干式耐火捣打料

干式耐火捣打料分为普通型和导电型两类，主要用于电炉熔池内，捣制施工。在直流电炉炉底上，必须用导电型干式捣打料制作。导电型干式耐火捣打料的材料组成与普通型干式捣打料的基本相似，区别是必须添加导电材料石墨，成为含炭干式捣打料，同时烧结剂氧化铁用量较大，以利于其导电。

1普通干式捣打料

普通干式捣打料的材料组成与干式振动料基本相同，结合机理也相似。配料原则是，物料间能发生自反应、自烧结而形成高温相，提高干式捣打料的使用性能。重要环节是，应添加烧结剂，一般用氧化铁较好，氧化铁在高温时发生热分解，由高价铁向低价铁转变。在有铁液存在时，Fe2O3将发生如下反应：

Fe2O3+Fe(L) → 3FeO

或2Fe3++Fe(L) → 3Fe2+

Fe2O3的熔点为1576℃，而FeO的熔点为1355℃，因此低价氧化铁有利于形成液相，并逐渐被方镁石吸收形成固溶体即镁富氏体[(Mg·Fe)O]。同时，高价铁能使方镁石形成空位和晶变形，也能促进方镁石的烧结。对于镁质干式捣打料来说，掺加氧化铁能较早地出现液相，镁富氏体逐步均匀化，熔点也随之升高，使料烧结固化，形成工作层。

镁钙质干式捣打料的烧结剂也用氧化铁。氧化铁与料中的CaO反应生成铁酸二钙(2CaO·Fe2O3即C2F)。C2F的熔点为1449℃，有铁液存在的条件下，液相温度为1100℃左右，如图1所示。也可以说，镁钙质干式捣打料的烧结剂是铁酸二钙。同时，料中还含有SiO2等杂质，因此出现液相的温度比1100℃还要低。

镁钙质干式捣打料是超高功率电炉底最常用的材料，除用氧化铁作烧结剂外，理论上讲也可用硅酸钙和硅酸镁作烧结剂，此时氧化铁则成为杂质，料中含量越少越好;当用氧化铁作烧结剂时，SiO2和Al2O3为杂质，料中含量越少越好。生产实践证明，镁钙质干式捣打料中，SiO2和Al2O3含量均应小于1%为宜。该料也称为MgO-CaO-Fe2O3质干式捣打料。一般来说，干式捣打料中CaO含量高时，氧化铁烧结剂应当少加。反之，应增大氧化铁含量。

表1为镁钙质和镁质干式捣打料的性能。表中编号1、编号2和编号6为电炉炉底冷铺料，每次铺料100～150mm厚，捣实或踩实后，表面刮毛再铺下一层;编号3为电炉底冷铺或热补炉衬料;编号4和编号5为电炉炉底捣打料，每次铺料50～100mm，捣打密实后，表面刮毛再铺下一层，依此类推。

MgO-CaO-Fe2O3质干式捣打料的主要原材料是高铁高钙镁砂，是用镁白云石、菱镁矿和铁粉按比例细磨成型和高温烧结制成的。其主要矿物为方镁石、铁酸二钙和铁铝酸四钙，还有铁酸镁、硅酸二钙、硅酸三钙、方钙石(CaO)和方镁石固溶体等。该料中，MgO、CaO、Fe2O3、Al2O3和SiO2含量不同，在高温下形成的矿物相也不同，将直接影响镁钙质干式捣打料的使用性能。

镁钙质干式捣打料中的少量SiO2和Al2O3等杂质，在高温条件下，SiO2与游离CaO反应生成2CaO·SiO2(简称C2S)和3CaO·SiO2(简称C3S);Al2O3和Fe2O3与游离CaO反应生成4CaO·Al2O3·Fe2O3(C4AF ,熔点1415℃)和2CaO·Fe2O3(C2F,熔点1449℃)，其熔点低的矿物相，也对镁钙质干式捣打料有促进烧结的作用，但含量太多则有不利的影响。

图2为Fe2O3用量对镁钙质干式捣打料烧结性的影响。该料在MgO和CaO及其他杂质基本相同时，随着Fe2O3用量的增加， 1300℃和1600℃烧后强度明显增大，即料的烧结性显著提高。但 是，料中氧化铁含量太高，将降低其抗侵蚀性和抗冲刷性。 在感应电炉熔沟上，采用镁铝质干式捣打料捣打衬体，取得了良好效果，达到国外同类材料的水平。

镁铝质干式料的化学成分为MgO80.2%，Al2O316.6%;成型体堆积密度为2.17g·cm-3,1600℃烧后体积密度为2.54g·cm-3;开始烧结温度为1000℃，1200℃～1600℃加热并保温5h后，出现极少量的裂纹，烧后线变化为-0.07%～+0.45%;800℃，5h烧后的试样，没有强度。850℃导热系数为0.85W.(m.k)-1;在下列温度加热并保温5h，其耐压强度如下：1200℃时11.5 MPa，1400℃时11.1 MPa，1600℃时13.2 MPa。1600℃后，5h烧后的试样，显微镜观察呈斑状结构，主晶相为方镁石，晶体尺寸为110～400μm。在方镁石晶体间填充有尖晶石，而尖晶石晶体间填满了硅酸盐相。因此，镁铝质干式捣打料在使用中，逐渐形成致密的结构，具有良好的耐火性能，获得了较好的使用效果。

干式耐火捣打料施工完成后，清理现场，并在其上面铺一层薄钢板，以防装废钢或兑铁水时，创伤衬里表面。生产头几炉钢时，应随时观察炉底工作层表面，如有深坑出现，应及时用同材质料进行投补。

2含炭干式捣打料

镁炭干式捣打料是由镁砂骨粉料、鳞片石墨和有机结合剂组成的，因为石墨具有导电性，该料又叫导电型镁炭干式捣打料。另外，铁能导电，与镁砂配成镁铁混合料，则称为导电型镁铁干式捣打料。该类料用于超高功率直流电炉炉底上，要求耐高温、耐侵蚀、能导电，故称为导电型干式捣打料。

直流电炉炉底电极即阳极有两类：(1)用导电耐火材料作电极，即用镁炭砖和导电型干式捣打料作炉底;(2)用金属元件(形状有棒型、片型和针型等)埋进炉底耐火材料中，用导电型干式捣打料将套砖内外填实。导电耐火材料炉底用含碳量适宜的镁炭砖砌筑，工作层用导电型干式捣打料捣制，损毁时用导电型热补料修补。其导电机理是石墨具有良好的导电性。室温时单晶石墨沿层面方向的电阻率约为5×10^-7 Ω·m，人造石墨是其20倍左右。镁炭砖的电阻率约为1.02×10^-5 Ω·m，即石墨是该类材料的导电因子。采用如酚醛树脂、焦油沥青等有机结合剂，高温处理后炭化也成为导电因子。添加防氧化剂如A1、Si和Mg等，该类元素也是导电因子。

图3石墨用量与含炭材料电阻率的关系。 石墨用量>15%时，含炭材料电阻率低，增加用量，电阻率也无显著变化。一般，该类材料石墨用量为6～12%，电阻率较大。另外，含炭材料体积密度、处理温度、砌筑和捣打质量及操作条件等，也影响其电阻率。

表2为导电耐火材料的主要性能。编号1采用MgO >97.5%的电熔镁砂作耐火骨料和粉料，临界粒径为5mm,其颗粒级配为5～2mm，35%;2～0.5mm，17%;0.5～0.088mm，20%;<0.088mm，21%;高纯鳞片石墨7%，外加防氧化剂金属铝和金属硅，各为1.5%;沥青粉2%和酚醛树脂作结合剂;编号2采用高纯电熔镁砂作耐火骨料和粉料，并加较纯的鳞片石墨及增强剂和助燃剂，用焦油沥青和树脂作复合结合剂，以便增加黏性，便于施工；编号3采用结晶良好的电熔镁砂作耐火骨料和粉料，因为是热补料，选用铺展性好，结合力较强和有导电性的沥青作碳素材料，同时添加焦油、蒽油和树脂等材料作复合结合剂。另外，添加烧结剂和助燃剂等；编号4为导电镁炭砖，采用MgO≥98%的电熔镁砂作耐火骨料和粉料，添加高纯的高碳鳞片石墨，用量为12%，用固定碳较高的酚醛树脂作结合剂，同时掺加较大量的金属铝粉和B4C等外加剂，经高压成型和热处理而制成。

【中国镁质材料网 采编：ZY】