炮泥用作高爐出鐵口的封堵材料，要求具有穩(wěn)定的封堵性能并且易于開(kāi)口。炮泥開(kāi)口后，在出鐵口表面形成的沉積層依然存在，暴露在高爐內(nèi)部的炮泥沉積層要長(zhǎng)期受到高溫鐵水的侵蝕。因此，對(duì)炮泥長(zhǎng)期受熱的性能穩(wěn)定性及抗侵蝕性有很高的要求。國(guó)外有關(guān)耐火公司的研究人員考察了添加Al2O3微粉對(duì)炮泥長(zhǎng)時(shí)間加熱后物理性能及抗侵蝕性的影響。
試驗(yàn)采用兩種基質(zhì)組成的炮泥作對(duì)比：SiC-C-SiO2（SC-A）和Si3N4-C-SiO2（SN-A），Al2O3微粉加入量分別為0、2.5%、5%、10%，同時(shí)改變SiO2微粉的加入量，具體配方見(jiàn)表1。按配方稱(chēng)料，混合均勻并加入煤焦油后在行星式攪拌機(jī)中混合20分鐘。調(diào)整煤焦油的加入量使每組料具有相同的馬夏值。在5兆帕下壓制成尺寸為160 毫米×40 毫米×40 毫米的試樣后，將試樣在300攝氏度下預(yù)先熱處理12 小時(shí)，然后在電爐中埋焦炭條件下和溫度為1500攝氏度時(shí)分別在3小時(shí)和24小時(shí)燒成。
測(cè)量試樣分別經(jīng)1500攝氏度3小時(shí)和24小時(shí)燒后的質(zhì)量變化率、常溫抗折強(qiáng)度、常溫耐壓強(qiáng)度與顯氣孔率。抗侵蝕試驗(yàn)采用高頻感應(yīng)爐法和電弧加熱轉(zhuǎn)鼓法兩種方法，通過(guò)澆注成型所需尺寸的試樣并進(jìn)行相應(yīng)的熱處理。高頻感應(yīng)爐法：向高頻感應(yīng)爐中加入20千克生鐵，升溫到1500攝氏度~1540攝氏度保持4小時(shí)。電弧加熱轉(zhuǎn)鼓法：采用高爐渣在1600攝氏度侵蝕5小時(shí)，每小時(shí)更換1千克高爐渣。選取試樣進(jìn)行化學(xué)分析、XRD物相分析。
研究結(jié)果顯示，對(duì)于SiC質(zhì)和Si3N4質(zhì)兩種基質(zhì)組成的炮泥，Al2O3微粉加入量的增多均使炮泥試樣加熱后的質(zhì)量損失率減小；經(jīng)1500攝氏度熱處理后，SiC質(zhì)試樣保溫3小時(shí)和24小時(shí)的質(zhì)量損失率非常接近，而Si3N4質(zhì)試樣保溫3小時(shí)和24小時(shí)的質(zhì)量損失率有很大的差別，Si3N4質(zhì)試樣經(jīng)1500攝氏度、24小時(shí)熱處理后的質(zhì)量損失率最大，顯氣孔率顯著升高，常溫耐壓強(qiáng)度顯著降低。隨著Al2O3微粉加入量的增多，SiC質(zhì)試樣經(jīng)1500攝氏度、24小時(shí)熱處理后的常溫抗折強(qiáng)度逐漸增大，其他試樣常溫抗折強(qiáng)度變化不大。
隨著Al2O3微粉加入量的增多，SiC質(zhì)和Si3N4質(zhì)炮泥抗熔融鐵水的侵蝕指數(shù)均逐漸減小，抗鐵水侵蝕性得到改善，受熱處理時(shí)間的長(zhǎng)短影響不大。其中，Si3N4質(zhì)炮泥的抗熔融鐵水侵蝕性?xún)?yōu)于SiC質(zhì)炮泥。
隨著Al2O3微粉加入量的增多，SiC質(zhì)炮泥以及1500攝氏度3小時(shí)熱處理后Si3N4質(zhì)炮泥抗高爐渣的侵蝕指數(shù)均逐漸減小，抗渣侵蝕性得到改善，熱處理時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)SiC質(zhì)炮泥的抗渣侵蝕性受影響不大。Al2O3微粉對(duì)1500攝氏度24小時(shí)熱處理后Si3N4質(zhì)炮泥的抗渣性改善效果不明顯。其中，SiC質(zhì)炮泥的抗渣侵蝕性?xún)?yōu)于Si3N4質(zhì)炮泥。
XRD物相分析顯示，添加Al2O3微粉的SiC質(zhì)和Si3N4質(zhì)炮泥經(jīng)1500攝氏度3小時(shí)和24小時(shí)熱處理后均生成了莫來(lái)石相，只是SiC質(zhì)炮泥中的莫來(lái)石峰值更強(qiáng)；Si3N4質(zhì)炮泥經(jīng)1500攝氏度24小時(shí)熱處理后，β-Si3N4的峰值減小，生成了β-SiC和Si2N2O相。抗鐵水侵蝕試驗(yàn)后，SN-A0試樣熱面中的Si2N2O相消失，而SN-A10試樣熱面中的Si2N2O相仍然存在。
總之，向高爐炮泥基質(zhì)中添加Al2O3微粉可以有效降低炮泥熱處理后的質(zhì)量損失率，提高常溫強(qiáng)度，改善了炮泥的抗侵蝕性，提高了高爐內(nèi)部的炮泥沉積層長(zhǎng)時(shí)間處于高溫環(huán)境下的耐用性。
