粘土碳化硅砖在铁水包包衬的应用
发布日期： 2019-11-19 13:55:57 阅读量（431） 作者：张红为提高铁水包包衬寿命，必须根据铁水包目前使用工艺中存在的问题，针对性的设计新材质，新材质必须具备优异的抗热震性、同时要有一定的抗脱硫剂侵蚀性与保温性。针对铁水使用环境，国内外研究开发主要以铝碳质为主，近年来烧铝碳化硅碳砖由于其优良的抗热震性能，抗侵蚀性能，已经在各大钢厂得到了广泛应用，但因其含有石墨等碳材，渣线等裸露在空气中的部位容易氧化，变疏松并率先受到侵蚀，抗冲刷能力急剧下降，同时含有碳的情况下，导热系数较高，容易造成炉壳温度较高，热量损失大，容易结盖、结底，处理起来很困难，造成生产被动。某钢厂铁水包运输过程平均温降约190℃，相对其它钢厂温降略大，有些钢长通过铁水包加盖减少了温降，但在铁水包敞口运转且周转路线较长的钢厂温降结盖问题仍比较突出。根据这一情况，研发了对铁水包使用工艺匹配性好，相关性能优良的粘土碳化硅砖，其抗热震性、保温性等优于铝铬碳化硅砖和铝碳化硅砖。
粘土碳化硅砖主要原料有焦宝石、红柱石、广西白泥、碳化硅、氧化铝微粉，抗氧化剂为金属硅，结合剂为亚硫酸纸浆废液。所用主要原料焦宝石的纯度为w(Al2O3)≥43.0%，粒度为3mn~0mm;红柱石w(Al2O3)≥69.0%，粒度为3mm~0mm;广西内泥w(Al2O3)≥30.0%，粒度为200目;碳化硅w(SiC)≥90.0%,粒度为200目;氧化铝微粉w(Al2O3)≥99%，粒度为3μm〜6μm。其基础配方如表2所示。
表2粘土碳化硅砖的基础配方
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原料 |
规格 |
重量百分比 |
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焦宝石颗粒 |
1~3mm |
33% |
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焦宝石颗粒 |
0.1~1mm |
18% |
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红柱石颗粒 |
0.1~1mm |
10% |
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红柱石细粉 |
200目 |
12% |
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广西白泥 |
200目 |
7% |
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碳化硅 |
200目 |
12% |
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氧化铝微粉 |
3-6μm |
5% |
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金属硅 |
200目 |
3% |
表3 粘土碳化硅砖与铝碳化硅砖主要物理性能
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物理化学指标 |
粘土碳化硅砖 |
铝碳化硅砖 |
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Al2O3/% |
40 |
70 |
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SiC/% |
7 |
8 |
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耐压强度/MPa |
32 |
100 |
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显气孔率/% |
19 |
14 |
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体积密度（g/cm3） |
2.15 |
2.90 |
提高铁水包包衬的使用寿命首先要提高工作层砖的抗热震性能。对于由于急速冷热交替而产生的热应力，合理的包衬结构内部应该具有更加良好的应力缓冲、释放机制，以防止热震微裂纹的扩散造成包衬的层状剥落。在热冲击下，对铝碳化硅砖等含有气孔的耐火材料而言，裂纹的产生、扩展和蔓延是和断裂表面能相关的，为提高材料热震稳定性，应保证材料有高的弹性模量值，低的强度值。由表3可看出粘土碳化硅砖耐压强度相对于铝碳化硅砖低，有利于提高其抗热震性能。同时，由于其显气孔率高于铝碳化硅砖，均匀分布的气孔对于热应力的缓冲、释放起到了很好的效果，大大减少了层状裂纹和层状剥落的产生。
粘土碳化硅的SEM照片如图1所示，其基质部分由烧结莫来石、碳化硅、焦宝石及矾土组成，微量硅铁，粉料间结合较好。图中大颗粒为焦宝石，内有微裂纹，有助于其在热震冲击条件下的应力缓冲及释放，提高其抗热震冲击性能。
图1粘土碳化硅砖的SEM照片
正常情况下，由于粘土碳化硅砖具有相对于铝碳化硅砖较高的气孔率，较疏松的结构会导致其抗侵蚀性能下降，更易受脱硫剂、熔渣侵蚀。但是实际使用时，由于其气孔率较高，表层容易更附着铁渣层，当铁水包空包降温时，铁渣在空隙内凝固，填补了部分气孔。其表层附着的铁渣层堵塞部分气孔，并起到了一定的保护、阻隔作用，保证粘土碳化硅砖也具有较好的抗渣性能。同时，铁渣层的阻隔，避免了高温铁水对砖衬的直接冲击，起到了一定的缓冲作用。降低了热震应力对砖衬造成的损害。
粘土碳化硅砖相对较高的显气孔率和较低的体积密度保证了其具有相对良好的保温性能。气体的热传导率是最低的，粘土碳化硅砖均匀分布的气孔降低了其热传导率，减少了铁水包包底和包口因热传导造成的温降，有助于改善包底和包口的结渣、结盖现象。
具体应用
原铝碳化硅砖在150吨铁水包使用时，包身包龄一度低至220炉。包衬在使用过程屮由于热震冲击剥落严重，表面凹凸不平，砖身裸露处吋见密布的狭长层状裂纹。粘土碳化硅砖投入使用后，由于抗热震性能优良，砖衬剥落现象大为改善，砖衬表面平整有序。同时由于其保温性好，铁水包结底结盖现象得到改善，减少了炮机打包现象，减少了包衬的机械应力损伤。
粘土碳化硅砖在150吨铁水包一经投入使用，其包身平均包龄即达到了350炉次，使用寿命大幅提高。此外由于粘土碳化硅砖采购单价较铝碳化硅砖便宜，且由于其体密低，单重轻，每包次使用重量少，使用寿命长，因此其投入使用后150吨铁水包综合使用成本大幅降低。2014年，由于粘土碳化硅砖使用效果优良，降成本显著，其在150吨铁水包系统全面取代铝碳化硅砖铁水包包衬并使用至今。
结速语
综上分析，得出以下结论：
(1)热震冲击是导致铁水包包衬损毁的最主要因素。研发的粘土碳化硅砖具有优良的抗热震性能，可大幅减少150吨铁水包在运输及受铁过程中因急速冷热而产生的层状裂纹、层状剥落。
(2)粘土碳化硅砖在投入使用后能保证相对良好的抗渣性能，能够满足包衬对脱硫剂、铁水熔渣的抗侵蚀性要求。
(3)粘土碳化硅砖保温效果优于铝碳化硅砖，改善了150吨铁水包结包底包口现象。
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