電爐煉鋼已發(fā)展成為煉鋼的主要方法之一。電爐爐蓋在使用過程中經(jīng)常處于高溫、熔渣侵蝕和急冷急熱的狀態(tài)下，電極孔周圍的工作條件更為苛刻。鋼纖維增強(qiáng)澆注料具有抗熱震穩(wěn)定性及抗高溫熔體侵蝕性優(yōu)異、高溫體積穩(wěn)定性及高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好等特點(diǎn)。
試制過程原料
以特級礬土熟料和燒結(jié)剛玉為骨料和摻合料，鋁酸鈣水泥為結(jié)合劑，外加少量減水劑和一定比例的耐熱鋼纖維。主要原料的理化性能見表1。
表1主要原料的化學(xué)成分/%
鋁酸鈣水泥的物理性能：初凝2h 55min，終凝5h 38min；凈漿強(qiáng)度3d 74.58MPa，7d 80.16MPa；細(xì)度<0.1mm 99.30 %；耐火度1710-1730℃。
澆注料的性能研究
鋁酸鈣水泥對澆注料性能的影響鋁酸鈣水泥質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響澆注料的性能。如用同一牌號的新、舊(存放1年以上)水泥作結(jié)合劑配制的澆注料，使用效果大不一樣。用新水泥配制的澆注料流動性好，強(qiáng)度高，且無減水劑析出的現(xiàn)象。而用舊水泥配制的澆注料，干燥后耐壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度分別比前者下降58.1%和40.3%。且流動性差，凝結(jié)快。由此可見，水泥本身的性能對澆注料的物理性能有很大影響。
減水劑對高鋁澆注料的影響：在保證澆注料和易性的條件下，應(yīng)盡量減少用水量。當(dāng)加水量過大時，加熱后水分逸出，空隙增多，結(jié)構(gòu)疏松，導(dǎo)致施工體強(qiáng)度下降，線變化率增大。
用水量和溫度不同，鋁酸鈣水泥水化后的產(chǎn)物也不同。用水量過多時水化反應(yīng)雖能生成CAH10，但水化產(chǎn)物的晶型轉(zhuǎn)變過程為CAH10—C2AH8—C3AH6和A·aq—AH3。CAH10和C2AH8為介穩(wěn)相，有較高的強(qiáng)度，易轉(zhuǎn)變?yōu)榉�(wěn)定的C3AH6和AH3晶體，強(qiáng)度隨后降低。沒有或僅有極少量的鋁膠生成；當(dāng)用水量少時，水化反應(yīng)就會產(chǎn)生較多的非晶質(zhì)鋁膠(AH3)及C3AH6。澆注料在烘干過程中不存在CAH10轉(zhuǎn)化為C3AH6的反應(yīng)，即不出現(xiàn)晶型轉(zhuǎn)化和空隙增多而造成的強(qiáng)度下降。所以用水量少，烘干強(qiáng)度相應(yīng)提高。同時由于水灰比小，部分水泥在養(yǎng)護(hù)時未充分水化，在烘干和加過程中，H20或OH-進(jìn)入(或透過水泥顆粒周圍形成的絨毛狀的鋁膠)鋁酸鈣礦物結(jié)構(gòu)中，形成水化鋁酸鈣。由于鋁膠包裹水泥顆粒與針狀或板狀水化鋁酸鈣交錯生長，相互連接，從而提高了強(qiáng)度，填充了孔隙，使結(jié)構(gòu)致密。
為降低水灰比，提高澆注料的致密度和強(qiáng)度，在澆注料中加入水泥用量為0.6%~1.0%的減水劑，加水量比原來減少了15.5%~18.2%。
耐熱鋼纖維對澆注料的影響
澆注料中加入鋼纖維可提高抗應(yīng)力一應(yīng)變能力，提高韌性、熱震穩(wěn)定性、抗開裂及抗剝落性。減小養(yǎng)護(hù)、干燥后及熱處理后的收縮，延長了鋼纖增強(qiáng)維澆注料的使用壽命。
本試驗(yàn)加入直徑Φ0.6mm，長30~40mm的耐熱鋼纖維1.5%~4.0%。中溫強(qiáng)度明顯提高，在1000℃加熱3h后，其耐壓強(qiáng)度比未加鋼纖維的試樣提高67.7%，抗折強(qiáng)度提高22.7%。由于澆注料在低溫和高溫時以水硬產(chǎn)物及陶瓷結(jié)合取得強(qiáng)度，在中溫時由于水化產(chǎn)物脫水已失去強(qiáng)度，而陶瓷結(jié)合此時還未形成，因此加入鋼纖維來提高中溫強(qiáng)度是非常必要的。
澆注料燒后線變化率測定結(jié)果表明，澆注料中加入鋼纖維減少了其加熱后的殘余收縮。
對澆注料進(jìn)行熱震試驗(yàn)，經(jīng)31次循環(huán)后剝落僅為原試樣長度的0.87%~2.60%。澆注料的理化性能：Al203 83.48%，SiO2 9.62%，熱處理后體積密度2.89~2.90 g·cm-3，110℃，24 h、1500℃，3 h熱處理后抗折強(qiáng)度分別為 20.0~20.4 MPa、21.0~29.4 MPa ，110℃，24 h、1500℃，3 h熱處理后耐壓強(qiáng)度分別為83.1 MPa、142.5 ~ 160.0 MPa，1500℃，3h熱處理后線變化率為-0.1%~﹢0.1%，耐火度＞1790℃。
應(yīng)用：過去由于各種條件限制，10t電爐每天煉鋼1~3爐，爐蓋平均使用壽命33爐。將該澆注料在10 t電爐爐蓋(Φ3.8m)電極孔(Φ420 mm)區(qū)域使用。電爐爐蓋采用環(huán)形砌筑，先用Ⅰ等高鋁磚干砌13圈，然后在每兩個電極孔中間濕砌(加火泥)8層。在冶煉過程中除因加料時斷電外，還時常因電力供應(yīng)不足而停爐(最長時間達(dá)9 h50 min)，且冶煉鋼種混雜，爐蓋在使用14爐時，耐火磚已剝落約1/3的厚度，而澆注料則完好如故；使用25爐后耐火磚約剝落1/2，澆注料的剝落還不明顯；使用38爐后，因耐火磚嚴(yán)重剝落而停止使用。取樣測得電極孔澆注料殘余厚度160 ~180 mm，耐火磚殘余厚度50~80mm，剝落嚴(yán)重處的耐火磚僅余45~50mm。據(jù)該單位操作工反應(yīng)，過去電爐爐蓋平均使用壽命33爐，但不到20爐電極孔區(qū)域就開始“跑火”，不得不采用磚和鎂砂加鹵水修補(bǔ)。而試驗(yàn)爐蓋電極孔周圍一直完好無損，其性能明顯好于Ⅰ等高鋁磚，爐蓋使用壽命較原來提高15%以上。鋼纖維增強(qiáng)澆注料具有耐熱震性好，烘烤和使用過程中無開裂、剝落現(xiàn)象；而且耐高溫熔體侵蝕性好和高溫體積穩(wěn)定性好。