姜晟1） 施羽辉2）
1）上海宝化国立化工技术有限公司 上海 201900
2）宝武装备智能科技有限公司 上海 201900
摘要：为充分回收利用钛铁渣，以高铝矾土，钛铝酸钙，SiC微粉（1~0mm，200目，SiC≥97.04wt%），煅烧Al2O3微粉（≤0.5μm）为主要原料，以Secar 71铝酸盐水泥为结合剂，制备钢包永久层浇注料。研究了钛铝酸钙部分或全部替代高铝矾土（浇注料中钛铝酸钙质量百分数为：0%，16.2%，32.4%，48.6%，64.8%，81%）对钢包永久层浇注料的使用性能的影响，并进行工业实践。结果表明：钛铝酸钙的导热系数低，将其引入到永久层浇注料中隔热效果增强；工业实践证明：使用钛铝酸钙替代矾土料增加了永久层的使用寿命，降低了成本。
关键词：钛铝酸钙；钢包永久层；回收利用
中图分类号：TU54 文献标识码
钛铁渣中氧化铝含量占比非常大，武汉科技大学赵惠忠等人[1]发明了一种以钛铁渣为原料制备的再生高铝质耐火原料，其氧化铝含量在75%以上，耐火度高（>1790℃），得到了一种品位较高的耐火原料；王立峰[2]钛铁渣制备的钛铝酸钙导热系数低且随温度的变化导热系数变化不大，高温性能优异；李晨晨等[3]研究了钛铝酸钙加入量以及粒度对出铁沟浇注料常温强度、高温强度以及抗渣性的影响，当加入量为12wt％时性能最佳，粒度对试样的影响不大；欧阳军华等[4]在高铝浇注料中引入钛铁渣制备的钛铝酸钙细粉代替部分板状刚玉细粉，研究发现钛铝酸钙加入量可以促进材料的烧结，提高体积密度和抗热震性能，但同时会在一定程度上降低浇注料材料的高温力学性能，综合考虑钛铝酸钙的最佳加入量为4wt%。
高铝浇注料具有耐火度高、抗渣性好、化学性能稳定等优点，被广泛应用于化工、钢铁行业［5］。但其原料成本较高，将钛铝酸钙作为高铝质耐火原料应用到高铝浇注料中，降低了原料成本，有利于回收利用钛铁渣。本文以钛铝酸钙作为高铝质耐火原料将其应用到钢包永久层浇注料中，探究钛铝酸钙部分或全部替代高铝矾土对钢包永久层浇注料使用性能的影响，并将其应用到工业实践中。
1 试验
高铝矾土，钛铝酸钙，SiC微粉（1~0mm，200目，SiC≥97.04wt%），煅烧Al2O3微粉（≤0.5μm）为主要原料，以Secar 71铝酸盐水泥为结合剂，制备钢包永久层浇注料，试验配比如表1所示（试验配方A1-A6分别表示钛铝酸钙以0%，20 wt%、40 wt%、60 wt%、80 wt%、100 wt%比例替代矾土加入量）。
表1 试样的配比(wt%)
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按表1进行配料，将配好的物料在水泥胶砂搅拌机上预混3 min，加水混合3 min后分别置于40 mm×40 mm×160 mm的三联模及导热圆盘模具中振动成型；室温条件下养护24 h后脱模，将条形试样在110℃下干燥24 h后分别置于中温炉中进行1100℃×3 h处理，高温炉中进行1400℃×3 h处理，冷却至室温进行常温性能检测。将导热圆盘进行800℃×3 h的预烧后进行导热系数的测定。按YB/T 4130-2005标准进行试验导热系数的测定。
2 结果与讨论
表2为不同温度下随钛铝酸钙替代量的增加，试样的常温性能检测值。由表可知，在110℃及1100℃时，随着钛铝酸钙替代量的增加，试样的体积密度呈现稍微下降的趋势；试样的显气孔率呈现上升的趋势。1400℃时，试样的体积密度呈增加的趋势，显气孔率呈下降的趋势，随温度的增加，显气孔率呈先增加后减小的趋势。
在110℃时，随钛铝酸钙替代量的增加，常温强度变化不明显，在1100℃时，随着钛铝酸钙加入量的增加，试样的常温抗折强度和常温耐压强度略有下降，在1400℃时，随着钛铝酸钙加入量的增加，试样的常温抗折强度和耐压强度呈先增加后减小的趋势，在替代量为60 wt%时达到最大；随着温度的升高，试样的常温抗折强度和常温耐压强度均增加。
表2 试样的常规性能
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钛铝酸钙的体积密度略低于88#矾土，随着钛铝酸钙加入量的增加，试样体积密度略呈降低趋势。随着温度的升高，钛铝酸钙的体积密度呈降低趋势[2]，试样的体积密度随温度升高而降低。但是，当温度达到烧结反应温度（>1300℃）后，试样烧结，颗粒间产生液相粘结，且随着钛铝酸钙替代量的增加，高温下液相量越多，烧结越厉害，试样气孔减少，体积密度增加。
钢包浇注料中低温强度主要靠水泥及微粉结合产生，低温强度差异不明显。在中温阶段，随着温度的升高，钛铝酸钙中TiO2与CaO等反应，生成低熔物或共溶体，促进试样的烧结。但过多的钛铝酸钙会在高温下产生过多的低熔相和更多的微裂纹，使试样的常温强度降低。
图1为不同温度下随钛铝酸钙替代量的增加试样的导热系数变化的示意图。由图可知，随着钛铝酸钙替代量的增加，试样导热系数下降，这是因为钛铝酸钙的导热系数低于矾土的导热系数[2]，。
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3 钛铝酸钙在钢包永久层的工业应用实践
由上述实验结果得知，使用矾土与钛铝酸钙都能得到较好的常温物理性能。为了验证钛铝酸钙的实际应用效果，现对其进行应用试验。
实践以太钢180 t和80 t钢包为试验对象。施工过程中，加水量为6 wt%，自然干燥12 h，浇注无明显偏析，施工性能良好。使用3个炉役后永久层的情况结果对比：以钛铝酸钙为骨料的永久层基本保持完好，永久层与包壳之间结合牢固；以矾土为骨料的永久层有明显破损现象，永久层与包壳之间也有一定的间隙。相同使用环境下钛铝酸钙钢包钢壳温度略低。
实践验证可知，以钛铝酸钙为主要原料的钢包永久层浇注料有以下优点：
（1）平均使用寿命比矾土更高；
（2）钛铝酸钙取代特级矾土在永久层中的应用降低了永久层的用料成本（约500元/t）。
4 结论
1、钛铝酸钙的引入使得试样的导热系数降低，隔热效果增强。
2、实践证明钛铝酸钙可全部替代矾土料在钢包永久层应用，施工效果优良，使用性能优异，隔热效果比矾土料优异，成本更低。
参考文献
[1] 赵惠忠,刘艳丽,陈金凤,等. 以钛铁渣为主料的再生高铝耐火原料及其制备方法[P].中国专利:ZL 201410161089.X,2004
[2] 王立锋. 钛铝酸钙的性能及其应用基础研究[D].武汉:武汉科技大学,2016.
[3] 李晨晨. 钛铁渣、钒铁渣和还原铝铬渣的基本性能及回收循环利用的研究[D].武汉:武汉科技大学,2016.
[4] 欧阳军华,张兰芹,邱文冬,等. 钛铝酸钙加入量对高铝浇注料性能的影响[J]. 耐火材料,2019,53(6):472-474. DOI:10.3969/j.issn.1001-1935.2019.06.018.
[5] LI Z G,YE F B,ZHANG Y. Effects of nano calcium carbonate on strength and microstructure of corundum-based castables ［J］ .China’s Refractories,2010,19(1)：1-6.