本文针对重钢脱硫喷枪炉龄比较低,极大影响脱硫设备处理铁水能力和严重浪费耐火材料资源的问题进行了实验室和工业生产性的研究。首先实地考察了重钢现场脱硫喷枪的工作环境和损毁现象;进而设计了脱硫喷枪用浇注料的改良方案,研究了浇注料关键组分对其性能的影响,优化了其成分配比;针对改进前后的浇注料进行了对比实验,分析了脱硫喷枪用浇注料损毁的原因以及高温使用性能提高的原因,并将改进后的耐火浇注料进行了工业性试用。借助X射线衍射、偏光显微镜、相图和Materials studio软件对耐火材料进行了检测、研究和开发等工作,得到了以下结论:1.在添加Al2O3和SiO2微粉对浇注料的烧结性能和莫来石化的影响实验研究中发现,加入Al2O3和SiO2微粉均有利于试样的烧结。无定形态SiO2微粉的纯度越高,试样的莫来石生成量也越高。2.在添加尖晶石微粉改善耐火浇注料性能的实验研究中发现,平均粒径为1μm ,原料的烧结性显著提高。Al2O3/MgO比为75/25,粒径为1μm的尖晶石微粉应用于浇注料,耐渣渗透性将大幅度地提高。3.在添加446#钢纤维改善耐火浇注料性能的实验研究中发现,试样的韧性指数随钢纤维的含量增加而增大,当钢纤维的含量超过2%,钢纤维长度的不同对浇注料的韧性影响不同,35mm长的钢纤维比25mm长的钢纤维的效果要好;普通浇注料和低水泥的浇注料的抗冲击性都随钢纤维的含量增大而增大,其中影响效果较好的是低水泥的浇注料;446#钢纤维在浇注中的适宜用量为1%～1.5%。4.耐火浇注料经改良后,试样的抗热震性能有显著的提高。渣线部位试样的抗热震次数平均为52次,非渣线部位试样的抗热震次数平均为61次,而在改良前试样的抗热震次数平均仅为33次。抗热震稳定性不够好主要是因为试样中含有一些不稳定矿相,当其向稳定矿相转变时产生了比较大的体积变化,引起了组织应力,并且实际生产作业中使喷枪产生的温度梯度导致了热应力,二者的共同作用在其局部产生了很大的集中应力,致使裂纹萌生并扩展。5.耐火浇注料经改良后,抗渣侵蚀性能有显著的提高,试样平均侵蚀深度为1.11mm,侵蚀面积为189mm2 ;而在改良前的试样,平均侵蚀深度为2.83mm,侵蚀面积为260mm2。被侵蚀的主要原因是渣浸入了浇注料内部且和浇注料发生一系列物理化学反应,生成了新的低熔点矿物CAS2(钙长石)、C2AS(铝方柱石)、KAS2(钾霞石)、KAS6(钾长石)等。这不仅增加了液相量,而且在这些反应中还伴随较大的体积效应,从而导致材料的熔蚀、剥落等损坏。6.通过试样的结瘤实验研究发现耐火材料表面生成了玻璃体物质。喷枪在喷吹时,枪头部分的铁水温度有很大地下降,于是脱硫粉剂和铁水的混合物就粘结在枪头,结瘤越结越紧,最后几乎堵住枪口,枪头在高压气体的推力下形成穿孔。按照对脱硫喷枪改良的成果,在重钢股份公司炼铁厂四高炉进行了试生产。喷枪改进后使用平均炉次由30次提高到50多次,使用时间由212.2min提高到498.6min。实现了脱硫生产中计划换枪,对提高脱硫设备处理铁水能力及降低生产成本有很大作用,具有良好的经济效益。