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高炉要求耐火材料具有良好的热震稳定性,耐高温,抗侵蚀,抗冲刷,抗氧化,耐磨等性能。目前,国内大中型高炉主要用Si3N4或Sialon结合SiC和烧成微孔铝碳砖,其中,后者因造价较低,不需专用氮化设备而更受欢迎。铝碳耐火砖试验用主要原料为阳泉特级矾土熟料,电熔白刚玉、炭素材料,SiC等,采用的炭素材料含量不小于95%,SiC材料中SiC含量不小于90%。
铝碳耐火砖其性能如下:Al2O3 71.4%,C 11.2%,TFe 1.4%,体积密度2.85g.cm-3,显气孔率12%,平均孔径0.2621μm,<1μm孔容积74.26%,常温耐压强度72.5MPa,热导率(0-800℃)13.12W.(m.K)-1,透气度0.575μm2,抗碱性-9.24%(强度下降率)。通过控制生产工艺,添加合适的添加物及优良的结合剂,可以制得性能优良的高炉用烧成微孔铝碳砖。该产品具有高强度,低气孔率,抗氧化、抗侵蚀、抗冲刷及热震稳定性好等特点,适合砌筑在高炉炉腰和炉腹等部位。铝碳砖可广泛应用于高炉炉身上部的铁口、风口、炉底、炉腹、热风炉、热风主、支管蓄热室格子砖、燃烧室、混风室等部位,具有品种齐全、成套完善、使用寿命长等特点。
铝碳耐火砖其品种有铝碳质滑板砖、铸口砖、耐碱铝碳砖和高炉铝碳砖等,性能特点是抗侵蚀性强、热震稳定性好、强度高和热导率高。高炉铝碳砖的品种不同,使用的原材料也有区别。耐火骨料和粉料主要用特级、一级矾土熟料,也可用白刚玉、棕刚玉等材料;碳素材料主要用鳞片石墨,还有中温沥青等;碳化硅则用特级或一级品,也可用致密SiC;结合剂用酚醛树脂,其固含量≥75%,游离酚≤6%,残碳量≥43%,含水率≤2%,密度1.1 g·cm-3左右。
烧成铝碳砖的生产工艺:在氧化铝质原料(刚玉、莫来石、铝矾土)中添加碳质原料,并添加硅粉、Sic粉等少量其他原料,然后以树脂或沥青为结合剂,经配料、混合、压制成型,在还原气氛中1300℃左右烧成。对于不烧铝碳砖,常用的制作原料有:刚玉、莫来石、一级二级高铝矾土熟料、石墨、Sic和Si粉。常用结合剂有:树脂、焦油、沥青等。铝碳砖需根据使用用途来制作,不同用途不同功能的铝碳砖选用原料也不同。
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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