目前，爐外精煉技術在現代鋼鐵生產中已成為不可缺少的重要環節，在增加鋼材品種、改善鋼材質量等方面，日益顯示出其優越性。爐外精煉工藝采用底吹氬技術，能均勻鋼水成分和溫度，促進鋼水精煉的物理化學反應。透氣磚是底吹氬工藝中最關鍵的功能元件，狹縫式透氣磚為最通用的結構形式，剛玉-尖晶石、鉻剛玉-尖晶石、鉻剛玉是被普遍選用的材質。

　　高吹通率、免吹氧清掃，以及與鋼包襯或包底使用壽命同步是透氣磚研究追求的目標。近年來，對于磚芯的研究已經比較多，但是對透氣座磚的研究很少。目前透氣座磚被損毀的主要原因是鋼水和鋼渣的沖刷及熱脹冷縮導致其開裂、剝落，更嚴重的情況為座磚出現貫通的十字開裂現象。對此，有研究人員對比分析了88級富鋁尖晶石細粉和正尖晶石細粉對剛玉-尖晶石質透氣座磚性能的影響，以期對研發、生產出更好的透氣座磚提供支持。

　　對比試驗

　　原料的選擇。試驗澆注料選用板狀剛玉（粒度為10mm~5mm、5mm~3mm、3mm~1mm和≤1mm）為骨料，以板狀剛玉細粉（粒度≤0.074mm）、高純88級尖晶石細粉（粒度為≤0.074mm）、正尖晶石細粉（粒度為≤0.074mm）、氧化鋁微粉（D50=2.0?滋m）為基質，以鋁酸鈣水泥作結合劑，添加一定量的446#鋼纖維以提高其熱震穩定性，加入適量分散性氧化鋁ADS3和ADW1作減水劑。兩種尖晶石原料都是采用電熔法制備而成，二者的XRD（X射線衍射）圖譜衍射峰位置和數量相同，而峰的強度有所不同。

　　試樣配比及制備。澆注料顆粒與基質的比例為70：30，用富鋁尖晶石細粉（≤0.074mm）替代板狀剛玉細粉，其替代量分別為0、3%、6%、9%；以正尖晶石細粉替代板狀剛玉細粉，替代量分別為3%、6%、9%。

　　試驗過程。將混好的料澆注成40mm×40mm×160mm的條樣，于35℃下養護24小時脫模，經110℃環境下24小時烘干，將烘干后試樣分別經1000℃環境下3小時和1650℃環境下3小時燒后測定其常規物理性能。用水冷法測試110℃環境下24小時、1000℃環境下3小時和1650℃環境下3小時燒后試樣的抗熱震性（熱震溫差為1100℃、水冷3次），用熱震后殘余強度保持率（殘余強度保持率=試樣熱震后抗折強度/試樣熱震前抗折強度×100%）來評價材料的抗熱震性。

　　試樣的抗渣性檢測如下：將各組試樣制成中心帶有?準30mm/?準25mm×30mm孔洞的70mm×70mm×70mm的方塊，放入一定量的鋼渣，在高溫重燒爐內加熱至1650℃保溫3小時，在爐內自然冷卻到室溫后縱向切開，對比試樣的侵蝕和滲透情況。

　　結果與討論

　　尖晶石細粉添加量對常溫性能的影響。研究人員以純剛玉質澆注料為基礎，分別添加3%、6%、9%的88級尖晶石細粉（≤0.074mm）和正尖晶石細粉的澆注料試樣的抗折強度和耐壓強度的變化規律，試樣的處理溫度分別為110℃環境下24小時、1000℃環境下3小時和1650℃環境下3小時。

　　由88級尖晶石細粉添加量對試樣常溫抗折和耐壓強度的影響、正尖晶石細粉添加量對試樣抗折和耐壓強度的影響可知，隨著兩種尖晶石細粉添加量的增多，試樣經110℃環境下24小時和1000℃環境下3小時處理后的抗折強度和耐壓強度呈下降趨勢。而添加88級富鋁尖晶石的試樣經1650℃環境下3小時處理后的抗折強度和耐壓強度呈先上升后下降的趨勢，但是添加9%的88級富鋁尖晶石細粉的條樣經1650℃環境下3小時處理后的抗折強度和耐壓強度比純剛玉質條樣的高；添加正尖晶石的試樣經1650℃環境下3小時處理后的抗折強度和耐壓強度呈逐漸上升趨勢。

　　從1650℃環境下3小時燒后的強度看，隨著兩種尖晶石加入量增加，試樣的燒結性都能明顯改善，促使試樣高溫處理后的常溫強度明顯增大。其中正尖晶石促進燒結的效果更佳明顯。

　　從尖晶石細粉添加量對體積密度和線變化率的影響可知，兩種尖晶石的添加對不同溫度的體積密度和線變化率的變化規律相同。兩者的區別主要是高溫處理后，尖晶石細粉添加9%時，正尖晶石條樣較富鋁尖晶石的體積密度大，線變化率小。

　　結合尖晶石的添加量對體積密度及線變化率的影響。研究人員分析認為：試樣在澆注成型過程中，隨著尖晶石加入量的增加，澆注料的黏度增大，為保證其相同的流動性，加水量略微增多，導致試樣經110℃環境下24小時處理后水蒸氣逸出留下的空隙增加，導致試樣在110℃環境下24小時的抗折強度下降、體積密度下降。

　　由于尖晶石和剛玉膨脹系數不一致，在冷卻過程中會在尖晶石及剛玉的周圍產生一些微裂紋，而裂紋使試樣冷卻后的強度下降，致使高溫處理后試樣的常溫強度隨著尖晶石加入量的增加有下降影響；加上尖晶石與Al2O3的固溶反應，這兩方面共同作用的結果，致使添加正尖晶石和添加富鋁尖晶石時，試樣的常溫抗折強度和耐壓強度變化不同。數據表明，正尖晶石的固溶反應較富鋁尖晶石強。

　　尖晶石細粉添加量對抗熱震性的影響。從兩種尖晶石細粉添加量對試樣1100℃水冷3次后強度保持率的影響可知，含兩種尖晶石的試樣抗熱震性變化規律相同，隨著兩種尖晶石添加量的增多，試樣抗熱震性呈現出不同變化。從抗熱震性看，富鋁尖晶石細粉添加量為9%時最好。

　　尖晶石細粉添加量對抗渣性的影響。從靜態坩堝法抗渣試驗后坩堝試樣的剖面可以看到，隨著兩種尖晶石添加量的增多，侵蝕的深度逐漸減薄，抗渣性明顯改善，當添加9%的兩種尖晶石細粉的抗渣性都較好。分析認為，添加尖晶石細粉后，尖晶石與剛玉細粉及氧化鋁微粉發生燒結，致密度提高，抗渣滲透性增強。同時尖晶石消耗渣中的CaO及FeO，使渣的黏度提高，且低熔物黏附于澆注料與熔渣的界面上，從而又阻止了熔渣向澆注料中滲透。

　　應用與實踐

　　剛玉質透氣座磚在國內某鋼廠電爐150噸鋼包中使用時，經常出現異常剝落，使磚芯高于座磚后斷裂，使磚芯提前見警示標記，導致無法達到鋼包小修爐齡而提前下線，嚴重影響鋼包的正常運轉，增大其他耐火材料的損耗，提高噸鋼的生產成本。現在選用純剛玉質、添加9%正尖晶石的剛玉-尖晶石質座磚和添加9%88級富鋁尖晶石的剛玉-尖晶石質座磚，透氣磚芯不變，在該廠電爐150噸鋼包內對比試驗。精煉設備為LF+VD（鋼包精煉爐+真空精煉爐），底吹率為100%，底吹氬時間為LF60分鐘+VD60分鐘。純剛玉質座磚使用壽命為15次~16次；選用添加9%正尖晶石細粉的配方使用壽命為18爐~19爐；選用添加9%富鋁尖晶石細粉的配方使用壽命為22爐~24爐，使用壽命較純剛玉質延長7爐~8爐、較正尖晶石的延長4爐~5爐，座磚異常剝落現象明顯降低。

　　兩種尖晶石對剛玉尖晶石澆注料試樣常溫性能的影響規律相同，隨著尖晶石細粉添加量的增多，110℃環境下24小時和1000℃環境下3小時處理后的抗折強度和耐壓強度是逐漸下降的，體積密度也是逐漸下降的；1650℃環境下3小時的線變化率是先上升后下降的；隨著尖晶石添加量的增多，抗渣性會逐漸改善；正尖晶石的燒結性較富鋁尖晶石強，導致1650℃環境下3小時處理后正尖晶石試樣的抗熱震性較含富鋁尖晶石試樣差。

　　在國內某鋼廠電爐150噸鋼包中使用時，富鋁尖晶石添加量為9%的配方澆注料的使用壽命，較純剛玉質透氣磚延長7爐~8爐，較正尖晶石延長4爐~5爐。