添加Al2O3微粉对出铁口炮泥长时间加热后性能的影响

炮泥用作高炉出铁口的封堵材料，要求具有稳定的封堵性能并且易于开口。炮泥开口后，在出铁口表面形成的沉积层依然存在，暴露在高炉内部的炮泥沉积层要长期受到高温铁水的侵蚀。因此，对炮泥长期受热的性能稳定性及抗侵蚀性有很高的要求。国外有关耐火公司的研究人员考察了添加Al2O3微粉对炮泥长时间加热后物理性能及抗侵蚀性的影响。

　　试验采用两种基质组成的炮泥作对比：SiC-C-SiO2（SC-A）和Si3N4-C-SiO2（SN-A），Al2O3微粉加入量分别为0、2.5%、5%、10%，同时改变SiO2微粉的加入量，具体配方见表1。按配方称料，混合均匀并加入煤焦油后在行星式搅拌机中混合20分钟。调整煤焦油的加入量使每组料具有相同的马夏值。在5兆帕下压制成尺寸为160 毫米×40 毫米×40 毫米的试样后，将试样在300摄氏度下预先热处理12 小时，然后在电炉中埋焦炭条件下和温度为1500摄氏度时分别在3小时和24小时烧成。

　　测量试样分别经1500摄氏度3小时和24小时烧后的质量变化率、常温抗折强度、常温耐压强度与显气孔率。抗侵蚀试验采用高频感应炉法和电弧加热转鼓法两种方法，通过浇注成型所需尺寸的试样并进行相应的热处理。高频感应炉法：向高频感应炉中加入20千克生铁，升温到1500摄氏度~1540摄氏度保持4小时。电弧加热转鼓法：采用高炉渣在1600摄氏度侵蚀5小时，每小时更换1千克高炉渣。选取试样进行化学分析、XRD物相分析。

　　研究结果显示，对于SiC质和Si3N4质两种基质组成的炮泥，Al2O3微粉加入量的增多均使炮泥试样加热后的质量损失率减小；经1500摄氏度热处理后，SiC质试样保温3小时和24小时的质量损失率非常接近，而Si3N4质试样保温3小时和24小时的质量损失率有很大的差别，Si3N4质试样经1500摄氏度、24小时热处理后的质量损失率最大，显气孔率显著升高，常温耐压强度显著降低。随着Al2O3微粉加入量的增多，SiC质试样经1500摄氏度、24小时热处理后的常温抗折强度逐渐增大，其他试样常温抗折强度变化不大。

　　随着Al2O3微粉加入量的增多，SiC质和Si3N4质炮泥抗熔融铁水的侵蚀指数均逐渐减小，抗铁水侵蚀性得到改善，受热处理时间的长短影响不大。其中，Si3N4质炮泥的抗熔融铁水侵蚀性优于SiC质炮泥。

　　随着Al2O3微粉加入量的增多，SiC质炮泥以及1500摄氏度3小时热处理后Si3N4质炮泥抗高炉渣的侵蚀指数均逐渐减小，抗渣侵蚀性得到改善，热处理时间的长短对SiC质炮泥的抗渣侵蚀性受影响不大。Al2O3微粉对1500摄氏度24小时热处理后Si3N4质炮泥的抗渣性改善效果不明显。其中，SiC质炮泥的抗渣侵蚀性优于Si3N4质炮泥。

　　XRD物相分析显示，添加Al2O3微粉的SiC质和Si3N4质炮泥经1500摄氏度3小时和24小时热处理后均生成了莫来石相，只是SiC质炮泥中的莫来石峰值更强；Si3N4质炮泥经1500摄氏度24小时热处理后，β-Si3N4的峰值减小，生成了β-SiC和Si2N2O相。抗铁水侵蚀试验后，SN-A0试样热面中的Si2N2O相消失，而SN-A10试样热面中的Si2N2O相仍然存在。

　　总之，向高炉炮泥基质中添加Al2O3微粉可以有效降低炮泥热处理后的质量损失率，提高常温强度，改善了炮泥的抗侵蚀性，提高了高炉内部的炮泥沉积层长时间处于高温环境下的耐用性。