分降到4%~6%以下仍具有良好的流动性，并可调节浇注料硬化时间。

　　另外，添加快干剂，如铝粉，可以快干，满足快速修补的要求，而且能有效地防止浇注料在加热干燥过程中产生爆裂现象，显著提高养护和烘干强度。

　　浇注料中还要加入中温增强剂，以防止中温阶段(出铁沟出铁升温、降温过程中)的开裂、剥落。此外还要加入膨胀剂，防止高温烧结过程中收缩开裂；加入防腐剂，防止存放期间的变质等。