鞏義市孝義紅衛(wèi)粘合劑廠
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▍新聞動(dòng)態(tài)
紅柱石不燒磚原料選擇、生產(chǎn)工藝及理化性能指標(biāo)
根據(jù)紅柱石耐磨、抗侵蝕性能等特點(diǎn)，林彬蔭教授與吳畏虎于1989年對(duì)紅柱石- SiC-C磚進(jìn)行了研制，之后和鞏義市第五耐火材料總廠協(xié)作，進(jìn)一步研制與應(yīng)用。
20年來該廠已生產(chǎn)數(shù)千噸產(chǎn)品供給原首都鋼鐵公司魚雷式鐵水罐使用。使用效果明顯，在容積150t的鐵水罐(未三脫)平均往返近千次，磚尚殘留約2/3，期間未經(jīng)噴補(bǔ)。
一、主體原料的選擇
(一)氧化鋁
紅柱石-SiC-C磚的Al2O3主要來自紅柱石，但尚需引入剛玉、莫來石、特級(jí)礬土熟料等，尤其在基質(zhì)部分，添加特種抗侵蝕原料，以提高材料的致密度、耐壓強(qiáng)度和抗侵蝕性。選擇氧化鋁原料要注意以下幾點(diǎn)：
(1) 以特級(jí)高鋁礬土為主體原料生產(chǎn)的特等高鋁磚，雖然其強(qiáng)度較高，但在使用中更容易引起結(jié)構(gòu)剝落，所以高鋁礬土的使用需要注意。
(2) Al2O3-SiC-C(ASC)磚的耐侵蝕性能隨著SiO2含量的增多而下降
20年來該廠已生產(chǎn)數(shù)千噸產(chǎn)品供給原首都鋼鐵公司魚雷式鐵水罐使用。使用效果明顯，在容積150t的鐵水罐(未三脫)平均往返近千次，磚尚殘留約2/3，期間未經(jīng)噴補(bǔ)。
一、主體原料的選擇
(一)氧化鋁
紅柱石-SiC-C磚的Al2O3主要來自紅柱石，但尚需引入剛玉、莫來石、特級(jí)礬土熟料等，尤其在基質(zhì)部分，添加特種抗侵蝕原料，以提高材料的致密度、耐壓強(qiáng)度和抗侵蝕性。選擇氧化鋁原料要注意以下幾點(diǎn)：
(1) 以特級(jí)高鋁礬土為主體原料生產(chǎn)的特等高鋁磚，雖然其強(qiáng)度較高，但在使用中更容易引起結(jié)構(gòu)剝落，所以高鋁礬土的使用需要注意。
(2) Al2O3-SiC-C(ASC)磚的耐侵蝕性能隨著SiO2含量的增多而下降
(3) 混鐵車內(nèi)襯耐火材料的耐侵蝕性，受其使用部位所制約。在渣線部位，要求耐火材料具有更優(yōu)良的抗侵蝕性能。
(4) 磚縫是內(nèi)襯耐火材料砌筑的薄弱環(huán)節(jié)，鐵水、渣等易通過磚縫擴(kuò)大對(duì)磚的侵蝕，造成耐火材料砌體的損壞。
據(jù)此，含紅柱石的ASC磚，在氧化鋁原料的選擇上應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
(1) 根據(jù)混鐵車不同部位，選用不同Al2O3含量的原料(相應(yīng)SiO2含量有變化)制成多品種的耐火材料，以保持內(nèi)襯的均衡損壞。例如在混鐵車渣線部位和沖擊部位選用高鋁低硅的材料。此時(shí)，材料以抗侵蝕、抗沖刷為主，而在一般部位，材料的Al2O3/SiO2比值可降低。
(2) 選用在使用過程中能產(chǎn)生微膨脹或反應(yīng)產(chǎn)生膨脹的原料，使耐火材料在使用過程中擠緊砌縫，減弱鐵水、渣通過磚縫對(duì)磚的侵蝕。
(3) 鑒于大結(jié)晶的晶相(如莫來石、剛玉等)更有利于耐火材料耐侵蝕性，故在成本允許下，盡可能選用電熔原料。
(二)鱗片石墨
石墨的膨脹系數(shù)很小(20〜1000℃，α= 1.4 X 10-6℃)，彈性模量小(0.088MPa)，導(dǎo)熱性好(1000℃， 64W/(m·K))，故在材料中引入石墨能克服一般氧化物材料斷裂籾性差的特點(diǎn)，所以抗熱震性能纖。其抗熱震性與石墨的加入量成正比。
石墨尚有與熔渣的不潤(rùn)濕性。我們知道，爐渣滲透爐襯的途徑之一是通過毛細(xì)管，由于石墨此特性，熔渣不能進(jìn)入內(nèi)壁涂有石墨的毛細(xì)管，有效地提高了制品的抗侵蝕性能。
此外，石墨在高溫下形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對(duì)耐火材料性能有利。
鱗片石墨的選擇，要根據(jù)耐火制品使用部位不同而有不同的選擇，一般選-193 ~ - 195，含量為5% ~ 15%。
(三) SiC原料
SiC是超硬度材料之一，莫氏硬度在9.2 ~ 9.6之間，其膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱好。耐火材料中引入SiC能改善其抗熱震性，抗侵蝕，也作為抑制石墨氧化的抗氧化劑用。
SiC在CO氣氛下，其基本反應(yīng)為：
SiC(s)+C0(g)→SiO(g)+2C(s)
SiC(s)+ C0(g)→SiO2+ C(s)
綜合反應(yīng)：SiC(s)+ 2CO(g)6.png)
SiO2+ 3C(s)
從以上SiC的反應(yīng)可見：
(1) SiC的分解，補(bǔ)充了一部分的C(s)。
(2) 1mol SiC生成1mol SiO2和3mol C，反應(yīng)將導(dǎo)致產(chǎn)生3.76倍的體積膨脹，使磚體致密化，從而減少外界的氧化性氣氛進(jìn)入磚體產(chǎn)生氧化。
(3) SiC氧化生成SiO2，而SiO2熔融成薄膜狀覆在工作面上。SiO2生成量增加，從而可封閉氣孔和形成陶瓷結(jié)合結(jié)構(gòu)，阻止氧進(jìn)入磚體內(nèi)部，改善石墨的氧化性能，提高耐火制品的使用壽命。但是，SiO2的存在對(duì)耐火材料抗侵蝕不利，應(yīng)根據(jù)不同使用部位控制SiC用量。
SiC粒度，有兩個(gè)問題要考慮：(1)用來抑制石墨的氧化;(2)改善耐火制品耐剝落等性能。為此，SiC粒度既有-0.074mm的細(xì)粉，又有0.15mm的細(xì)粉。
SiC顏色有黑色綠色兩種。綠色SiC性能優(yōu)于黑色SiC，根據(jù)使用部位及成本而選擇。此外，SiC與石墨的次料，視使用部位而慎重選擇。SiC的用量，根據(jù)不同使用部位控制，一般為10% ~ 15%。
Al2O3-SiC-C磚中SiC用量與抗侵蝕性能的關(guān)系
四)抗氧化劑和特種耐侵蝕劑
除上述主體原料之外，尚添加抗氧化劑，特種耐侵蝕劑等�？寡趸瘎┯卸喾N，如金屬鋁粉、硅粉、鎂粉，非氧化物B4C、Si3N4、Cr2O3等。這些抗氧化劑除抑制石墨氧化之外，某些抗氧化劑尚有提高耐火材料強(qiáng)度的功能，從而能改善耐火材料的抗沖刷和磨損。表20-8為相同配方、相同工藝參數(shù)下的紅柱石-SiC-C 磚，加入與不加抗氧化劑對(duì)耐火材料性能的影響。
但是抗氧化劑都較昂貴，根據(jù)使用部位和耐火磚的成本而有不同的選擇。
二、 紅柱石-SiC-C不燒磚生產(chǎn)工藝要點(diǎn)
紅柱石-SiC-C磚生產(chǎn)工藝見圖20-4。由于該磚是含C耐火材料，為使攪拌混勻，宜選用強(qiáng)力攪拌機(jī)。生產(chǎn)時(shí)，所用原料要保證干燥，尤其是氧化鋁原料，生產(chǎn)前要進(jìn)行熱處理，冬季生產(chǎn)更應(yīng)注意。熱處理溫度控制在200℃左右。
三、 紅柱石-SiC-C不燒磚的理化性能
根據(jù)鐵水罐不同部位有不同的作業(yè)條件，提供不同部位相應(yīng)的紅柱石-SiC-C磚，使用效果較好。容積150t的鐵水罐，一次性使用近千次，中間未進(jìn)行噴補(bǔ)、維修，還殘余磚長(zhǎng)345mm的2/3左右(渣線部位)。
將一個(gè)已運(yùn)轉(zhuǎn)884次，使用13個(gè)月余、輸送鐵水114920t的鐵水罐，停罐冷卻拆除，檢查磚的使用情況。
紅柱石-SiC-C磚應(yīng)用于未三脫處理的魚雷式鐵水罐有如下明顯的技術(shù)效果：
(1) 有良好的抗?fàn)t渣侵蝕和耐沖刷性能。在魚雷式鐵水罐沖擊部位，紅柱石-SiC-C磚的最大侵蝕率為0. 29mm/次，平均0. 155 ~0. 165mm/次。
(2) 有良好的抗熱震性。生產(chǎn)中未見崩裂、脫落、裂大縫情況。原首鋼的鐵水罐內(nèi)襯，曾使用某地的高鋁磚，使用壽命約200罐次左右。表20-11某鋼廠150t魚雷罐用高鋁磚剖析
從高鋁磚使用壽命約為200次分析，它在鐵水罐中使用不適應(yīng)其作業(yè)條件。原首鋼150t魚雷式鐵水罐，除鐵水未進(jìn)行三脫處理外，其作業(yè)條件還有：
(1) 鐵水溫度為1420~1480℃。
(2) 鐵水罐出鐵水前后溫度：從1380℃或1400℃至700℃左右，溫差約 700℃。顯然，材質(zhì)抗溫度急變性能要好。
(3) 鐵水罐周轉(zhuǎn)時(shí)間一般為2〜3次/d，較為頻繁。運(yùn)輸距離約10km。
(4) 鐵水經(jīng)鐵水罐的出鐵口到底部位的高度為4 ~5m。
從以上可見，魚雷式鐵水罐內(nèi)襯磚長(zhǎng)期處在溫差變化大，化學(xué)侵蝕、機(jī)械沖刷激烈等條件下。無疑，這樣的作業(yè)條件較為惡劣，一般高鋁磚與此條件不相適應(yīng)。一般高鋁磚的抗熱震性約10次左右，此項(xiàng)指標(biāo)難適應(yīng)溫差大的作業(yè)條件， 從剖析高鋁磚結(jié)果看，玻璃相含量大(9. 54%)，荷重軟化溫度低(T2 1550℃)， 無疑在使用中易造成崩裂和脫落。
綜上所述，以紅柱石為基的Al2O3-SiC-C磚，在未進(jìn)行三脫處理的魚雷式鐵水罐作襯材，是較理想的材質(zhì)。
在鐵水進(jìn)行三脫處理的魚雷式鐵水罐中，由于堿度波動(dòng)大(0.5~3. 0)等因素，使用紅柱石-SiC-C磚時(shí)，壽命將縮短，此時(shí)在沖擊部位、渣線部位選用剛玉基的Al2O3-SiC-C磚為好
(4) 磚縫是內(nèi)襯耐火材料砌筑的薄弱環(huán)節(jié)，鐵水、渣等易通過磚縫擴(kuò)大對(duì)磚的侵蝕，造成耐火材料砌體的損壞。
據(jù)此，含紅柱石的ASC磚，在氧化鋁原料的選擇上應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
(1) 根據(jù)混鐵車不同部位，選用不同Al2O3含量的原料(相應(yīng)SiO2含量有變化)制成多品種的耐火材料，以保持內(nèi)襯的均衡損壞。例如在混鐵車渣線部位和沖擊部位選用高鋁低硅的材料。此時(shí)，材料以抗侵蝕、抗沖刷為主，而在一般部位，材料的Al2O3/SiO2比值可降低。
(2) 選用在使用過程中能產(chǎn)生微膨脹或反應(yīng)產(chǎn)生膨脹的原料，使耐火材料在使用過程中擠緊砌縫，減弱鐵水、渣通過磚縫對(duì)磚的侵蝕。
(3) 鑒于大結(jié)晶的晶相(如莫來石、剛玉等)更有利于耐火材料耐侵蝕性，故在成本允許下，盡可能選用電熔原料。
(二)鱗片石墨
石墨的膨脹系數(shù)很小(20〜1000℃，α= 1.4 X 10-6℃)，彈性模量小(0.088MPa)，導(dǎo)熱性好(1000℃， 64W/(m·K))，故在材料中引入石墨能克服一般氧化物材料斷裂籾性差的特點(diǎn)，所以抗熱震性能纖。其抗熱震性與石墨的加入量成正比。
石墨尚有與熔渣的不潤(rùn)濕性。我們知道，爐渣滲透爐襯的途徑之一是通過毛細(xì)管，由于石墨此特性，熔渣不能進(jìn)入內(nèi)壁涂有石墨的毛細(xì)管，有效地提高了制品的抗侵蝕性能。
此外，石墨在高溫下形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對(duì)耐火材料性能有利。
鱗片石墨的選擇，要根據(jù)耐火制品使用部位不同而有不同的選擇，一般選-193 ~ - 195，含量為5% ~ 15%。
(三) SiC原料
SiC是超硬度材料之一，莫氏硬度在9.2 ~ 9.6之間，其膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱好。耐火材料中引入SiC能改善其抗熱震性，抗侵蝕，也作為抑制石墨氧化的抗氧化劑用。
SiC在CO氣氛下，其基本反應(yīng)為：
SiC(s)+C0(g)→SiO(g)+2C(s)
SiC(s)+ C0(g)→SiO2+ C(s)
綜合反應(yīng)：SiC(s)+ 2CO(g)
SiO2+ 3C(s)從以上SiC的反應(yīng)可見：
(1) SiC的分解，補(bǔ)充了一部分的C(s)。
(2) 1mol SiC生成1mol SiO2和3mol C，反應(yīng)將導(dǎo)致產(chǎn)生3.76倍的體積膨脹，使磚體致密化，從而減少外界的氧化性氣氛進(jìn)入磚體產(chǎn)生氧化。
(3) SiC氧化生成SiO2，而SiO2熔融成薄膜狀覆在工作面上。SiO2生成量增加，從而可封閉氣孔和形成陶瓷結(jié)合結(jié)構(gòu)，阻止氧進(jìn)入磚體內(nèi)部，改善石墨的氧化性能，提高耐火制品的使用壽命。但是，SiO2的存在對(duì)耐火材料抗侵蝕不利，應(yīng)根據(jù)不同使用部位控制SiC用量。
SiC粒度，有兩個(gè)問題要考慮：(1)用來抑制石墨的氧化;(2)改善耐火制品耐剝落等性能。為此，SiC粒度既有-0.074mm的細(xì)粉，又有0.15mm的細(xì)粉。
SiC顏色有黑色綠色兩種。綠色SiC性能優(yōu)于黑色SiC，根據(jù)使用部位及成本而選擇。此外，SiC與石墨的次料，視使用部位而慎重選擇。SiC的用量，根據(jù)不同使用部位控制，一般為10% ~ 15%。
Al2O3-SiC-C磚中SiC用量與抗侵蝕性能的關(guān)系
四)抗氧化劑和特種耐侵蝕劑
除上述主體原料之外，尚添加抗氧化劑，特種耐侵蝕劑等�？寡趸瘎┯卸喾N，如金屬鋁粉、硅粉、鎂粉，非氧化物B4C、Si3N4、Cr2O3等。這些抗氧化劑除抑制石墨氧化之外，某些抗氧化劑尚有提高耐火材料強(qiáng)度的功能，從而能改善耐火材料的抗沖刷和磨損。表20-8為相同配方、相同工藝參數(shù)下的紅柱石-SiC-C 磚，加入與不加抗氧化劑對(duì)耐火材料性能的影響。
但是抗氧化劑都較昂貴，根據(jù)使用部位和耐火磚的成本而有不同的選擇。
二、 紅柱石-SiC-C不燒磚生產(chǎn)工藝要點(diǎn)
紅柱石-SiC-C磚生產(chǎn)工藝見圖20-4。由于該磚是含C耐火材料，為使攪拌混勻，宜選用強(qiáng)力攪拌機(jī)。生產(chǎn)時(shí)，所用原料要保證干燥，尤其是氧化鋁原料，生產(chǎn)前要進(jìn)行熱處理，冬季生產(chǎn)更應(yīng)注意。熱處理溫度控制在200℃左右。
三、 紅柱石-SiC-C不燒磚的理化性能
根據(jù)鐵水罐不同部位有不同的作業(yè)條件，提供不同部位相應(yīng)的紅柱石-SiC-C磚，使用效果較好。容積150t的鐵水罐，一次性使用近千次，中間未進(jìn)行噴補(bǔ)、維修，還殘余磚長(zhǎng)345mm的2/3左右(渣線部位)。
將一個(gè)已運(yùn)轉(zhuǎn)884次，使用13個(gè)月余、輸送鐵水114920t的鐵水罐，停罐冷卻拆除，檢查磚的使用情況。
紅柱石-SiC-C磚應(yīng)用于未三脫處理的魚雷式鐵水罐有如下明顯的技術(shù)效果：
(1) 有良好的抗?fàn)t渣侵蝕和耐沖刷性能。在魚雷式鐵水罐沖擊部位，紅柱石-SiC-C磚的最大侵蝕率為0. 29mm/次，平均0. 155 ~0. 165mm/次。
(2) 有良好的抗熱震性。生產(chǎn)中未見崩裂、脫落、裂大縫情況。原首鋼的鐵水罐內(nèi)襯，曾使用某地的高鋁磚，使用壽命約200罐次左右。表20-11某鋼廠150t魚雷罐用高鋁磚剖析
從高鋁磚使用壽命約為200次分析，它在鐵水罐中使用不適應(yīng)其作業(yè)條件。原首鋼150t魚雷式鐵水罐，除鐵水未進(jìn)行三脫處理外，其作業(yè)條件還有：
(1) 鐵水溫度為1420~1480℃。
(2) 鐵水罐出鐵水前后溫度：從1380℃或1400℃至700℃左右，溫差約 700℃。顯然，材質(zhì)抗溫度急變性能要好。
(3) 鐵水罐周轉(zhuǎn)時(shí)間一般為2〜3次/d，較為頻繁。運(yùn)輸距離約10km。
(4) 鐵水經(jīng)鐵水罐的出鐵口到底部位的高度為4 ~5m。
從以上可見，魚雷式鐵水罐內(nèi)襯磚長(zhǎng)期處在溫差變化大，化學(xué)侵蝕、機(jī)械沖刷激烈等條件下。無疑，這樣的作業(yè)條件較為惡劣，一般高鋁磚與此條件不相適應(yīng)。一般高鋁磚的抗熱震性約10次左右，此項(xiàng)指標(biāo)難適應(yīng)溫差大的作業(yè)條件， 從剖析高鋁磚結(jié)果看，玻璃相含量大(9. 54%)，荷重軟化溫度低(T2 1550℃)， 無疑在使用中易造成崩裂和脫落。
綜上所述，以紅柱石為基的Al2O3-SiC-C磚，在未進(jìn)行三脫處理的魚雷式鐵水罐作襯材，是較理想的材質(zhì)。
在鐵水進(jìn)行三脫處理的魚雷式鐵水罐中，由于堿度波動(dòng)大(0.5~3. 0)等因素，使用紅柱石-SiC-C磚時(shí)，壽命將縮短，此時(shí)在沖擊部位、渣線部位選用剛玉基的Al2O3-SiC-C磚為好
