铁水包覆盖剂的研究及展望

冯璐 房津田 唐铖旭 刘泽政 唐洋洋 王洋

摘 要：针对传统铁水包覆盖剂的缺点进行研究总结，探讨了其组成、结构对保温作用的影响;分析了新型铁水包覆盖剂改进的地方，并总结新型覆盖剂相比于传统覆盖剂有何优缺点，经过分析得出新型覆盖剂，污染程度更小、使用成本更低、保温效果更好;总结和展望了保温覆盖剂未来美好的前景，并且将来会不断对其改造改进，扩大对其生产利用。

关键词：铁水包;覆盖剂;研究;展望

1 绪论

随着现代铸造生产的不断发展，需要对铁水表面聚集的熔渣进行去渣处理，并对铁（钢）水表面进行覆盖以减少氧化，减少高温铁水的温度损失。在精铸过程中，由于更多采用的是直接在炉口浇注工艺，所以需采取多次除渣操作。而集渣覆盖剂的性能直接影响钢铁铸造产品的质量和性能[1]。铁水包是如今现阶段大部分钢铁企业广泛采用的铁水承接、输送和缓冲的装置，也是炼铁炼钢阶段的重要载体。因此铁水包的使用寿命和保温对钢铁企业增加能效、降低成本和节能环保具有非常重要的意义[2]。铁水包是铸造设备浇注的设备，用于铸造车间浇注作业，在炉前承接铁液，之后由行车运送至铸型处进行浇注。铁水保温覆盖剂的作用就是利用其在铁水表面形成的多孔覆盖层，起到隔热保温作用[3]。目前国内铁水保温覆盖剂种类繁多，如稻草灰、珍珠岩、碳化稻壳、蛭石等。铁水包覆盖剂是用于铁水表面覆盖保温，铺展覆盖好，保温优良，能調化液面上的渣子，减轻热散失，防止热辐射二次氧化。铁水包覆盖剂为了实现这些目的，应该具有良好的聚渣性能、覆盖性能好、保温性能好、无毒、无害、不污染环境、资源丰富、价格低，操作简便[4]。

2 传统铁水包覆盖剂

我国之前的铸铁生产中长期沿用稻草灰，稻草灰虽然也具备聚渣，隔离，保温作用，但是它不能满足现在的铸造生产发展的要求，因为稻草灰在作为铁水覆盖剂时存在一些问题，尽管稻草灰对熔渣以及氧化的杂质具有良好的聚集作用。但是因为稻草灰的结构松散，几乎没有强度，因此，其所形成的覆盖层是松散状结构，既不便于扒除，而且浇注中又很难阻挡，少数松散的小块聚集物也容易随着铁水浇入到铸型当中。且由稻草灰形成的覆盖层气密性特别差，这导致铁水难以与空气有效地隔离开来。特别是不能很好的阻止铁水中易挥发元素的蒸发作用，这在球铁的生产过程中这种现象尤为明显。稻草灰覆盖剂刚加到铁水表面时保温作用比较好，但是因为稻草灰在高温下会很快的被燃尽导致覆盖层的面积缩小，厚度减薄，从而导致其保温作用在短短的时间内发生明显的下降。稻草灰覆盖剂加到铁水表面上时，因为热气流的缘故，导致其灰尘飞扬，会产生严重的生态问题，恶化作业环境;

作为同是传统型覆盖剂的珍珠岩覆盖剂所形成的覆盖层不仅具有良好的聚集熔渣的作用而且能够氧化杂质，并且珍珠岩覆盖剂形成的覆盖层能够形成具有一定强度的一整块浮在铁水表面，这样浇注是不需要挡渣子，并且扒渣子的时候既方便又干净，保持了铁水的纯净。而且珍珠岩覆盖剂形成的覆盖层具有隔离作用，这个隔离作用虽热对于灰铸铁来说其效果不易察觉，可是却在球铁生产的过程中效果更为明显，由此可以看出珍珠岩覆盖剂对于防止球化衰退的作用是十分显著的。珍珠岩作为覆盖剂需要对预热温度，颗粒大小，加入量进行确定，如果不预热的话，因为珍珠岩珍珠状裂缝中存在结合水，急速加热时会发生炸裂和粉化，对颗粒膨化和覆盖层的结构均产生不好的影响。珍珠岩的颗粒大小主要是对膨化作用有显著的影响，而加入量如果过多，会导致部分颗粒未膨化从而导致该颗粒起不到覆盖作用，甚至部分的颗粒还会在浇注时落入铁水中从而浇入铸型，形成铸件缺陷。这也是使用珍珠岩覆盖剂时需要注意的地方[5]。

3 新型铁水包覆盖剂

珍珠岩-烟尘混合型铁水覆盖剂具有较好的聚渣、挡渣效果、保温性能、遮光性能，能延缓球化的反应时间。其中，烟尘的组分能有效消弱粘包现象，相较于传统珍珠岩覆盖剂，挡渣效果明显提升。珍珠岩-烟尘混合型覆盖剂的组分中，烟尘可以与高温铁水反应，放出热量，提高保温效果。该混合型覆盖剂的操作工艺简单，成本低廉，且对铁水质量无影响。在技术，经济，环保三个方面有显著的成效[6]。

粉煤灰在保温、聚渣方面具有优良的作用，使用后处理简单，可作为灰铸铁、球墨铸铁等工程的铁水包覆盖剂。粉煤灰含有30%～70%的空心微珠。空心微珠属于超轻质高级耐火材料，具有极小的容重与较低的导热系数、导温系数，隔热效果较佳，能减慢热量散失，起到良好的覆盖保温作用，延长保温的时间。空心微珠是具有耐高温的特性的一种光滑玻璃体，不易粘带杂质，破碎脱落时呈块状，而且其属于非金属无机物，在高温情况下不会产生烟、气、味等对环境有污染的物质。粉煤灰中含有大量空心微珠，且其是一种无价值废弃物，使用时可以不必细致挑选。

AGB型铁水覆盖剂的主要成分有稻草灰，珍珠岩，空心微珠和碳化稻壳等。对照覆盖剂应该具备的性能要求，经工艺优化研制出了AGB-I型和AGB-II型两种铁水覆盖剂，且都具有聚渣、气密与优良的保温性能。在应用方面[3]，AGB型覆盖剂的聚渣、气密与保温性能较优于稻草灰和珍珠岩的铁水覆盖剂，而且具有操作方便，原料广泛，无毒无味，成本低的优点[7]。

高炉铁水复合保温覆盖剂的主要是利用石灰石、镁橄榄石、蛭石、珍珠岩以及廉价的碳化物为主，搭配其他的发热剂和隔热材料，在铁水的表面形成一种多孔的覆盖结构，起到保温隔热，降低温度散失，在一定程度上减少了增碳，降低了硫含量，这个此复合型保温覆盖剂对多孔保温层的结构进行了分析，应用时保温效果明显，使用成本降低[8]。

粘土粉铁水覆盖剂作为铁水覆盖剂具有良好的保温性能和集渣性能，有污染小，成本低等特点，对铸铁机械性能无影响。其中保温性，聚渣性和覆盖性较优于稻草灰型覆盖剂。其主要成分粘土粉是一种高效、低廉、易获得、使用简单方便的材料。粘土粉在铁水表面形成的覆盖层粘结性强，气密性好具有良好的聚渣熔渣、氧化杂质、减少铁水与空气的接触面积等作用，还具有较优的保温性能，使良品率提升了5%。且粘土粉的来源广，扒渣方便又干净，简化了原材料种类，便于管理[9]。由于稻草灰作铁水覆盖剂时，覆盖松散，会产生“烟柱“，热量散失较大。使用粘土能有效消除“烟柱”，同时还能减少热辐射。粘土只需干燥，即可直接作为覆盖剂，无需再加工，使用简单方便。浇筑完毕后，能整块扒除，无烟，有少量灰尘，不会深度污染劳动环境[10]。

4 总结与展望

保温覆盖剂，是大部分钢铁工厂生产中的重要材料之一，其作用就是使铁水在停留、运输、浇注等过程中能够减少温降、隔绝空气、保证铁水不被二次氧化。优良的保温效果是节约能源、增加废钢的实用程度，同时降低成本的一个重要途径。自从保温覆盖剂的应用以来，为了能够更好的适应生产工艺发展的需要，其种类不断更新换代。

近些年来，随着生产规模和能力的不断增大、生产工艺的进步、包内容量逐渐增多，使得钢铁液在包内停留的时间不断延长。为了满足后续的工艺要求，所以必须大量使用保温剂，以保持包内钢铁液的温度和质量。但当前主要使用的都是成本较高的以碳化稻壳和新开发的蛭石和膨胀石墨为主的覆盖剂，所以如今寻求一种新型保温剂来丰富保温剂的品种，且降低其生产成本[11]。因为隔热保温与吸附的功能不是能够很好完善，所以便成为了铁水包覆盖剂开发的瓶颈。为了打破瓶颈，尽管近年开发出珍珠岩-烟尘混合型、粉煤灰型、AGB型、复合型、粘土铁粉型等包覆盖剂的长处得到充分的发挥， 但这些新型铁水包覆盖剂也有各自明显的缺点，目前并没有进行工业化的大规模应用。随着科技进步钢铁企业的发展对于铁水包覆盖剂的研究还在不断尝试，不断创新，相信不久的将来铁水包覆盖剂研究会克服现阶段的各种问题，成为新型、节能、绿色、环保的工业化产品。

参考文献：

[1]张权，李晓怡，王皖红，林瑶，张湘渝.集渣覆盖剂的发展现状与新型非金属集渣剂的开发研究[J].资源环境与工程，2007（06）：723-726.

[2]王振雄.三钢100t铁水包的管理与实践[J].福建冶金，2019，48（01）：22-25.

[3]徐国涛，蔡进民，胡兴宝，张洪雷. 高炉铁水复合保温覆盖剂的研究与应用[A]. 中国金属学会能源与热工分会.2006全国能源与热工学术年会论文集[C].中国金属学会能源与热工分会：中国金属学会，2006：4.

[4]李美蓉，陳建明，胡长华.AGB型铁水覆盖剂[J].安徽工学院学报，1991（02）：27-31.

[5]珍珠岩应用试验研究组.新型铁水覆盖剂——珍珠岩的研究和应用[J].铸造，1984（06）：31-35.

[6]李宏.珍珠岩-烟尘混合型铁水覆盖剂[J].机械工人（热加工），1992（02）：9-10.

[7]韩杰.粉煤灰作铁水保温覆盖剂[J].现代铸铁，1986（03）：32.

[8]徐国涛，蔡进民，胡兴宝，张洪雷.铁水罐用铁水复合保温覆盖剂的研究与应用[J].武钢技术，2012，50（03）：1-3.

[9]蒋小华.介绍一种新的铁水覆盖剂[J].机械工人（热加工），1990（02）：28.

[10]荣志军.用白泥作铁水覆盖剂[J].机械工人，1985（02）：37.

[11]王洋.开发新型铁水保温剂的研究[D].辽宁：东北大学，2007. DOI：10.7666/d.Y1222302.

基金项目： 1. 2021年陕西省教育厅专项科研计划项目（项目号： 21JK0739）; 2. 2021年陕西省大学生创新创业训练计划（项目号： S202113679017）.

作者简介：

冯璐（1986），男，汉族，陕西西安人，讲师，主要从事固废资源化利用和钢铁数值模拟技术。