环保炮泥中，钛铝酸钙取代棕刚玉是否可行

炮泥是保证高炉出铁顺利进行的关键耐火材料，起到堵塞出铁口，延长出铁口深度，保护炉缸侧墙的作用。传统炮泥多采用煤焦油和煤沥青作为结合剂，在高温使用过程中产生大量烟气，导致炉前作业环境差，且烟气中含有强致癌物质苯并[a]芘(BaP)，对人体健康产生巨大危害。随着环保意识的提高，越来越多的科研工作者开始呼吁使用环保型炮泥。钛铝酸钙作为炉外冶炼法生产钛铁合金的炉渣，是一种多物相复合材料，多年来一直被作为废弃物堆放，不但占用大量的土地资源，而且还会对土壤和水资源造成难以修复的破坏。因此，为响应“和谐美丽”的国家发展战略，降低炮泥成本，实现固废资源的循环利用，文章首先对钛铝酸钙的各项性能进行了研究，之后探究了钛铝酸钙取代棕刚玉在炮泥中使用的可行性，分析了钛铝酸钙加入量对炮泥性能的影响。

钛铝酸钙的性能研究

1.1 理化性能

钛铝酸钙中主要化学成分有Al₂O₃、CaO与TiO₂，还含有少量的SiO2、MgO、Fe₂O₃等杂质成分，且Al₂O₃的含量达到70wt%以上，颗粒体积密度较高。

1.2物相组成

常温下钛铝酸钙主晶相为CA₆，Ca((Al0.84Ti0.16)₂)6O19和CA₂。CA₆、CA₂作为Ca-Al体系中的Al₂O₃含量较高的物相，其熔点很高，性能优良，广泛应用于耐火材料相关领域。经过1400℃热处理后如图2(b)所示，钛铝酸钙中的Ca((Al0.84Ti0.16)₂)₆O19和CA₂物相基本消失，出现了TiO₂、CaTiO₃和Al₂O₃物相。说明试样随着温度的升高，Ca((Al0.84Ti0.16)2)₆O19不稳定发生分解，生成了TiO₂、CaTiO₃和Al₂O₃，CA₂的消失也说明CA₂与Al₂O₃发生了反应生成了CA₆。

钛铝酸钙在环保炮泥中的应用研究

2.1实验原料及方案

制备环保炮泥所采用的主要原料为：粒度为3~1、1~0mm、200目的棕刚玉、钛铝酸钙;粒度为1~0mm、200目和800目的碳化硅;粒度≤3mm的焦炭;混合细粉为粒度为200目的粘土、绢云母、氮化硅铁、高温环保沥青以及粒度为60~120目的蓝晶石，结合剂采用环保树脂。钛铝酸钙取代棕刚玉的含量分别为0、35%、100%制备4组试样，依次标注为R0、T0、T1、T2。控制炮泥的马夏值一致后出料并记录所加入的树脂量。按照GB/T2997-2000(2004)测定试样的体积密度和显气孔率;按照GB/T3001-2000测定试样的常温耐压强度;按照GB/T5988-2004测定试样的线变化率。

2.2钛铝酸钙对炮泥性能的影响

钛铝酸钙加入后对炮泥常温物理性能的影响。

钛铝酸钙原料本身的显气孔率高于棕刚玉(6.1%)，密度低于棕刚玉(3.53g/cm3)，故炮泥在引入钛铝酸钙后显气孔率增加，体积密度降低。T1试样显气孔率最大的原因：一方面是由于树脂加入量最多，碳化后产生的收缩最大;另一方面是由于钛铝酸钙与棕刚玉热膨胀系数不同，在加热过程中，由于热膨胀系数失配会导致试样内部产生裂纹。T1试样中钛铝酸钙取代棕刚玉量达75.9%，因此试样内部生成由于热膨胀系数不一致所导致的微裂纹最多，而T2试样骨料仅含钛铝酸钙，大颗粒热膨胀系数单一，裂纹产生量较少。因此，T1试样显气孔率最大，体积密度和耐压强度最低。

试样在经过1400℃热处理后蓝晶石的分解和SiO2与Al₂O₃反应会生成莫来石，而钛铝酸钙则会发生如上述图2和式(1)所示反应，其所含的CA2与原料中的Al₂O₃发生反应生成CA6相。莫来石和CA6的生成大大弥补了结合剂碳化和烧结过程产生的收缩，产生一定体积膨胀，加入量越多，相应的膨胀量越大，故膨胀量T2>T1>T0。对于钛铝酸钙含量不同的炮泥试样，随着温度的升高结合剂碳化，使得显气孔率大大增加，体积密度大大降低。当温度达到1400℃后，由于莫来石和CA6的生成产生的体积膨胀抵消了部分气孔，由引入的钛铝酸钙杂质相含量较高，在高温作用下会促进液相烧结，进而填充一定的气孔，使得显气孔率得以降低，体积密度有所增加。

结 语

(1)钛铝酸钙的主要化学成分为Al₂O₃，主要物相组成为CA6，Ca((Al0.84Ti0.16)₂)6O19和CA₂，具有良好的理化性能。

(2)将钛铝酸钙取代棕刚玉加入环保炮泥中，保持试样的马夏值不变，随着结合剂加入量的增加，试样的显气孔率增大，体积密度降低，常温耐压强度也有所下降;仅取代大颗粒时试样的各项性能变化不大。

(3)从降低成本、保护环境、资源的再生利用角度考虑，钛铝酸钙取代棕刚玉在炮泥中的应用具有可行性。