红柱石-SiC-C不烧砖的开发
发布日期： 2018-01-12 00:00:00 阅读量（388） 作者：根据红柱石耐磨、抗侵蚀性能等特点，对红柱石- SiC-C砖进行进一步研制与应用。
20年来该厂已生产数千吨产品供给首钢鱼雷式铁水罐使用。使用效果明显，在容积150t的铁水罐(未三脱)平均往返近千次，砖尚残留约2/3，期间未经喷补。
一、主体原料的选择
(一)氧化铝
红柱石-SiC-C砖的Al2O3主要来自红柱石，但尚需引入刚玉、莫来石、特级矾土熟料等，尤其在基质部分，添加特种抗侵蚀原料，以提高材料的致密度、耐压强度和抗侵蚀性。选择氧化铝原料要注意以下几点：
(1) 以特级高铝矾土为主体原料生产的特等高铝砖，虽然其强度较高，但在使用中更容易引起结构剥落，所以高铝矾土的使用需要注意。
(2) Al2O3-SiC-C(ASC)砖的耐侵蚀性能随着SiO2含量的增多而下降(图1)。当然，原料中R2O组分对耐火材料的侵蚀性也产生有害影响。
图1 ASC砖中SiO2含量与侵蚀性之间的关系
(3) 混铁车内衬耐火材料的耐侵蚀性，受其使用部位所制约。在渣线部位，要求耐火材料具有更优良的抗侵蚀性能。
(4) 砖缝是内衬耐火材料砌筑的薄弱环节，铁水、渣等易通过砖缝扩大对砖的侵蚀，造成耐火材料砌体的损坏。
据此，含红柱石的ASC砖，在氧化铝原料的选择上应注意以下几点：
(1) 根据混铁车不同部位，选用不同Al2O3含量的原料(相应SiO2含量有变化)制成多品种的耐火材料，以保持内衬的均衡损坏。例如在混铁车渣线部位和冲击部位选用高铝低硅的材料。此时，材料以抗侵蚀、抗冲刷为主，而在一般部位，材料的Al2O3/SiO2比值可降低。
(2) 选用在使用过程中能产生微膨胀或反应产生膨胀的原料，使耐火材料在使用过程中挤紧砌缝，减弱铁水、渣通过砖缝对砖的侵蚀。
(3) 鉴于大结晶的晶相(如莫来石、刚玉等)更有利于耐火材料耐侵蚀性，故在成本允许下，尽可能选用电熔原料。
(二)鱗片石墨
石墨的膨胀系数很小(20〜1000℃，α= 1.4 X 10-6℃)，弹性模量小(0.088MPa)，导热性好(1000℃， 64W/(m·K))，故在材料中引入石墨能克服一般氧化物材料断裂籾性差的特点，所以抗热震性能纤。其抗热震性与石墨的加入量成正比。
石墨尚有与熔渣的不润湿性。我们知道，炉渣渗透炉衬的途径之一是通过毛细管，由于石墨此特性，熔渣不能进入内壁涂有石墨的毛细管，有效地提高了制品的抗侵蚀性能。
此外，石墨在高温下形成的网状结构，对耐火材料性能有利。
鳞片石墨的选择，要根据耐火制品使用部位不同而有不同的选择，一般选-193~- 195，含量为5% ~ 15%。
(三) SiC原料
SiC是超硬度材料之一，莫氏硬度在9.2 ~ 9. 6之间，其膨胀系数小，导热好。耐火材料中引入SiC能改善其抗热震性，抗侵蚀，也作为抑制石墨氧化的抗氧化剂用。
SiC在CO气氛下，其基本反应为：
SiC(s)+C0(g)→SiO(g)+2C(s)
SiC(s)+ C0(g)→SiO2+ C(s)
综合反应：SiC(s)+ 2CO(g)↔SiO2+ 3C(s)
从以上SiC的反应可见：
(1) SiC的分解，补充了一部分的C(s)。
(2) 1mol SiC生成1mol SiO2和3mol C，反应将导致产生3.76倍的体积膨胀，使砖体致密化，从而减少外界的氧化性气氛进入砖体产生氧化。
(3) SiC氧化生成SiO2，而SiO2熔融成薄膜状覆在工作面上。SiO2生成量增加，从而可封闭气孔和形成陶瓷结合结构，阻止氧进入砖体内部，改善石墨的氧化性能，提高耐火制品的使用寿命。但是，SiO2的存在对耐火材料抗侵蚀不利，应根据不同使用部位控制SiC用量。
SiC粒度，有两个问题要考虑：(1)用来抑制石墨的氧化;(2)改善耐火制品耐剥落等性能。为此，SiC粒度既有-0.074mm的细粉，又有0.15mm的细粉。
SiC颜色有黑色绿色两种。绿色SiC性能优于黑色SiC，根据使用部位及成本而选择。此外，SiC与石墨的次料，视使用部位而慎重选择。SiC的用量，根据不同使用部位控制，一般为10% ~ 15%。
Al2O3-SiC-C砖中SiC用量与抗侵蚀性能的关系见图2。
图2 ASC砖中SiC的用量与抗侵蚀性的关系
(四)抗氧化剂和特种耐侵蚀剂
除上述主体原料之外，尚添加抗氧化剂，特种耐侵蚀剂等。抗氧化剂有多种，如金属铝粉、硅粉、镁粉，非氧化物B4C、Si3N4、Cr2O3等。这些抗氧化剂除抑制石墨氧化之外，某些抗氧化剂尚有提高耐火材料强度的功能，从而能改善耐火材料的抗冲刷和磨损。表1为相同配方、相同工艺参数下的红柱石-SiC-C 砖，加入与不加抗氧化剂对耐火材料性能的影响。
表1抗氧化剂对红柱石-SiC-C砖性能的影响
但是抗氧化剂都较昂贵，根据使用部位和耐火砖的成本而有不同的选择。
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