軋鋼加熱爐用耐火澆注料比用耐火磚砌筑施工筒單，易操作，工程費用低，施工期短；與磚體相比，可節(jié)約能源70%左右；使用壽命3〜6年，比使用高鋁磚提高1〜4倍。澆注料可以加工成各種形狀整體爐襯，施工速度快，是工業(yè)爐施工較好的材料。
隨著超微粉技術在澆注料中的應用，黏土結(jié)合澆注料多被低水泥結(jié)合澆注料所代替。低水泥結(jié)合澆注料具有強度高、體積穩(wěn)定性好、施工性能好的優(yōu)點，所以低水泥結(jié)合澆注料在熱工爐窯上得到了廣泛應用。但國內(nèi)外的熱工爐窯設計者在選用爐襯澆注料的過程中，多認為澆注料中氧化鋁含量高的產(chǎn)品各方面性能優(yōu)于氧化鋁含量低的產(chǎn)品，所以在澆注料的選材過程中，多選擇氧化鋁含量較高的產(chǎn)品，在軋鋼加熱爐上更是如此。由于一般的軋鋼加熱爐工作溫度為1200~1350℃，長期工作溫度遠遠低于1500℃，所以澆注料應選擇滿足軋鋼加熱爐使用特點且氧化鋁含量在一定范圍內(nèi)的低水泥澆注料，以達到爐襯材料長壽、節(jié)能、高性價比的要求。
1 實驗過程及結(jié)果
1.1 原料選擇
可用于軋鋼加熱爐爐襯澆注料的骨料種類較多，如電熔白剛玉、電熔棕剛玉、燒結(jié)剛玉、電熔莫來石、燒結(jié)莫來石、特級高鋁熟料、二級高鋁熟料、三級高鋁料、焦寶石、紅柱石等，但從軋鋼加熱爐爐襯澆注料的使用條件及成本上分析，軋鋼加熱爐爐襯澆注料骨料種類的選擇應有個合理的范圍。
軋鋼加熱爐爐襯澆注料骨料的選擇主要是基于熱震穩(wěn)定性、高溫性能、導熱性能、成本等方面進行選材。從骨料的熱震穩(wěn)定性及高溫性能兩個方面分析，骨料應首選電熔莫來石、燒結(jié)莫來石、紅柱石等。因為以上幾種原材料在長期使用過程中主晶相是莫來石相，紅柱石骨料在1300℃以上轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊硎嗪褪⑾�，石英相可以和基質(zhì)中的氧化鋁反應生成二次莫來石。另外石英進入液體后，可提高液體的黏度，對提高澆注料的高溫性能起積極的作用。但電熔莫來石、燒結(jié)莫來石、紅柱石等骨料的成本相對于高鋁熟料要高，所以骨料中應盡可能少用電熔莫來石、燒結(jié)莫來石、紅柱石等材料。電熔白剛玉、電熔棕剛玉、燒結(jié)剛玉中骨料應優(yōu)選燒結(jié)剛玉(俗稱板剛玉)，因其抗剝落性優(yōu)于電熔白剛玉和電熔棕剛玉，見表1。但燒結(jié)剛玉的成本太高，用于軋鋼加熱爐爐襯澆注料中用戶無法接受；另一方面因燒結(jié)剛玉的熱膨脹系數(shù)和導熱系數(shù)均高于莫來石，過多地使用燒結(jié)剛玉作為骨料會降低澆注料的熱震穩(wěn)定性，增加澆注料的導熱率，不利于節(jié)能、環(huán)保。
表1耐火骨料的耐熱震性 （%）
我國有豐富的鋁礬土資源，目前已探明的儲量超過20億t，居世界前列。因此礬土熟料的價格相對于剛玉、莫來石、紅柱石要低，而且常用的山西孝義特級、二級及三級高鋁熟料雜質(zhì)含量較低，見圖1~4。由于以上4種高鋁熟料礦物相主要為剛玉相及莫來石相，不含有低熔點的晶相，因此以上4種原材料都適合作為軋鋼加熱爐的原材料。
1.2實驗過程
以特級、二級、三級高鋁熟料及焦寶石為主要原材料，加入硅微粉，以鋁酸鈣水泥為結(jié)合劑，以磷酸鹽為減水劑。固定硅微粉、水泥及磷酸鹽減水劑的加入量，研究澆注料的不同氧化鋁含量與荷重軟化開始溫度、體積密度、導熱系數(shù)的關系。表2為主要原材料的理化指標。
表2主要原材料的理化指標
澆注料氧化鋁含量與體積密度、導熱系數(shù)的關系見圖5。澆注料氧化鋁含量與荷重軟化開始溫度的關系見圖6。荷重軟化開始溫度檢測標準YB/T 370-1995，實驗條件為1350℃x3h燒后。
由圖5可知，隨著低水泥澆注料氧化鋁含量的提高，澆注料的體積密度增大，導熱系數(shù)提高。由圖6可知，低水泥澆注料的氧化鋁含量在60%左右時，澆注料的荷重軟化開始溫度較高，可選擇在軋鋼加熱爐的高溫段使用，從性價比來考慮，氧化鋁含量在50%的澆注料可選擇在軋鋼加熱爐的低溫段使用，可達到有效的節(jié)能目的。
2 爐襯耐火材料的選用及材料性能
2.1 錨固磚
采用不定形耐火材料作為工作襯里的軋鋼加熱爐，錨固磚的選擇較為關鍵，因為錨固磚對整個加熱爐耐火襯里的結(jié)構(gòu)起重要的作用，國家標準中，錨固磚有LZ-75、LZ-65、LZ-55、LZ-48四種，LZ-75、LZ-65的錨固磚的導熱系數(shù)、熱膨脹率及成本較LZ-55的錨固磚高，在軋鋼加熱爐上的一般部位，LZ-55錨固磚完全可滿足使用需要。而在水梁及壓下部位，一般選擇采用振動成型的PN-JZ-58的錨固磚。因為振動成型的錨固磚材料的臨界粒度較大，材料的結(jié)合強度較高，錨固磚的抗拉強度也較機壓成型的高，并且通過國內(nèi)外幾十座軋鋼加熱爐使用已經(jīng)得到證明。表3為LZ-55、PN-JZ-58錨固磚的主要理化指標。
表3 LZ-55、PN-JZ-58錨固磚的主理理化指標
2.2 爐墻、爐頂
軋鋼加熱爐的預熱段工作溫度一般在1200℃以下，采用氧化鋁含量為50%~55%左右的低水泥汪料完全可滿足使用需求。加熱段及均熱段工作溫度一般在1 350℃左右，可選擇氧化鋁含量為60% 左右的低水泥澆注料，該低水泥耐火澆注料細粉應選擇雜質(zhì)含量較低的原材料，以提高澆注料的高溫使用性能。爐墻及爐頂澆注料主要理化指標，見表4。
表4軋鋼加熱爐爐墻及爐頂?shù)蜐沧⒘系闹饕砘阅?/FONT>
2.3 水冷管包軋用澆注料
水冷管包軋用澆注料其施工厚度一般在50~60mm左右。通常情況下，水冷管包軋用澆注料每座加熱爐只選擇一種，一般選擇氧化鋁含量為60%~65%的低水泥澆注料可滿足使用要求，但必需選擇流動性能較好的澆注料。由于氧化鋁含量較低的高鋁澆注料，原料本身吸水率較大，在烘烤及使用過程中收縮也較大，易產(chǎn)生裂紋，影響水冷管耐火材料的正常使用。而氧化鋁含量較高的高鋁澆注料，由于原材料導熱系數(shù)大、成本高，故不作為水冷管包軋的首選材料。表5為水冷管包軋澆注料主要理化指標。
表5水冷管包扎澆注料主要理化指標
3膨脹縫
軋鋼加熱爐不定形內(nèi)襯的膨脹縫數(shù)值及分布位置和構(gòu)造，應由設計規(guī)定，膨脹縫數(shù)值可按材料線膨脹率大小留。圖7為PN-LN、PN-BH60澆注料熱膨脹率。熱膨脹率檢測標準YB/T 5205-1993，實驗條件為1350 ℃x3 h燒后。由圖7可知，PN-LN澆注料1000℃的熱膨脹率為0.60%，PN-LN低水泥澆注料1000℃燒后的永久線變化率一般為-0.20%，所以軋鋼加熱爐預熱段PN-LN低水泥澆注料的膨脹縫留設為：0.60-0.22=0.40%，即每m應留4 mm的膨脹縫，每2 m左右留8 mm左右的膨脹縫。PN-BH60澆注料1300℃的熱膨脹率為0.81%，由表2、3可知，PN-BH60低水泥澆注料1300℃燒后的永久線變化率為-0.28%，所以軋鋼加熱爐加熱段及均熱段PN-BH60低水泥澆注料的膨脹縫留設為0.81-0.28= 0.53%，即每m應留5.3 mm膨脹縫，每2 m左右留 10.6 mm膨脹縫，但通常膨脹縫。因為在高溫下，材料有液相生成，液相的存在可緩沖材料的膨脹應力，故PN-BH60低水泥澆注料在高溫段一般每2m左右留8 mm的膨脹縫。
4使用效果
研制的氧化鋁含量60%左右的低水泥澆注料已在寶鋼、唐鋼、泰鋼、太鋼、首鋼、漣鋼、武鋼、俄羅斯馬鋼等國內(nèi)外上百座軋鋼加熱爐爐襯上使用，良好的施工及使用性能得到用戶的認可。