炮泥是保證高爐出鐵順利進(jìn)行的關(guān)鍵耐火材料，起到堵塞出鐵口，延長出鐵口深度，保護(hù)爐缸側(cè)墻的作用。傳統(tǒng)炮泥多采用煤焦油和煤瀝青作為結(jié)合劑，在高溫使用過程中產(chǎn)生大量煙氣，導(dǎo)致爐前作業(yè)環(huán)境差，且煙氣中含有強(qiáng)致癌物質(zhì)苯并[a]芘(BaP)，對(duì)人體健康產(chǎn)生巨大危害。隨著環(huán)保意識(shí)的提高，越來越多的科研工作者開始呼吁使用環(huán)保型炮泥。鈦鋁酸鈣作為爐外冶煉法生產(chǎn)鈦鐵合金的爐渣，是一種多物相復(fù)合材料，多年來一直被作為廢棄物堆放，不但占用大量的土地資源，而且還會(huì)對(duì)土壤和水資源造成難以修復(fù)的破壞。因此，為響應(yīng)“和諧美麗”的國家發(fā)展戰(zhàn)略，降低炮泥成本，實(shí)現(xiàn)固廢資源的循環(huán)利用，文章首先對(duì)鈦鋁酸鈣的各項(xiàng)性能進(jìn)行了研究，之后探究了鈦鋁酸鈣取代棕剛玉在炮泥中使用的可行性，分析了鈦鋁酸鈣加入量對(duì)炮泥性能的影響。

鈦鋁酸鈣的性能研究

1.1 理化性能

鈦鋁酸鈣中主要化學(xué)成分有Al?O?、CaO與TiO?，還含有少量的SiO2、MgO、Fe?O?等雜質(zhì)成分，且Al?O?的含量達(dá)到70wt%以上，顆粒體積密度較高。

1.2物相組成

常溫下鈦鋁酸鈣主晶相為CA?，Ca((Al0.84Ti0.16)?)6O19和CA?。CA?、CA?作為Ca-Al體系中的Al?O?含量較高的物相，其熔點(diǎn)很高，性能優(yōu)良，廣泛應(yīng)用于耐火材料相關(guān)領(lǐng)域。經(jīng)過1400℃熱處理后如圖2(b)所示，鈦鋁酸鈣中的Ca((Al0.84Ti0.16)?)?O19和CA?物相基本消失，出現(xiàn)了TiO?、CaTiO?和Al?O?物相。說明試樣隨著溫度的升高，Ca((Al0.84Ti0.16)2)?O19不穩(wěn)定發(fā)生分解，生成了TiO?、CaTiO?和Al?O?，CA?的消失也說明CA?與Al?O?發(fā)生了反應(yīng)生成了CA?。

鈦鋁酸鈣在環(huán)保炮泥中的應(yīng)用研究

2.1實(shí)驗(yàn)原料及方案

制備環(huán)保炮泥所采用的主要原料為：粒度為3~1、1~0mm、200目的棕剛玉、鈦鋁酸鈣;粒度為1~0mm、200目和800目的碳化硅;粒度≤3mm的焦炭;混合細(xì)粉為粒度為200目的粘土、絹云母、氮化硅鐵、高溫環(huán)保瀝青以及粒度為60~120目的藍(lán)晶石，結(jié)合劑采用環(huán)保樹脂。鈦鋁酸鈣取代棕剛玉的含量分別為0、35%、100%制備4組試樣，依次標(biāo)注為R0、T0、T1、T2。控制炮泥的馬夏值一致后出料并記錄所加入的樹脂量。按照GB/T2997-2000(2004)測定試樣的體積密度和顯氣孔率;按照GB/T3001-2000測定試樣的常溫耐壓強(qiáng)度;按照GB/T5988-2004測定試樣的線變化率。

2.2鈦鋁酸鈣對(duì)炮泥性能的影響

鈦鋁酸鈣加入后對(duì)炮泥常溫物理性能的影響。

鈦鋁酸鈣原料本身的顯氣孔率高于棕剛玉(6.1%)，密度低于棕剛玉(3.53g/cm3)，故炮泥在引入鈦鋁酸鈣后顯氣孔率增加，體積密度降低。T1試樣顯氣孔率最大的原因：一方面是由于樹脂加入量最多，碳化后產(chǎn)生的收縮最大;另一方面是由于鈦鋁酸鈣與棕剛玉熱膨脹系數(shù)不同，在加熱過程中，由于熱膨脹系數(shù)失配會(huì)導(dǎo)致試樣內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。T1試樣中鈦鋁酸鈣取代棕剛玉量達(dá)75.9%，因此試樣內(nèi)部生成由于熱膨脹系數(shù)不一致所導(dǎo)致的微裂紋最多，而T2試樣骨料僅含鈦鋁酸鈣，大顆粒熱膨脹系數(shù)單一，裂紋產(chǎn)生量較少。因此，T1試樣顯氣孔率最大，體積密度和耐壓強(qiáng)度最低。

試樣在經(jīng)過1400℃熱處理后藍(lán)晶石的分解和SiO2與Al?O?反應(yīng)會(huì)生成莫來石，而鈦鋁酸鈣則會(huì)發(fā)生如上述圖2和式(1)所示反應(yīng)，其所含的CA2與原料中的Al?O?發(fā)生反應(yīng)生成CA6相。莫來石和CA6的生成大大彌補(bǔ)了結(jié)合劑碳化和燒結(jié)過程產(chǎn)生的收縮，產(chǎn)生一定體積膨脹，加入量越多，相應(yīng)的膨脹量越大，故膨脹量T2>T1>T0。對(duì)于鈦鋁酸鈣含量不同的炮泥試樣，隨著溫度的升高結(jié)合劑碳化，使得顯氣孔率大大增加，體積密度大大降低。當(dāng)溫度達(dá)到1400℃后，由于莫來石和CA6的生成產(chǎn)生的體積膨脹抵消了部分氣孔，由引入的鈦鋁酸鈣雜質(zhì)相含量較高，在高溫作用下會(huì)促進(jìn)液相燒結(jié)，進(jìn)而填充一定的氣孔，使得顯氣孔率得以降低，體積密度有所增加。

結(jié) 語

(1)鈦鋁酸鈣的主要化學(xué)成分為Al?O?，主要物相組成為CA6，Ca((Al0.84Ti0.16)?)6O19和CA?，具有良好的理化性能。

(2)將鈦鋁酸鈣取代棕剛玉加入環(huán)保炮泥中，保持試樣的馬夏值不變，隨著結(jié)合劑加入量的增加，試樣的顯氣孔率增大，體積密度降低，常溫耐壓強(qiáng)度也有所下降;僅取代大顆粒時(shí)試樣的各項(xiàng)性能變化不大。

(3)從降低成本、保護(hù)環(huán)境、資源的再生利用角度考慮，鈦鋁酸鈣取代棕剛玉在炮泥中的應(yīng)用具有可行性。