鐵水包覆蓋劑的研究及展望

馮璐 房津田 唐鋮旭 劉澤政 唐洋洋 王洋

摘 要：針對傳統(tǒng)鐵水包覆蓋劑的缺點進行研究總結(jié)，探討了其組成、結(jié)構(gòu)對保溫作用的影響;分析了新型鐵水包覆蓋劑改進的地方，并總結(jié)新型覆蓋劑相比于傳統(tǒng)覆蓋劑有何優(yōu)缺點，經(jīng)過分析得出新型覆蓋劑，污染程度更小、使用成本更低、保溫效果更好;總結(jié)和展望了保溫覆蓋劑未來美好的前景，并且將來會不斷對其改造改進，擴大對其生產(chǎn)利用。

關(guān)鍵詞：鐵水包;覆蓋劑;研究;展望

1 緒論

隨著現(xiàn)代鑄造生產(chǎn)的不斷發(fā)展，需要對鐵水表面聚集的熔渣進行去渣處理，并對鐵（鋼）水表面進行覆蓋以減少氧化，減少高溫鐵水的溫度損失。在精鑄過程中，由于更多采用的是直接在爐口澆注工藝，所以需采取多次除渣操作。而集渣覆蓋劑的性能直接影響鋼鐵鑄造產(chǎn)品的質(zhì)量和性能[1]。鐵水包是如今現(xiàn)階段大部分鋼鐵企業(yè)廣泛采用的鐵水承接、輸送和緩沖的裝置，也是煉鐵煉鋼階段的重要載體。因此鐵水包的使用壽命和保溫對鋼鐵企業(yè)增加能效、降低成本和節(jié)能環(huán)保具有非常重要的意義[2]。鐵水包是鑄造設(shè)備澆注的設(shè)備，用于鑄造車間澆注作業(yè)，在爐前承接鐵液，之后由行車運送至鑄型處進行澆注。鐵水保溫覆蓋劑的作用就是利用其在鐵水表面形成的多孔覆蓋層，起到隔熱保溫作用[3]。目前國內(nèi)鐵水保溫覆蓋劑種類繁多，如稻草灰、珍珠巖、碳化稻殼、蛭石等。鐵水包覆蓋劑是用于鐵水表面覆蓋保溫，鋪展覆蓋好，保溫優(yōu)良，能調(diào)化液面上的渣子，減輕熱散失，防止熱輻射二次氧化。鐵水包覆蓋劑為了實現(xiàn)這些目的，應(yīng)該具有良好的聚渣性能、覆蓋性能好、保溫性能好、無毒、無害、不污染環(huán)境、資源豐富、價格低，操作簡便[4]。

2 傳統(tǒng)鐵水包覆蓋劑

我國之前的鑄鐵生產(chǎn)中長期沿用稻草灰，稻草灰雖然也具備聚渣，隔離，保溫作用，但是它不能滿足現(xiàn)在的鑄造生產(chǎn)發(fā)展的要求，因為稻草灰在作為鐵水覆蓋劑時存在一些問題，盡管稻草灰對熔渣以及氧化的雜質(zhì)具有良好的聚集作用。但是因為稻草灰的結(jié)構(gòu)松散，幾乎沒有強度，因此，其所形成的覆蓋層是松散狀結(jié)構(gòu)，既不便于扒除，而且澆注中又很難阻擋，少數(shù)松散的小塊聚集物也容易隨著鐵水澆入到鑄型當中。且由稻草灰形成的覆蓋層氣密性特別差，這導(dǎo)致鐵水難以與空氣有效地隔離開來。特別是不能很好的阻止鐵水中易揮發(fā)元素的蒸發(fā)作用，這在球鐵的生產(chǎn)過程中這種現(xiàn)象尤為明顯。稻草灰覆蓋劑剛加到鐵水表面時保溫作用比較好，但是因為稻草灰在高溫下會很快的被燃盡導(dǎo)致覆蓋層的面積縮小，厚度減薄，從而導(dǎo)致其保溫作用在短短的時間內(nèi)發(fā)生明顯的下降。稻草灰覆蓋劑加到鐵水表面上時，因為熱氣流的緣故，導(dǎo)致其灰塵飛揚，會產(chǎn)生嚴重的生態(tài)問題，惡化作業(yè)環(huán)境;

作為同是傳統(tǒng)型覆蓋劑的珍珠巖覆蓋劑所形成的覆蓋層不僅具有良好的聚集熔渣的作用而且能夠氧化雜質(zhì)，并且珍珠巖覆蓋劑形成的覆蓋層能夠形成具有一定強度的一整塊浮在鐵水表面，這樣澆注是不需要擋渣子，并且扒渣子的時候既方便又干凈，保持了鐵水的純凈。而且珍珠巖覆蓋劑形成的覆蓋層具有隔離作用，這個隔離作用雖熱對于灰鑄鐵來說其效果不易察覺，可是卻在球鐵生產(chǎn)的過程中效果更為明顯，由此可以看出珍珠巖覆蓋劑對于防止球化衰退的作用是十分顯著的。珍珠巖作為覆蓋劑需要對預(yù)熱溫度，顆粒大小，加入量進行確定，如果不預(yù)熱的話，因為珍珠巖珍珠狀裂縫中存在結(jié)合水，急速加熱時會發(fā)生炸裂和粉化，對顆粒膨化和覆蓋層的結(jié)構(gòu)均產(chǎn)生不好的影響。珍珠巖的顆粒大小主要是對膨化作用有顯著的影響，而加入量如果過多，會導(dǎo)致部分顆粒未膨化從而導(dǎo)致該顆粒起不到覆蓋作用，甚至部分的顆粒還會在澆注時落入鐵水中從而澆入鑄型，形成鑄件缺陷。這也是使用珍珠巖覆蓋劑時需要注意的地方[5]。

3 新型鐵水包覆蓋劑

珍珠巖-煙塵混合型鐵水覆蓋劑具有較好的聚渣、擋渣效果、保溫性能、遮光性能，能延緩球化的反應(yīng)時間。其中，煙塵的組分能有效消弱粘包現(xiàn)象，相較于傳統(tǒng)珍珠巖覆蓋劑，擋渣效果明顯提升。珍珠巖-煙塵混合型覆蓋劑的組分中，煙塵可以與高溫鐵水反應(yīng)，放出熱量，提高保溫效果。該混合型覆蓋劑的操作工藝簡單，成本低廉，且對鐵水質(zhì)量無影響。在技術(shù)，經(jīng)濟，環(huán)保三個方面有顯著的成效[6]。

粉煤灰在保溫、聚渣方面具有優(yōu)良的作用，使用后處理簡單，可作為灰鑄鐵、球墨鑄鐵等工程的鐵水包覆蓋劑。粉煤灰含有30%～70%的空心微珠?？招奈⒅閷儆诔p質(zhì)高級耐火材料，具有極小的容重與較低的導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)，隔熱效果較佳，能減慢熱量散失，起到良好的覆蓋保溫作用，延長保溫的時間?？招奈⒅槭蔷哂心透邷氐奶匦缘囊环N光滑玻璃體，不易粘帶雜質(zhì)，破碎脫落時呈塊狀，而且其屬于非金屬無機物，在高溫情況下不會產(chǎn)生煙、氣、味等對環(huán)境有污染的物質(zhì)。粉煤灰中含有大量空心微珠，且其是一種無價值廢棄物，使用時可以不必細致挑選。

AGB型鐵水覆蓋劑的主要成分有稻草灰，珍珠巖，空心微珠和碳化稻殼等。對照覆蓋劑應(yīng)該具備的性能要求，經(jīng)工藝優(yōu)化研制出了AGB-I型和AGB-II型兩種鐵水覆蓋劑，且都具有聚渣、氣密與優(yōu)良的保溫性能。在應(yīng)用方面[3]，AGB型覆蓋劑的聚渣、氣密與保溫性能較優(yōu)于稻草灰和珍珠巖的鐵水覆蓋劑，而且具有操作方便，原料廣泛，無毒無味，成本低的優(yōu)點[7]。

高爐鐵水復(fù)合保溫覆蓋劑的主要是利用石灰石、鎂橄欖石、蛭石、珍珠巖以及廉價的碳化物為主，搭配其他的發(fā)熱劑和隔熱材料，在鐵水的表面形成一種多孔的覆蓋結(jié)構(gòu)，起到保溫隔熱，降低溫度散失，在一定程度上減少了增碳，降低了硫含量，這個此復(fù)合型保溫覆蓋劑對多孔保溫層的結(jié)構(gòu)進行了分析，應(yīng)用時保溫效果明顯，使用成本降低[8]。

粘土粉鐵水覆蓋劑作為鐵水覆蓋劑具有良好的保溫性能和集渣性能，有污染小，成本低等特點，對鑄鐵機械性能無影響。其中保溫性，聚渣性和覆蓋性較優(yōu)于稻草灰型覆蓋劑。其主要成分粘土粉是一種高效、低廉、易獲得、使用簡單方便的材料。粘土粉在鐵水表面形成的覆蓋層粘結(jié)性強，氣密性好具有良好的聚渣熔渣、氧化雜質(zhì)、減少鐵水與空氣的接觸面積等作用，還具有較優(yōu)的保溫性能，使良品率提升了5%。且粘土粉的來源廣，扒渣方便又干凈，簡化了原材料種類，便于管理[9]。由于稻草灰作鐵水覆蓋劑時，覆蓋松散，會產(chǎn)生“煙柱“，熱量散失較大。使用粘土能有效消除“煙柱”，同時還能減少熱輻射。粘土只需干燥，即可直接作為覆蓋劑，無需再加工，使用簡單方便。澆筑完畢后，能整塊扒除，無煙，有少量灰塵，不會深度污染勞動環(huán)境[10]。

4 總結(jié)與展望

保溫覆蓋劑，是大部分鋼鐵工廠生產(chǎn)中的重要材料之一，其作用就是使鐵水在停留、運輸、澆注等過程中能夠減少溫降、隔絕空氣、保證鐵水不被二次氧化。優(yōu)良的保溫效果是節(jié)約能源、增加廢鋼的實用程度，同時降低成本的一個重要途徑。自從保溫覆蓋劑的應(yīng)用以來，為了能夠更好的適應(yīng)生產(chǎn)工藝發(fā)展的需要，其種類不斷更新?lián)Q代。

近些年來，隨著生產(chǎn)規(guī)模和能力的不斷增大、生產(chǎn)工藝的進步、包內(nèi)容量逐漸增多，使得鋼鐵液在包內(nèi)停留的時間不斷延長。為了滿足后續(xù)的工藝要求，所以必須大量使用保溫劑，以保持包內(nèi)鋼鐵液的溫度和質(zhì)量。但當前主要使用的都是成本較高的以碳化稻殼和新開發(fā)的蛭石和膨脹石墨為主的覆蓋劑，所以如今尋求一種新型保溫劑來豐富保溫劑的品種，且降低其生產(chǎn)成本[11]。因為隔熱保溫與吸附的功能不是能夠很好完善，所以便成為了鐵水包覆蓋劑開發(fā)的瓶頸。為了打破瓶頸，盡管近年開發(fā)出珍珠巖-煙塵混合型、粉煤灰型、AGB型、復(fù)合型、粘土鐵粉型等包覆蓋劑的長處得到充分的發(fā)揮， 但這些新型鐵水包覆蓋劑也有各自明顯的缺點，目前并沒有進行工業(yè)化的大規(guī)模應(yīng)用。隨著科技進步鋼鐵企業(yè)的發(fā)展對于鐵水包覆蓋劑的研究還在不斷嘗試，不斷創(chuàng)新，相信不久的將來鐵水包覆蓋劑研究會克服現(xiàn)階段的各種問題，成為新型、節(jié)能、綠色、環(huán)保的工業(yè)化產(chǎn)品。

參考文獻：

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[11]王洋.開發(fā)新型鐵水保溫劑的研究[D].遼寧：東北大學(xué)，2007. DOI：10.7666/d.Y1222302.

基金項目： 1. 2021年陜西省教育廳專項科研計劃項目（項目號： 21JK0739）; 2. 2021年陜西省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃（項目號： S202113679017）.

作者簡介：

馮璐（1986），男，漢族，陜西西安人，講師，主要從事固廢資源化利用和鋼鐵數(shù)值模擬技術(shù)。