Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料（简称ASC铁沟浇注料）是以Al2O3、SiC、C为基础所组成的不定形耐火材料，因其优异的物理化学性质而在高炉出铁沟等位置普遍使用。但是随着大型、高压高炉的发展潮流，出高炉铁水的温度上升、流量和流速提升，单次出铁时间增加，这也使得出铁沟的服现役变得更为极端。因而，提升铁沟料的使用性能已经成为炼铁用耐火材料技术革新中的一个重要挑战。

1、ASC铁沟浇注料目前存在的问题

ASC铁沟浇注料目前有三个比较突出的问题：一是伴随着出铁沟服现役条件的更进一步极端，已有铁沟料配方的性能已渐渐不能满足需求;第二是耐火原料成本更进一步增涨限制了铁沟料中高成本原料的使用;三是现在主流的铁沟料碳源为球沥青，其对环境的污染大，不符合社会的绿色化发展要求。

2、对于目前问题的解决思路

为了解决材料的特性不够及原料的成本问题，需要在控制成本的前提下提升铁沟料的高温性能。而为了达到这个目的自然而然有两种思路，一是减少材料高温使用时的高效液相;第二是提升材料高温使用时的有利相。按照这个思路，在本文先通过提升硅微粉的纯净度减少高温高效液相的产生，然后通过引入成本较低的氮化硅-氧氮化硅复合粉提升高温有利相的生成。而为了减少球沥青的使用以满足环保的要求，在本文又引进了一类改性材料焦作为铁沟料碳源，并对比了不一样碳源配方对铁沟料性能的影响。

2.1硅微粉的作用以及相关实验设计方案

除开减水剂之外，低水泥浇注料的特点主要通过超微粉碎来提升的，在其中常见的就是硅微粉和铝微粉。硅微粉的SiO2成分通常是在85wt%～95wt%中间，具备粒径小、构造不定形、活力高、价格实惠的优势，非常容易填充料里的微小孔隙，将导入到浇注料中能改善流通性以促进烧结。在成为硅微粉的浇注料凝结后，硅微粉外表面所形成的硅醇基经干燥脱水而形成硅-氧网络架构。此硅-氧键不仅不会伴随着湿度的上升而出现破裂(直至1200℃之上)，抗压强度反而会逐步增加。因而，伴随着硅微粉相对含量提升，低水泥浇注料的烘干处理抗压强度一般而言也会逐渐提升。除此之外，硅微粉与Al2O3高温环境还会继续反应生成莫来石，进而产生体积效用，可相抵浇注料的那一部分体积收缩，这一般而言有益于材料的特性，因而这是出铁沟浇注料中一类至关重要的超微粉碎。

但硅微粉添加太多，不但二氧化硅和铝酸钙水泥产生的钙黄长石等低熔相聚增加，引进的钾、钠等杂物会增加;针对常见硅微粉，因其纯净度不够，还会导致含碱土金属残渣低粘度高效液相的大量形成，而这些高效液相的形成都将导致材料持续高温性能的降低。现阶段，主要是用氧化铝微粉代替一部分石英粉以提高原材料的整体性能，早已取得了良好的实际效果。可是，仅使用铝微粉的浇注料不仅成本较高且由于粘度较大而使用效果不好，因而要进一步减小石英粉的负面作用必须别的思路。

石英粉有着不同的纯度与粒度，因而挑选类型的石英粉很有可能提高原材料的整体性能。所以在本文先通过挑选更适合的石英粉减少高温环境高效液相的形成，并探讨了类型石英粉成分对铁沟料的影响。

2.2氮化硅粉的作用及相关实验设计

为增加铁沟料持续高温时有益相形成，李朝云与涂军波等人在原料中引入了高纯氮化硅粉，发现其与原料中别的成分反应生成了SiAlON相且出现了逆氮化硅，进而提升了原材料的抗渣及力学等特性，可是高纯氮化硅的成本较高，限制了其大规模的工业使用。为了解决高纯氮化硅的高成本问题，惠先磊等向铁沟料中引进价格较低廉的氮化硅铁。结果显示，带有相应氮化硅铁的出铁沟浇注料具有较好的持续高温拉伸强度和高温抗氧化，并具有较好的静态数据热膨胀性能。但是，在强氧化和热冲蚀同时作用的部位，含氮化硅铁浇注料的应用效果不佳。

所以在本文使用一种新型的氮化硅-氧氮化硅复合粉体以替代原配方中的碳化硅粉。此复合粉体为还未氮化的硅和碳化硅，对工艺条件的需求比较低，因而成本也较高纯氮化硅低。根据XRD分析知其主要成分是Si2N2O、Si3N4、Si和SiC。根据化工分析，还能够发现其粉末中有害残渣要素的成分比较低，因而，残渣元素对铁沟料的危害较小。

复合粉体的主要成分中，硅是ASC铁沟料中常用的抗氧化剂;碳化硅是ASC铁沟料的基本组成之一;氮化硅对铁沟料抗压强度性能和热膨胀性能的增强已经为研究所证实。而氧氮化硅是一种高硬度、高强度、高分解温度(1800℃左右)物质，具有良好的抗氧化能(与β-Si3N4相当)及抗腐蚀特性。值得一提的是，在1400℃左右，Si2N2O与Al2O3可以固溶形成O'-SiAlON，而O'-SiAlON材料也具有非常好的抗氧化能与耐熔融稀有金属腐蚀能力。因此本复合粉论的添加本质上还可以在节省成本的前提下，有效提升铁沟料的多种特性，如抗氧化能、抗腐蚀特性，对设备持续高温抗压强度也有可能有益。

因而，在本文先是根据实验选取合适的复合粉体使用量以获得更为良好性能，随后对比了含复合粉/高纯氮化硅粉/氮化硅铁粉样品的持续高温拉伸强度与热膨胀性能，期待可以对工业应用提供更多参考。

2.3球沥清的作用及相关实验设计

对于环保的要求，主要体现在球沥清的应用上。球沥清时常用以需碳水系浇注料中，添加球沥清的浇注料一是可以增碳以满足材料性能要求;二是沥清在较高温度下会发生软化，有助于提高材料的烘后强度;三是因为球沥青是吸水性比较好的细微球形颗粒，对浇注料的流通性有益，即对施工特性有益。可是沥清伴随着温度升高会释放出来有害物质而破坏环境、影响健康，因此需要探寻一类无害碳素材料在保证铁沟料总体特性基本不会改变的前提下，取代或者部分取代球沥清的应用。

为了寻找合适的取代氮源，樊海兵等使用过鳞片石墨、赵臣瑞等使用过造粒石墨，而刘根等使用过炭黑，可是石墨的吸水性差而炭黑的比表面太大，具体使用效果都不是很好。为进一步提升石墨的吸水性，MasoudifarS等人和MukhopadhyayS采用了表层涂覆工艺，陈玉龙等采用了材料改性加工工艺，都已经已经取得了一定进度;李赛赛等应用新技术制取碳微球做为铁沟料氮源，也取得了一定成效。不过这些方式不但因为加工工艺比较复杂进而产品成本提升，并且引进的涂覆或改性材料化学物质又很有可能劣变别的特性，此外大批量生产的时候也无法保证商品质量稳定，因此目前还没有获得规模性工业领域。