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铝碳质特种耐火材料是指以氧化铝和碳素为原料,大多数情况下还加入其他原料,如SiC、金属Si、Al等,用沥青或树脂等有机结合剂粘结而成的碳复合特种耐火材料。广义上讲,以氧化铝和碳为主要成分的耐火材料均称为铝碳质耐火材料。铝碳质耐火材料按其生产工艺不同,又可分为两类:不烧铝碳质耐火材料和烧成铝碳质耐火材料。
连铸中间包用铝碳质耐火材料,主要有上水口、下水口和塞棒,这些又叫异型铝碳砖。连铸水口及塞棒等是以刚玉和石墨为主要原料,加入少量的添加剂,采用酚醛树脂为结合剂,经混炼、成型、干燥后在无氧化烧成窑内烧成,烧成温度在1350℃,经加工后,喷涂防氧化涂料即可。
高炉铝碳砖用的耐火骨料临界粒径为8mm,其通用配合比:粗骨料40%~60%、细骨料5%~20%、鳞片石墨8%~15%、SiC4%~10%、耐火粉料15%~25%和结合剂4%~6%。另外,根据需要掺加超微粉、抗碱剂和膨胀剂等外加物。高炉作为炼铁的主体设备,风口区和炉腹主要受高温状态的煤气、炉渣、铁水、焦炭的上、下运动和各种高温冶金反应的影响;炉腹和炉身下部主要受高FeO炉渣、碱金属、锌及CO的侵蚀以及CO2、H2O的氧化等影响。
通过冲天炉应用高炉使用的致密型不烧铝碳砖的试验研究,为在高温长时间下操作的冲天炉找到了一种新型的耐火材料。通过对砌炉方式和砖型的改造,铝碳砖的使用寿命达到了35炉。铝碳砖作为一种中性耐火材料,因其耐碱性能良好,为在冲天炉内进行脱硫创造了条件。生产过程表明,铁液中的含硫量平均降低了0.02%~0.05%,从而提高了铁液质量。铝碳砖在冲天炉上使用时,应调整送风强度,避免风眼砖上挂渣。
在铝碳砖的制造过程中,越来越多地采用高纯原料,如A12O3的质量分数大于98%一99.5%的烧成刚玉或电熔刚玉,A12O3的质量分数在7O%一76%的合成莫来石,或硅线石、红柱石,也有的采用优质矾土熟料。另外,为了改善成型性能和促进烧结,有时加入少量黏土,所以滑板中一般含有一定数量的SiO2。刚玉抗渣蚀性能好,它的膨胀系数明显高于莫来石,而一定数量的莫来石的存在有利于提高滑板的抗热震稳定性。随着SiO2质量分数的增加,滑板的抗侵蚀性有可能下降。西欧各国和日本的滑板中一般含质量分数为5%一12%的SiO2,合成莫来石的质量分数最多不超过30%。国内烧成铝碳滑板中多数含SiO2量较低,有的几乎不含SiO2。
铝碳质耐火材料具有优异的抗渣性能和抗热震性能。与镁碳质耐火材料相比,铝碳质耐火材料具有更好的抗碱侵蚀和抗TiO2渣侵蚀能力。对于烧成铝碳砖,由于添加物硅与碳在高温下反应形成碳化硅,使其具有双重结合系统,即碳结合和陶瓷结合,因而烧成铝碳质耐火材料具有高的力学性能,在连铸中不但充当传统的耐火材料,而且是一种功能结构材料。
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