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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。
烧成铝碳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。
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。
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。
高炉铝碳砖是高炉内衬更新换代的良好材料,其性能优于高炉内衬传统耐火砖,与氮化硅结合碳化硅砖的性能相似,成本降低2/3。因此,铝碳砖问世以来,已在高炉上得到了应用,并获得良好的使用效果。铝碳砖属于铝碳质耐火材料范围。所谓铝碳质耐火材料就是用含氧化铝材料和碳素材料作原料、有时掺加碳化硅、金属硅粉等外加物,用树脂等有机结合剂制成的碳结合耐火材料。
烧成铝碳砖的生产工艺要点是在氧化铝原料(如烧结刚玉、电熔刚玉或烧结刚玉及合成莫来石料)中掺入碳素原料,并添加硅粉、SiC粉、铝粉等少量其他原料,以酚醛树脂或沥青为结合剂,经配料、混合、等静压成型(或机压成型),在还原气氛中1300℃左右烧成,再经热处理和油浸及机械加工而成。
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