碱性耐火喷补料的原料、结合剂如何正确选择？

采用碱性耐火喷补料，在热态下对炼钢转炉和电炉以及钢包进行喷补维修，以延长其使用寿命已经成为世界范围的钢铁工业中普遍使用的方法。因为它是保护炉衬的一个十分有效的技术措施。而喷补料则是延长炉衬使用寿命的必要材料。通常，喷补料应该具备如下的基本性能：

(1)附着率大于80%;

(2)首次出钢后喷补面不爆裂;

(3)使用1炉次以后，喷补面残留量大于50%。

优质喷补料则须满足下面的要求：

(1)通过喷补设备时，材料具有均匀的流动性能;

(2)良好的粘附性、固化性和硬化性;

(3)回弹量少;

(4)喷补层具有良好的物理性能(体积密度大、气孔率较低、强度较高);

(5)良好的烧结能力;

(6)耐火性能好;

(7)抗侵蚀性能好。

由此不难看出，喷补料的喷补性能(附着性、烧结性等)和抗侵蚀性能(抗渣性、耐磨性等)取决于原料的组成、粒度分布、结合剂的性能。而回弹率的大小则直接影响经济指标。

可见，要获得高性能的喷补料，对其性能进行调整一般采取以下3种基本方法：

(1)仔细选择原料;

(2)优化颗粒尺寸分布;

(3)选用适宜的结合系统。

(一)喷补料的主要原料

碱性喷补料的成分通常都以MgO系和MgO-CaO系为主(多数情况下选用MgO系)，为了使镁质喷补料更有效、更经济，选用最便宜的混合料并不是最好的选择方法。优质的镁质喷补料和现代喷补技术已经能够更加有效地提高钢铁工业窑炉的使用寿命，而并不削弱生产能力，因此就要求选用纯度较高的原料与之相适应。

磷酸盐结合的高等级镁质喷补料通常选用合约95%~97%MgO的死烧镁砂，并且具有较高的CaO/SiO₂。而在CaO/SiO₂比较低的情况下，则应并用CaO。在这些先决条件下，还应该注意到Σ(Fe₂O₃+Al₂O₃)不得超过1.5%。对于高质量的喷补料来说，Σ(Fe₂O₃+Al₂O₃)不得超过1.0%。

当以CaO/SiO₂大于2的死烧镁砂为原料，井外加富CaO的死烧镁砂，以磷酸盐为结合剂生产喷补料时，水化作用会导致过厚的喷补层产生剥落，因而应当采取相应的防范措施。其中，表面覆膜(对于MgO-CaO砂或者富CaO的死烧镁砂而言)技术较为有效。

优质喷补料需要高钙添加剂，使其能形成高熔点相(如磷酸钙或硅酸二钙)，而不形成低熔点的硅酸盐。通常，与结合剂反应的高钙添加剂以细粉状态分布最有效。

长寿喷补料除了选用高纯原料之外，还应该含有fCaO。为了尽可能避免由于其他相的渗透而生成低熔点的硅酸盐，通过外加钙提高了渗透渣的碱度，因此延长了喷补层的使用寿命。

理论上认为：外加fCaO是以烧结白云石细粉形式加入的。但考虑到这种材料易于水化，由于体积膨胀，会导致喷补层的破坏。因此，外加入fCaO约为20%的MgO-CaO砂较为合理。因为这种MgO-CaO砂中的CaO被方镁石包围着，其抗水化性能相对较高。

(二)结合剂及其组合

热态碱性喷补料结合剂的选择，应该满足以下要求：

(1)迅速变硬和固化的最佳粘附性能;

(2)在化学结合的整个温度范围内，喷补料具有足够的强度;

(3)结合剂降低喷补料抗熔渣侵蚀性能减小到最低程度。

通常，喷补料是采用化学结合剂结合的。由于化学结合剂会影响粘附性，因此要求它们能尽快地使喷补层稳定下来。当然，也可以通过增加颗粒之间细粉与水稀浆的粘度(表观的)而使物理性能稳定，或者是加速凝固反应而使化学性能稳定。结合剂的用量应该满足喷补料在干燥之后，能保证喷补层稳定到温度升高至发生烧结为止。而剩余的结合剂却不明显降低喷补层的抗蚀能力。常用的结合剂有硅酸钠(水玻璃)、磷酸盐以及它们的复合系统等。

1、硅酸盐结合剂

湿法喷补料选用硅酸盐为结合剂则是根据水溶性硅酸盐(水玻璃)的应用而采用的。因为它比较便宜并能普遍应用，尤其有助于在特殊钢生产中应用(需避免钢液磷化时)。

现在已经开发出具有较适宜的溶解速度和凝固速度的水玻璃，以SiO₂/Na₂O(模数)=2.7的水玻璃作为喷补料的结合剂，可以达到较好水平。

2、磷酸盐结合剂

硅酸盐(水玻璃)作为碱性喷补料的结合剂，其粘性不如磷酸盐。同时，由于其高温强度和抗热震性也比较差，因而耐用性有限(抗碱性渣的侵蚀性能差)。在以低等级镁砂为原料时就更是如此。大量的研究工作和实际应用结果都表明，磷酸盐类结合剂是碱性喷补料中较理想的结合系统。

3、碱硅磷酸盐结合剂

将上述两个系列结合剂组合起来可获得碱硅磷酸盐复合结合系统。这种结合系统虽然凝固较慢，但可获得较高的高温强度，因为它们使喷补层生成大量的硅磷钠钙石。在转炉中应用这种复合结合系统结合的喷补料可获得与磷酸盐结合喷补料一样的结果。但这种喷补料更适合在电炉中应用。因为后者存在急剧的温度变化。接近水冷却板处更是如此。

4、水泥结合剂

选用水泥系列结合剂的碱性喷补料存在的主要问题是高温附着率低，快速加热时体积稳定性差。然而，这可通过加入有机酸得到解决。因为添加有机酸在分散之后的短时间内即可絮凝，从而获得很好的高温附着性。若再添加少量的分散剂和抗剥落剂，就可改善快速加热时的体积稳定性。

以高铝水泥为结合剂的镁质喷补料是以可塑状态粘结在母材上的。因而可以认为，在以液层为媒介粘结时，越是高粘性层，抵抗剪切应力的作用能力就越强，对应力的抵抗能力也就越大，与母材的粘结强度也大，因而喷补层就会更加稳定，其结果必然会获得较高的耐用性能。这种喷补料更适宜用作钢包和二次精炼装置内衬局部损毁部位的喷补维修。

此外，尚有磷酸钙、磷酸钠和硅酸钠并用，以及磷酸钙和硫酸铝并用的例子。

(三)优化配方举例

碱性喷补料主要用于炼钢设备的热修补，因而其配方应该与冶炼钢种、操作条件和设备类型相适应。也就是说，应针对不同应用场合中的不同要求使用不同的喷补料。

在一般情况下，用户可以根据自己的冶炼条件和各自的设备情况选择。

(1)在高碱度的冶炼条件中，宜选用含有较高CaO(约6%)的磷酸盐结合的镁质喷补料。因为它们具有良好的抗碱性渣侵蚀的能力，其耐用性也比硅酸盐结合的镁质喷补料好。

(2)聚合磷酸盐-CaO-SiO₂系结合的MgO-CaO质喷补料(8%~12%CaO)，可以进一步提高抗碱性渣的侵蚀能力，因此被称为“长寿”喷补料。

(3)由硅酸盐(水玻璃)结合的镁质喷补料(以高纯低CaO/SiO₂镁砂为原料)，对于酸性渣(低碱度)具有极好的抗侵蚀能力。

(4)当以低CaO/SiO₂镁砂为原料生产喷补料时，不论结合剂选用磷酸盐还是选用硅酸盐，对于酸性渣都显示出较好的抗蚀能力，而且不相上下。但由于CaO含量低，fCaO的缺乏降低了磷酸盐结合镁质喷补料的固化速度，因而在实际中使用的磷酸盐结合的镁质喷补料(用低CaO/SiO₂比镁砂为原料)难以进行厚层喷补操作。不过，这可通过并用适量含CaO物质来解决。

(5)以硅酸盐和磷酸盐为复合结合系统的镁质喷补料具有较好的适应性，因而被称为“万能”喷补料。这种喷补料特别能适应钢包的操作条件。

(6)以水泥为结合剂，以有机酸为絮凝剂，并添加少量的分散剂和抗剥落剂的镁铝质喷补料，适用于二次精炼装置(如45装置等)的局部喷补维修，并可获得好的耐用性能。

根据上面的讨论，可以得出以下结论：

(1)在不同的应用场合(如转炉、电炉和钢包等)，由于各自的操作条件不同应选用不同等级和不同类型的碱性喷补料。

(2)通常，转炉选用磷酸盐结合的MgO质或MgO-CaO质喷补料，可获得高寿命。但是，当转炉操作温度太低时，由于喷补料层没有足够的烧结时间即会发生脱落。在这种情况下，宜选用能适应这种操作条件的以磷酸盐-CaO-SiO₂系统结合的MgO-CaO质喷补料。

(3)硅酸盐结合MgO质喷补料主要应用于电炉中，也能应用于钢包(中等温度)中。当选用高纯死烧镁砂为原料以提高耐蚀性时，应该适当增加结合剂的用量并加入添加物。否则，即会因喷补料层剥落而不能获得好的效果。

(4)以硅酸盐和磷酸盐为复合结合剂的"#$质喷补料的适应性强，是一种“万能”喷补料。这种喷补料特别适应钢包的操作条件。

(5)以水泥结合的MgO-Al₂O₃质喷补料，通过添加絮凝剂、分散剂和防剥落剂进行改性，也能应用于钢包和二次精炼装置中。