投入型熱態(tài)修補(bǔ)料是利用人力或者廢料溜槽以投入方式進(jìn)行施工的混合料。修補(bǔ)對象幾乎都是煉鋼轉(zhuǎn)爐。而作為特殊的情況，也曾報道過以酚醛樹脂為結(jié)合劑的投入型修補(bǔ)料用于修補(bǔ)鋼包包底的例子。
修補(bǔ)轉(zhuǎn)爐的部位主要是爐底、裝料倆爐壁和出鋼側(cè)爐壁等損耗部位。由于修補(bǔ)轉(zhuǎn)爐的這些部位是在出鋼后的熱態(tài)中進(jìn)行的，因此將這類修補(bǔ)料稱為投入型熱態(tài)修補(bǔ)料。
對轉(zhuǎn)爐爐底、裝料側(cè)爐壁和出鋼側(cè)爐壁進(jìn)行熱態(tài)修補(bǔ)是保證轉(zhuǎn)爐正常運轉(zhuǎn)，提高爐子使用壽命的一項重要技術(shù)措施。
投入型熱態(tài)修補(bǔ)料在煉鋼轉(zhuǎn)爐中的應(yīng)用非常普遍，僅次于喊性噴補(bǔ)料，居修補(bǔ)料中的第2位。
煉鋼轉(zhuǎn)爐修補(bǔ)用投入型熱態(tài)修補(bǔ)料的介紹
投入型熱態(tài)修補(bǔ)料是利用人力或者廢料溜槽以投入方式進(jìn)行施工的混合料。修補(bǔ)對象幾乎都是煉鋼轉(zhuǎn)爐。而作為特殊的情況，也曾報道過以酚醛樹脂為結(jié)合劑的投入型修補(bǔ)料用于修補(bǔ)鋼包包底的例子。
修補(bǔ)轉(zhuǎn)爐的部位主要是爐底、裝料倆爐壁和出鋼側(cè)爐壁等損耗部位。由于修補(bǔ)轉(zhuǎn)爐的這些部位是在出鋼后的熱態(tài)中進(jìn)行的，因此將這類修補(bǔ)料稱為投入型熱態(tài)修補(bǔ)料。
對轉(zhuǎn)爐爐底、裝料側(cè)爐壁和出鋼側(cè)爐壁進(jìn)行熱態(tài)修補(bǔ)是保證轉(zhuǎn)爐正常運轉(zhuǎn)，提高爐子使用壽命的一項重要技術(shù)措施。
投入型熱態(tài)修補(bǔ)料在煉鋼轉(zhuǎn)爐中的應(yīng)用非常普遍，僅次于喊性噴補(bǔ)料，居修補(bǔ)料中的第2位。
2.1投入型熱態(tài)修補(bǔ)料的由來及其發(fā)展
轉(zhuǎn)爐用耐火材料要交替經(jīng)受化學(xué)腐蝕的兩個階段：
(1)前期酸性熔渣的侵蝕階段。該階段主要是由于SiO2的侵蝕作用，低熔點硅酸鹽入侵后向耐火材料的內(nèi)部遷移，首先通過基質(zhì)進(jìn)行滲透。
(2)末期堿性熔渣的侵蝕階段。該階段主要是高溫下氧化鐵的侵蝕作用，F(xiàn)eO與GaO反應(yīng)形成低熔點的鐵酸鹽，使耐火材料受到嚴(yán)重侵蝕。
這種嚴(yán)酷的操作條件，只有含碳耐火材料才能與之相適應(yīng)。
因此，在LD轉(zhuǎn)爐煉鋼的初期，采用不燒焦油/瀝青結(jié)合的白云石磚作為轉(zhuǎn)爐襯，這在一定程度上適應(yīng)了當(dāng)時轉(zhuǎn)爐的操作條件，解決了當(dāng)時的迫切問題。然而，由于這種耐火材料的高溫強(qiáng)度有限，其耐磨性和抗沖刷能力不好，在轉(zhuǎn)爐裝料側(cè)由于高溫鋼水的強(qiáng)力沖刷和廢鋼的機(jī)械撞擊而產(chǎn)生起前損毀。為了解決轉(zhuǎn)爐裝料側(cè)爐壁超前損毀的問題，耐火材料生產(chǎn)廠家和用戶共同開發(fā)了與不燒成的焦油/瀝青結(jié)合白云石磚化學(xué)-礦物組成相同的混合料，修補(bǔ)轉(zhuǎn)爐裝料側(cè)爐壁損毀的部位，提高了轉(zhuǎn)爐的使用壽命。
當(dāng)時的焦油/瀝青-白云石質(zhì)混合料的結(jié)合劑是由30% ~40%焦油和60%?70%瀝青組成的。混合料的制備方法是將加熱到 120~140℃的焦油/瀝青加入到已預(yù)熱到160?180℃的白云石顆粒料中，混合并加入白云石/鎂砂細(xì)粉，再混合均勻。這種混合料與轉(zhuǎn)爐用不燒成焦油/瀝青結(jié)合白云石磚的不同之處，只是增加了焦油/瀝青的用量。
修補(bǔ)施工是通過利用入力或廢料溜槽把修補(bǔ)料投入爐內(nèi)需要修補(bǔ)的部位，并利用爐子的高溫使混合料流動擴(kuò)展并燒結(jié)，在獲得堅硬的覆蓋層之后，便可啟動爐子進(jìn)行生產(chǎn)。
由此可見，焦油/瀝青-白云石質(zhì)混合料作為轉(zhuǎn)爐裝料側(cè)爐壁熱態(tài)修補(bǔ)料，其應(yīng)用歷史幾乎和LD-轉(zhuǎn)爐煉鋼歷史一樣長。
焦油/瀝青-白云石質(zhì)混合料的高溫流動性良好，燒結(jié)時間也比瀝青結(jié)合的混合料短，而且資源豐富，價格便宜，因而曾經(jīng)被廣泛地應(yīng)用，甚至現(xiàn)在國內(nèi)有些鋼廠仍在使用。
選用焦油/瀝青作為結(jié)合劑的原因是由于其稠度適中，并含有較理想的殘?zhí)剂俊?/div>
焦油/瀝青-白云石質(zhì)混合料的缺點主要是需要在熱態(tài)條件下混合，冷卻后又成為團(tuán)塊狀。當(dāng)將它投入爐內(nèi)之后，由于其受熱面積有限，需要較長時間進(jìn)行熔化，限制了生產(chǎn)率的提高。
隨著冶煉技術(shù)的發(fā)展，特別是轉(zhuǎn)爐應(yīng)用頂?shù)讖?fù)合吹煉技術(shù)進(jìn)行煉鋼之后，轉(zhuǎn)爐需要進(jìn)行投入型修補(bǔ)的部位已不再局限于裝料側(cè)爐壁，而且爐底和出鋼側(cè)爐壁也需要進(jìn)行修補(bǔ)來延長爐子的壽命。于是，轉(zhuǎn)爐用投入型熱態(tài)修補(bǔ)料也就隨著轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉操作而得到迅速發(fā)展，許多新的材料紛紛而世。
概括來講，作為轉(zhuǎn)爐用投入型熱態(tài)修補(bǔ)料可以歸納為水系和無水系兩大類型，后者又分為瀝青系和樹脂系兩類混合料(由于它們都念有碳，所以又稱為碳系)，這兩大類型投入型熱態(tài)修補(bǔ)料的性能見表2-1。
表2-1投入型熱態(tài)修補(bǔ)料性能的比較
采用投入型熱態(tài)修補(bǔ)工藝對轉(zhuǎn)爐進(jìn)行修補(bǔ)，已經(jīng)成為提高轉(zhuǎn)爐壽命的一項重要技術(shù)，現(xiàn)在正在廣泛應(yīng)用中。
2.2投入型熱態(tài)修補(bǔ)料的特征
以轉(zhuǎn)爐為對象的投入型熱態(tài)修補(bǔ)料，必須具備如下特點：
(1) 高溫流動性好;
(2) 硬化時間短;
(3) 耐用性能高。
不論是水系或者是無水系投入型熱態(tài)修補(bǔ)料，在高溫初期都 應(yīng)當(dāng)是流動性材料。水系投入型熱態(tài)修補(bǔ)料主要是以含結(jié)晶水的磷酸鹽為結(jié)合劑，加熱則流動。無水系(碳系)投入型熱態(tài)修補(bǔ)料是以瀝青和樹脂為結(jié)合劑，在高溫下也都具有流動性。
用磷酸鹽結(jié)合的水系投入型熱態(tài)修補(bǔ)料以及用瀝宵和樹脂結(jié) 合的無水系投入型熱態(tài)修補(bǔ)料的硬化時間如圖2-1所示，它們的 高溫抗折強(qiáng)度以及附著強(qiáng)度如圖2-2所示。水系投入型熱態(tài)修補(bǔ) 料具有非常優(yōu)異的流動性，其硬化時間相當(dāng)短，但高溫抗折強(qiáng)度卻 很低，附著強(qiáng)度也較低;相反，瀝青結(jié)合的流動性較差，但高抗折強(qiáng)度卻很高;綜合性能則以樹脂結(jié)合的投入型熱態(tài)修補(bǔ)料煨好，實用結(jié)果表明，其耐用性也好。
(高溫抗折強(qiáng)度在1400℃，附著強(qiáng)度在1000℃)
2.3典型投入型熱態(tài)修補(bǔ)料
在表2-1中列出了轉(zhuǎn)爐用幾類典型的投入型熱態(tài)修補(bǔ)料。
2.3.1磷酸鹽結(jié)合的投入型熱態(tài)修補(bǔ)料
在水系投入型熱態(tài)修補(bǔ)料中，有用混練機(jī)等事前加水混練后裝入袋內(nèi)準(zhǔn)備的混合料和利用含結(jié)晶水的結(jié)合劑結(jié)合的粉狀混合料。采用含結(jié)晶水的磷酸鹽作為結(jié)合劑的MgO質(zhì)和MgO-CaO質(zhì)干式混合料，加熱之后即流動。這種投入型熱態(tài)修補(bǔ)料主要用于修補(bǔ)轉(zhuǎn)爐底部，裝料側(cè)爐壁和出鋼側(cè)爐壁，也用于修補(bǔ)爐子的頭部區(qū)域。
盡管磷酸鹽結(jié)合的投入型熱態(tài)修補(bǔ)料在加熱后流動性優(yōu)異， 對作業(yè)環(huán)境危害比較小，但因其高混強(qiáng)度和附著強(qiáng)度都比較低，(見圖2-2)，因而難以延長爐子的使用壽命。現(xiàn)在己經(jīng)很少使用。
2.3.2瀝青結(jié)合的投入型熱態(tài)修補(bǔ)料
為了克服以焦油/瀝青為結(jié)合劑的投入型熱態(tài)修補(bǔ)料在混合時為泥料狀、冷卻就固化為團(tuán)塊狀材料的缺點，將焦油/瀝青結(jié)合劑改為粉狀瀝青結(jié)合劑后材料就變?yōu)榉蹱睢榱颂岣呖刮g性則向混合料中配加炭素，其碳源可以添加石磨，也可以配入一定數(shù)量廢鎂碳磚。這樣生產(chǎn)的瀝青-鎂砂-碳質(zhì)投入型熱態(tài)修補(bǔ)料具有在高溫下擴(kuò)展性高，耐用性優(yōu)異等特點。然而，它仍然存在硬化時間長的問題。因此，在以粉狀瀝青為結(jié)合劑生產(chǎn)投入型熱態(tài)修補(bǔ)料時， 應(yīng)當(dāng)主要致力于解決硬化時間問題，使之具有高結(jié)合強(qiáng)度和快硬的特點。
應(yīng)當(dāng)指出，瀝青類型對投入型熱態(tài)修補(bǔ)料的流動性和硬化性是有影響的。
采用表2-2所示的3種不同軟化點瀝青為結(jié)合劑，研究瀝青-MgO質(zhì)混合料在1000℃時，瀝青加入量與熱態(tài)流動性、硬化時間和厚度之間的關(guān)系。如圖2-3、圖2-4和圖2-5所示。從這3幅圖看出，瀝青的高混流動性隨著軟化點的下降而上升，硬化時間則隨軟化點的下降而縮短，試樣厚度也隨著軟化點的下降而變薄。這表明低軟化點瀝青具有易于促進(jìn)碳化的特點。這就是說，低軟化點瀝青具有容易擴(kuò)散，試樣變薄和快硬等優(yōu)點，因而認(rèn)為它最適宜用作投入型熱態(tài)修補(bǔ)料的結(jié)合劑。但是也存在當(dāng)貯存溫度高時容易使混合料結(jié)成團(tuán)塊狀的問題。
在瀝青添加量與硬化時間的關(guān)系中，基本上是隨著瀝青添加量的增加，硬化時間延長。然而，伴隨擴(kuò)展性的提高，受熱面積則擴(kuò)大，會促進(jìn)燃燒和碳化，因而硬化時間又會變短。顯然，最終的硬化時間由以上二者決定。
為了進(jìn)一步提高粉狀瀝青結(jié)合的投入塑熱態(tài)修補(bǔ)料的流動性和縮短硬化時間，可以通過并用具有縮聚作用的添加物或者作為潤濕劑的高揮發(fā)性有機(jī)溶劑來實現(xiàn)縮短硬化時間的目的。
此外，通過添加在高溫下能降低液化瀝青粘度的有機(jī)物也可縮短瀝青系投入型熱態(tài)修補(bǔ)料的硬化時間，如圖2-6所示。它表明，與熔融瀝青具有相容性的有機(jī)物可使硬化時間縮短約10% ~ 20%，甚至更高。
為了進(jìn)一步實現(xiàn)瀝青溶液低粘性化，應(yīng)當(dāng)添加流動促進(jìn)劑。圖2-7?圖2-9是加入(見表2-3)兩種與瀝青C(低軟化點)熔液具有相容性的有機(jī)流動促進(jìn)劑(也稱流化劑見表2-3)之后的結(jié)果。這3幅圖表明，在瀝青系投入型熱態(tài)修補(bǔ)料中加入一定量的流動促進(jìn)劑之后，瀝青C的流動性增強(qiáng)，如圖2-7所示。硬化時間縮短。
流動促進(jìn)劑類型與流動性的關(guān)系如圖2-7所示，熔點稍高的Y的擴(kuò)展性高。
流動促進(jìn)劑的添加量與硬化時間的關(guān)系如圖2-8所示，隨著流動促進(jìn)劑添加量的增加，硬化時間縮短。在兩種流動促進(jìn)劑中，X的硬化時間比Y短。
高溫下的結(jié)合強(qiáng)度如圖2-9所示，流動促進(jìn)劑X、Y在添加量為2r時結(jié)合強(qiáng)度都變得最大。不管添加量比2r多或少，結(jié)合強(qiáng)度都降低，在添加量多的領(lǐng)域(X時為4r，Y時為3?4r)，結(jié)合強(qiáng)度比不添加制品還低。在比較流動促進(jìn)劑X與Y時，X表示出了高的結(jié)合強(qiáng)度。
綜合分析上述結(jié)果，在增加流動促進(jìn)劑的添加量時，由于瀝青的量減少，所以硬化時間都縮短。通過將流動促進(jìn)劑添加到一定程度，達(dá)到與瀝青均勻溶合，實現(xiàn)低粘性化，而使擴(kuò)展性和結(jié)合性提高。但是，在超過適宜的添加量時，流動促進(jìn)劑便先行熔融、蒸發(fā)、燃燒、與提高擴(kuò)展性失去聯(lián)系，而且由于瀝青濃度降低，所以不能充分形成碳結(jié)合，使結(jié)合性能降低。
在比較流動促進(jìn)劑X和Y時，熔點低的X由于快速熔融，與瀝青熔合，達(dá)到低粘性化，所以能被快速擴(kuò)展、硬化。僅以快速被加熱，就足以促進(jìn)瀝青的碳化，縮短硬化時間。然而，由于充分?jǐn)U展之前就完全硬化，所以認(rèn)為與提高擴(kuò)展性沒有太大關(guān)系。
另一方面，關(guān)于結(jié)合性。由于熔點低的流動促進(jìn)劑更容易使瀝青熔液達(dá)到低粘性化，所以認(rèn)為在微細(xì)的領(lǐng)域，增加與基底的結(jié)合面積，提高了結(jié)合強(qiáng)度。
由此看來，改進(jìn)粉狀瀝青結(jié)合的MgO-C質(zhì)投入型熱態(tài)修補(bǔ)料的關(guān)鍵是使用有機(jī)物質(zhì)作為流化劑，降低高溫熔融瀝青的粘性，從而在常溫下使這類修補(bǔ)料從泥料狀材料改為干粉狀材料，并在投入爐內(nèi)后利用其潛熱即能迅速產(chǎn)生流動擴(kuò)展、并迅速硬化。
采用粉狀瀝青并添加復(fù)合流化劑的MgO-C質(zhì)投入型熱態(tài)修補(bǔ)料具有流動性好，硬化快，附著強(qiáng)度大等優(yōu)異性能，估計會獲得高耐用性。
如果向這類投入型熱態(tài)修補(bǔ)料中再添加金屬鋁粉時，見表2-6， 即可進(jìn)一步提高其性能，如圖2-10和圖2-11所示。圖2-10表明，加入5%Al的MgO-C質(zhì)投入型熱態(tài)修補(bǔ)料在溫度不低于1200℃時能進(jìn)一步縮短硬化時間;圖2-10則表明，這種修補(bǔ)料在1000℃以上具有更高的粘結(jié)強(qiáng)度，估計其耐用性亦會得到進(jìn)一步提高。
根據(jù)赤井哲等最近的研究結(jié)果，認(rèn)為乙內(nèi)酰胺是瀝青結(jié)合MgO-C質(zhì)投入型熱態(tài)修補(bǔ)料最有效的流化劑。因為其TG-DTA測定結(jié)果表明，其重量喊少10%和80%的溫度比未加乙內(nèi)酰胺的瀝青低很多：
當(dāng)添加15%瀝青和4%乙內(nèi)酰胺時，即可制得燒結(jié)時間非常短的優(yōu)質(zhì)MgO-C質(zhì)投入型熱態(tài)修補(bǔ)料。
