鐵水溝用耐火材料的現(xiàn)狀及高鋁碳化硅磚實驗分析

目前，國內(nèi)外用于高爐出鐵溝不定形耐火材料主要為Al2O3-SiC-C質(zhì)，其他還有莫來石-碳化硅-碳質(zhì)、氧化鋁-碳質(zhì)、鎂鋁尖晶石質(zhì)等，所用結(jié)合劑也有無機(jī)和有機(jī)多種類型。

（1）德國小型高爐出鐵溝，一般采用含碳化硅搗打料。大型高爐出鐵溝，一般采用化學(xué)結(jié)合Al2O3-SiC-C質(zhì)搗打料，有時摻加Si3N4以增強(qiáng)抗氧化性和耐侵蝕性。近年來，德國也引進(jìn)和開發(fā)了出鐵溝用Al2O3-SiC-C質(zhì)澆注料和干式振動料。

（2）法國的高爐出鐵溝一般也使用Al2O3-SiC-C質(zhì)澆注料，而后在其基礎(chǔ)上又研制出了一種自流澆注料，使主出鐵溝工作襯壽命大幅度提高。

（3）美國高爐出鐵溝用耐火材料也取得了很大發(fā)展，研制出了各種搗打料、干式振動料和澆注料，其中Al2O3-SiC-C質(zhì)澆注料使用效果好。主鐵溝在使用這種澆注料后，在不修補(bǔ)的情況下，通鐵量達(dá)15萬t，若按計劃修補(bǔ)，通鐵量可達(dá)40萬t。

（4）日本幾乎所有高爐出鐵溝都使用Al2O3-SiC-C質(zhì)澆注料，但部分小高爐出鐵溝仍使用礬土或合成莫來石-碳化硅-碳質(zhì)搗打料，還有部分高爐出鐵溝，因局部損壞而全面拆除的不經(jīng)濟(jì)而采用熱態(tài)噴補(bǔ)修理。表3-90為日本高爐出鐵溝用澆注料和振動料的性能。耐火澆注料一般采用結(jié)合黏土作結(jié)合劑，也有用鋁酸鹽水泥或磷酸鹽的。據(jù)河南耐火材料廠專家介紹，近年來，隨著一批大、中型高爐在我國的相繼建成，出鐵溝用耐火材料在國內(nèi)獲得大量、廣泛的研究，得到長足的發(fā)展，其生產(chǎn)、使用水平接近于世界發(fā)達(dá)國家。

（5）我國中小型高爐出鐵溝，一般采用以黏土、碳化硅、石墨或焦粉和瀝青等配成的耐火搗打料。而大型高爐則采用以電熔剛玉、碳化硅、少量金屬硅和金屬鋁粉以及適量的促凝劑和解膠劑等高級原料配成的澆注料。我國大型高爐（容積4063m3）采用從國外引進(jìn)的Al2O3-SiC-C低氣孔髙密度澆注料，主要原料選用致密電熔剛玉、碳化硅、添加少量金屬硅、金屬鋁粉和一定量的促凝劑、解膠劑等。我國某研究院研究了高爐出鐵溝澆注料，他們以棕剛玉為主要材料，適當(dāng)配入SiC、炭質(zhì)材料、黏土、高鋁水泥、超微粉和外加劑制成出鐵溝澆注料，其配比為：棕剛玉60%-80%，SiC10%-30%，黏土1%-5%，高鋁水泥2%-5%，超微粉1%-5%，外加劑0.3%-1.0%。該澆注料原料易得，成本低廉，施工方便，使用壽命長。

高鋁碳化硅磚在鐵水溝應(yīng)用的實驗分析

高鋁碳化硅磚是以碳化硅(sic)為主要原料,根據(jù)要求配以各種結(jié)合劑,經(jīng)高壓成型，剛玉碳化硅磚制品具有良好的熱穩(wěn)定性和較高的導(dǎo)熱系數(shù),且耐腐蝕性好,是工業(yè)窯爐理想的節(jié)能材料，主要用途:用于熱外理爐、實驗室馬弗爐、玻璃退火爐、搪瓷燒結(jié)爐、擴(kuò)散爐及各種窯爐的棚板及隔焰材料等。

面對現(xiàn)在社會鋼鐵的需求量的不斷增長，也隨著生產(chǎn)設(shè)備的大型化，高爐出鐵溫度的提高，出鐵量增加，出鐵時間延長。因此，高爐鐵水溝的使用條件十分苛刻。傳統(tǒng)的出鐵溝耐火材料被剛玉、碳化硅、石墨等材質(zhì)所取代。為了滿足高爐鐵水溝耐火磚的使用，通過分析對比試制高鋁碳化硅磚。

鐵水溝耐火磚在之前使用的是高鋁磚，但是發(fā)現(xiàn)高鋁磚的蝕損與鐵水中C有關(guān)，在此基礎(chǔ)上，分析了高鋁磚的蝕損過程，鐵水中的C含量對磚蝕損的影響，并通過實驗發(fā)現(xiàn)被蝕損的高鋁磚大致可分為3層，表層為鐵水粘附層，里層為原磚層，兩者之間為厚度約2mm的多孔變質(zhì)層。變質(zhì)層主相是小于100μm的結(jié)晶物，顯微結(jié)構(gòu)中殘存有大量大于100μm的氣孔，但沒有觀察到Fe。從變質(zhì)層/原磚界面可以看出，原磚部為AL2O3-SiO2質(zhì)即莫來石顆粒。變質(zhì)層中長度為100μm的柱狀顆粒是剛玉，柱狀顆粒間的組成物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)是AL2O3-SiO2-FeO玻璃相�？梢耘袛�，這些組成物是莫來石骨料在侵蝕過程中與鋼水成分反應(yīng)所形成的。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生與鐵水中是否含有C有關(guān)，也就是說，鐵水中如果含有C，AL2O3-SiO2-FeO系玻璃相在SiO2成分還原消失的同時，F(xiàn)eO也被還原成金屬Fe，殘存的AL2O3作為剛玉晶體被析出。分析高鋁磚與鐵水的侵蝕試驗結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：高鋁磚與1650℃鐵水接觸5h后，磚體表面生成變質(zhì)層，變質(zhì)層由剛玉顆粒和填充在顆粒間的SiO2-AL2O3-FeO玻璃相組成：高鋁磚在被鐵水蝕損過程中，鐵水中不含C，則莫來石骨料溶解生成SiO2-AL2O3-FeO玻璃相，鐵水中含C的情況下，則這種玻璃相被C還原，生成剛玉和金屬Fe。因此鐵水中的C元素對高鋁磚的侵蝕影響更是縮短了高鋁磚的使用壽命，

我們通過再一次的實驗生產(chǎn)了高鋁碳化硅磚，選用了一級高鋁礬土熟料，灰剛玉和SiC含量為94%的碳化硅砂和碳化硅粉為原料。選用紙漿廢液做結(jié)合劑。為了防止碳化硅的氧化，選用了三種不同的氧化劑均取得了一定的效果。

根據(jù)鐵水溝對耐火材料的要求，高鋁碳化硅磚應(yīng)具有良好的熱震穩(wěn)定性、抗鐵水沖砂及耐侵蝕性。約80%以上的磚單重都超過50Kg，故此應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大顆粒的極限尺寸。這對磚的熱穩(wěn)定性，耐沖砂和抗侵蝕性都是有益的。配料的顆粒極限尺寸為4mm，各種原料的顆粒組成見下表：

按照各種原料的配比，將原料放入混砂機(jī)中混練。為使防氧化劑等外加劑能均勻地分布在基質(zhì)中，采用預(yù)混合工藝。其加料順序為：先加入高鋁熟料、棕剛玉、SiC砂、干混5min后加入紙漿廢液，濕混2min后加混合細(xì)粉，混煉15min后出料，總計混煉22min。然后在1000噸機(jī)械壓力機(jī)，機(jī)壓成型，機(jī)壓成型的高鋁碳化硅磚體密分別為2.76g/cm3和2.75g/cm3，高鋁碳化硅磚的燒結(jié)在低溫階段，為避免坯體內(nèi)殘存水分排除過快而引起開裂，應(yīng)緩慢升溫，升溫速度為15-20℃/h。中溫階段可自由升溫。終燒成溫度為1430℃，保溫36小時，制品的氧化層厚度，表面低熔物大為減少，并充分燒結(jié)。

采用一級高鋁礬土熟料、棕剛玉、碳化硅為原料，外加少量輔助材料，生產(chǎn)的高鋁碳化硅磚在鐵水溝的應(yīng)用上取得了良好的效果，可延續(xù)型使用。

耐火材料出現(xiàn)開裂、脫落、易磨損怎么辦？想要徹底解決問題，需要從根源挖掘，分析出真正的原因，榮盛耐材從事耐材生產(chǎn)、研發(fā)服務(wù)多年，能解決高溫窯爐內(nèi)襯的各種疑難問題，歡迎廣大新老朋友咨詢及技術(shù)交流。