铁水预处理用ASC砖都有哪些原材料组成？
发布日期： 2020-05-06 08:31:37 阅读量（582） 作者：刘梓明Al2O3-SiC-C砖（简称ASC砖）是铁水预处理阶段用热工设备常用的耐火材料之一，尤其是在铁水罐中，使用率非常高。ASC砖具有非常好的高温性能和抗氧化、抗剥落、抗渣侵蚀性能，能够经受长时间的高温溶液冲刷，使用寿命长。Al2O3-SiC-C砖主要有以下几种材料组成，各种材料组合在一起，共同形成了ASC砖优良的使用性能。
1、Al2O3
Al2O3是耐火材料行业中的一种重要的耐火原料，它结构牢固，硬度大，熔点高，质脆，其化学性能稳定，能够很好的抵抗酸和碱的侵蚀。但同时，Al2O3热膨胀系数高，抗剥落性能差，当单纯的选择氧化铝质耐火原料做基质时，基质部分容易被熔渣渗透蚀损，导致骨料暴露、剥落而蚀损。基于Al2O3的这些性能，在Al2O3-SiC-C砖中，基质部分不能单纯的加入氧化铝质耐火原料，否则不能满足铁水罐对耐火材料的使用要求。
2、石墨
石墨是含碳耐火材料的重要原料和主要组成成分。石墨具有良好的耐高温性能，真空中熔点高达3850℃，随着温度的升高，石墨强度增大。同时石墨还具备良好的热导性，其热导率随着温度的升高而降低。石墨的热膨胀率低(1000℃时为4×10-6)，导热系数高(840~2100W/M×℃)，耐急冷急热性好，在耐火材料中添加石墨能够有效提高耐火制品的抗热震性能，提高制品的抗热剥落能力。石墨润滑性好，能提高耐火制品的致密度，同时石墨对高炉渣的浸润性差，不与Al2O3、SiC、SiO2发生共熔，从而能够有效阻止渣对耐火材料的侵蚀，由于碳可以将熔渣中的氧化铁还原成为金属铁，使得熔渣粘度提高，减少了熔渣成分向砖内的迁移，达到减少侵蚀的效果，最终提高耐火制品的使用寿命。
在Al2O3-SiC-C砖中，石墨的主要作用是抑制渣对Al2O3-SiC-C砖的渗透，石墨一方面增大Al2O3-SiC-C工作面与渣的润湿角;另一方面，C与氧气发生反应放出CO气体，填充气孔，阻止了渣的渗透。石墨在中、高温下极容易被氧化，一旦被氧化，石墨的优良性能便无法发挥，同时由于石墨的氧化导致制品结构松散，发生剥落，反而会降低耐火材料的抗渣性能。石墨被氧化是石墨最大的缺点，极大限制了含碳耐火材料的使用，也是含碳耐火材料损毁的主要原因。
3、SiC
SiC俗称金刚砂，一般采用硅石与石油焦在2000~2500℃的电阻炉中合成，按SiO2含量不同，分为黑碳化硅和绿碳化硅两种，绿碳化硅SiO2要求含量尽可能高，黑碳化硅SiO2含量较少。在耐火材料应用中，多选用黑碳化硅作为含碳耐火材料的主要成分。碳化硅材料具有抗高温氧化，蠕变速率小，良好的导电性和导热性等特点。热膨胀率只有Al2O3的一半左右。有研究表明，SiC高温强度大、抗冲刷性强，同时不易被会属熔体润湿、抗金属蒸汽侵蚀。
SiC还能有效阻止C的氧化，提高含C耐火材料的抗氧化性。SiC作防氧化剂，其主要作用如下：
(1)当砖内部石墨发生氧化生成CO，在砖内的CO在SiC颗粒表面发生反应：
SiC(s)+CO(g)=SiO(曲+2C(s) (1)
SiO(g)+CO(曲=SiO2+C(s) (2)
从而阻止碳的氧化，同时增加C含量，提高耐火制品的高温性能。
(2)砖内生成的SiO气体一部分沿着气孔溢出试样，在试样表面与空气接触发生反应生成熔融状态的SiO2，填充堵塞试样气孔，阻止空气向试样内部渗透，从而抑制C的氧化。
不同材料中SiC的加入量不同，一般认为，SiC加入量通常在10%~30%的范围内。图1显示出SiC含量有利于提高制品抗高炉渣的侵蚀。谷山等认为，在粘土-SiC-C质铁沟料中，加入高炉渣和铁水作回转侵蚀试验，结果SiC含量越高，材料耐侵蚀性越强。
图1SiC含量对铁沟料抗高炉渣侵蚀性的影响
木谷福一研究了SiC的加入量对铝碳制品的抗氧化性能的影响，结果表明，当SiC添加量<5%时，铝碳制品的抗氧化性能随着SiC含量的增加而越来越好，在5%~10%的范围内，铝碳制品的抗氧化性能随SiC含量的增加而越来越差。如图2所示：
图2加入SiC量与蚀损指数的关系
SiC的纯度和粒度分布对Al2O3-SiC-C砖的性能和使用寿命也有很大影响。随着粒度分布的增大，耐火制品的抗渣性能越好。合适的SiC粒度能有效提高Al2O3-SiC-C砖的高温性能。有研究表明，SiC的粒径的越小，比表面积越大，一方面与O2发生反应生成的SiO2就越多，闭塞气孔，从而提高耐火制品的抗氧化性能;另一方面能够更好的形成陶瓷结合，增大制品的机械强度。SiC粒径越大，热震稳定性就越好。
4、结合剂
结合剂在制备Al2O3-SiC-C砖中占有重要地位，它极大的影响着坯料的混练、成型性能，以及制品的显微结构。对结合剂的要求主要有以下几点：
(1)与Al2O3质耐火骨料和基质有良好的润湿性;
(2)不含或少含对人体有害的成份;
(3)混合后的泥料的性能随时间变化不大，对骨料的化学反应要小不大;
(4)结合剂在制品的升温过程中，应具有较高的残碳率，碳化后的聚合体要有良好的高温强度。
结合剂与耐火骨料和石墨润湿性好，粘度合适可以显著的提高制品的体积密度，增强制品的强度。同时，与石墨良好的润湿性可以使石墨颗粒均匀分散在制品中，尽可能形成连续网络，碳化后形成的连续结合碳骨架，显著提高制品的强度和高温抗渣性能。因此，选择合适的结合剂至关重要。在Al2O3-SiC-C中常选用酚醛树脂和磷酸二氢铝作为结合剂。
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