当前刚玉-尖晶石材料是钢包工作衬的首选材料，其中刚玉-尖晶石浇注料、预制块是刚玉-尖晶石使用的主要形式。一方面，由于预制块与浇注料生产过程中引入SiO2在高温状态下形成液相影响材料高温性能；另一方面，由于浇注料浇注过程施工影响，烘烤后易产生裂纹，影响材料的抗渣渗透侵蚀性能，刚玉-尖晶石砖在欧美国家也得到应。

HIsmelt是一种直接熔融还原的炼铁工艺，该工艺可直接熔炼经预热处理的铁矿粉和其他含铁原料；喷吹煤粉作为系统的还原剂及热量来源。该工艺是一种完全摆脱焦炭和烧结球团矿的熔融还原炼铁工艺，工艺核心技术是熔融还原炉(SRV)；且耐火材料应用环境与高炉有较大不同，渣、铁混合"涌泉"对耐材的磨损、侵蚀能力极强，且有温度波动，因此，研究HIsmelt还原炉内用耐火材料蚀损机理、提高耐火材料的使用寿命成为了研究的重要工作。由于铝尖晶石材料的综合性能优势，其在 SRV炉熔池也得以应用。

本研究基于钢包用刚玉-尖晶石砖的基础工艺，根据钢包的应用情况及SRV的应用环境开展了性能调控研究，研究了不同刚玉骨料、尖晶石引入形式及活性MgO的引入、微粉Al2O3加入量及超微粉对产品性能的影响，优化提升了材料的综合性能；研究出了适宜于SRV环境下的尖晶石砖的理想工艺。通过对比试样的显气孔率、体积密度、常温耐压、高温抗折强度、抗热震性能、抗渣性，结果表明：尖晶石添加量在20%左右刚玉-尖晶石砖的各项性能指标优良；活性氧化镁的加入量有效改善了材料的重烧性能，骨料使用板状刚玉和白刚玉复合的热震性能优于棕刚玉结合试样。通过对超细粉体材料的研究及原位尖晶石的形成，提高了材料抵抗SRV铁渣侵蚀的能力；抗渣后在侵蚀层形成铁镁铝尖晶石、钙铝黄长石矿物相，铁镁铝尖晶石、钙铝黄长石矿物相形成之后，起到填充与堵塞孔缝的作用，抗渣性能良好。

 抗渣试验表明：HIsmelt SRV环境下，新型刚玉-尖晶石砖基质中，刚玉以5μm形态存在、镁铝尖晶石以1~2μm形态填充在刚玉之间抵抗SRV渣时，以镁铝尖晶石为抗侵蚀主要物相，侵蚀层中以铁镁铝尖晶石、钙铝黄长石为主要新生成晶相，渗透层以霞石为新生成物相。铁镁铝尖晶石的形成抑制了铁的侵蚀，钙铝黄长石、霞石的形成抵抗了Ca与Si、Na的渗透。 

专家简介

蔡国庆，工程技术研究员，山东耐材集团鲁耐窑业有限公司副总经理，山东钢铁、山东耐材首席专家。30余年来一直从事耐火材料的研发、生产工艺质量控制、标准化及市场服务、产品应用研究等工作，擅长于铝硅系及其复合材料技术领域的产品创新、生产及应用管理。