加入硅线石，这几种高铝砖的高温使用性能明显提高！
发布日期： 2020-05-21 09:19:12 阅读量（642） 作者：热风炉是高炉的主要附属设备，随着冶炼技术的不断提高，热风炉的风温也随之提高，出现了格子砖下沉、变形，炉墙不均匀下沉和开裂等问题。
王新权等以矾土、高铝刚玉、棕刚玉、莫来石、硅线石、红柱石、粘土为原料，制备出一种热风炉用低成本、烧成温度低的低蠕变高铝砖。结果表明：高铝砖中添加硅线石和红柱石后，制品具有良好的体积稳定性。当低蠕变高铝砖中w(Al2O3)=75%~80%时，高铝砖具有最佳的结构和性能。
董红芹等也以莫来石、硅线石和α-Al2O3微粉等为原料，研制出热风炉用低蠕变高铝砖。结果表明：原料的杂质含量对材料的蠕变率有较大的影响，杂质含量越多，玻璃相也越多，导致材料的抗蠕变性能下降，因此制备低蠕变材料应选择杂质含量低的原料，最好选择电熔原料，本试验中选用的电熔莫来石因晶体发育良好，有较少的晶界及晶界缺陷，因此减少了晶界滑移和由于晶界缺陷引起的蠕变。高铝砖在氧化气氛下烧结比在还原气氛下烧结具有更高的荷重软化温度和更好的抗蠕变性能。
李红央等以矾土、矾土刚玉、硅线石、粘土为原料，研制出热风炉用高抗蠕变高铝砖。结果表明：制品达到日本黑崎同类产品实物水平。将该高铝砖应用于首钢、马钢、太钢等大型钢铁公司，使用结果表明：热风炉中采用该低蠕变高铝砖后，可加大风量，提高风温，达到降低焦比、节约能源、提高高护利用系数、多产生铁的效果。
陈世伦等以矾土、硅线石、SiO2微粉、刚玉、粘土为原料，经1500±10℃烧成后，制备出高炉热风炉用低蠕变高铝砖。谢长清以矾土、棕刚玉、电熔莫来石、白刚玉、硅线石、红柱石、广西维罗白泥为原料，以木质素磺酸钙溶液为结合剂，经1490~1500℃烧成后，研制出热风炉用低蠕变高铝砖。
吕建江以矾土、硅线石和电熔白刚玉为原料，研究了硅线石加入量对高铝砖性能的影响。结果表明：随着硅线石加入量的增大，材料的烧后线变化率、显气孔率、重烧线变化率逐渐增大，荷重软化温度先增大后减小，在本试验中，当加入量w(硅线石)=15%时，荷重软化温度最高，为1650℃。
李冬梅分别以电熔刚玉、棕刚玉、硅线石、α-Al2O3微粉、白泥为原料和以矾土、莫来石、板状刚玉、硅线石、白泥为原料，分别经1530℃经10h和1500℃经8h烧成后，制备出牌号分别为DRL-145和DRL-130的热风炉用低蠕变高铝砖。结果表明：随着硅线石加入量的增加，材料的耐压强度、荷重软化温度和抗蠕变性能均提高。将研制的2种牌号的高铝砖应用于攀钢4高炉热风炉，实际使用效果良好。
为了满足高温窑烧成带及加热炉炉衬蠕变要求，唐秋夏等以莫来石、电熔刚玉、硅线石和软质粘土为原料，研制出蠕变率为-0.22%(在1550℃，0.2MPa，50h下)的低蠕变高铝砖。结果表明：硅线石作为膨胀剂加入到基质中，烧成后的制品形状规则、无裂纹和扭曲等现象，外形尺寸变化率几乎为零，同时利用硅线石的莫来石化反应还增加了基质相中莫来石的含量，提高了材料的常温性能和高温性能。将该高铝砖应用于上海耐火材料厂143m高温隧道窑的烧成带吊挂式窑顶，由于砖外形质量良好，尺寸公差较小，又采用同材质的耐火泥浆，因此确保了窑顶整体气密性。
为了解决用于电炉顶、高炉内衬、铁水罐的高铝砖因承受高温、热冲击、机械磨损等造成的使用寿命低的问题，谢祖培以高铝矾石、硅线石和粘土为原料，研制出一种改性高铝砖。该高铝砖与原用高铝砖的性能对比见表1。从表1中看出，该高铝砖的耐压强度、荷重软化温度和抗热震性均有一定程度的提高。将该高铝砖应用于120t鱼雷式铁水罐，实际使用结果表明：该砖侵蚀速度低，抗热震性好，剥落、崩裂等现象减少，使用寿命远远超过原高铝砖的。
吉飞等针对宝钢钢包内衬在二期连铸生产后出现的高铝砖连铸包包壁粘渣、结壳、鼓突严重等降低钢包使用寿命的现象，研制出含硅线石的微膨胀高铝砖。该砖利用其微膨胀特性，提高了砌体的整体性和安全性，熔损速率也有所降低，在全连铸下包龄可达到50次。
表1 高铝砖性能对比矿业工程研究
不烧砖制备过程中因无需高温烧成，故具有工艺简单，能耗低，抗热震性和抗侵蚀性良好等特点，用量逐年增加。其中，电炉炼钢炉顶普遍采用这种不烧高铝砖。但随着超高功率电炉的发展，炉顶材料的使用条件日趋苛刻，现用不烧高铝砖难以满足使用条件，降低了炉顶的使用寿命。为此，成斌等以矾土、Al2O3粉、硅线石和苏州土为原料，制备出抗侵蚀、高荷软、抗剥落性优良的不烧电炉顶砖，并研究了其耐剥落性提高的机理。研究指出：在不烧电炉顶砖中引入粘土和硅线石，通过在不同温度下发生的4次莫来石化反应，产生膨胀效应，从而抵消材料的高温收缩。4次莫来石化反应分别是：
第一次是结合粘土中的高岭石在1200℃左右时的莫来石化反应
3(Al2O3・2SiO2・2H2O)→3Al2O3・2SiO2+4SiO2+6H2O↑
第二次是高岭石中分解出的SiO2在1200~1400℃范围内与制品中的Al2O3反应
3Al2O3+2SiO2→3Al2O3·2SiO2△V≈10%
第三次是硅线石在>1545℃时的莫来石化反应
3(Al2O3・SiO2)→3Al2O3・2SiO2+SiO2△V=7~8%
第四次是硅线石转化时过剩的SiO2与制品中的Al2O3反应
3Al2O3+2SiO2→3Al2O3・2SiO2△V≈10%
4次莫来石化反应产生的体积膨胀抵消了制品在高温时产生的收缩，提高了材料的体积稳定性，反应生成的莫来石的热膨胀系数低于刚玉的，因此改善了材料的抗热震性能。将研制的该不烧砖应用于某特钢厂30t电炉上，使用结果表明：该砖的平均寿命为145次，最高炉役寿命可达210次，每吨钢炉顶砖消耗量只有3.5kg，经济效益十分显著。陈秀江引以矾土、莫来石、蓝晶石、硅线石、锆刚玉粉为原料，以工业磷酸为结合剂，也制备出不烧高铝砖。结果表明：当加入量w(蓝晶石+硅线石)=6%~9%时，高铝砖经过1100℃至水冷条件下的热震循环次数超过20次，抗渣性能不降低。配料经混炼、困料、成型、110℃干燥、580±20℃热处理后，无需烧成，即为成品。将该不烧高铝砖用于大连钢厂10t冶炼普碳钢电炉的电炉顶，平均使用寿命超过160次，而普通电炉顶砖的使用寿命为80~90次。将该不烧高铝砖用于哈尔滨电机厂5，8t轴承钢、不锈钢冶炼电炉上，使用寿命不低于80次，而使用DL-80砖寿命仅为30次左右。实际使用结果表明：该不烧高铝砖具有性能好、使用寿命长等特点，并且该砖无需烧成，降低了能耗。
通过以上作者的研究表明，在高铝砖中添加硅线石，起到了提高材料的荷重软化温度，降低蠕变率，改善抗热震性能的作用，其机理是硅线石在高温下发生莫来石化，产生体积膨胀，烧成过程中的相变在颗粒周围产生很多微裂纹，通过微裂纹增韧机理提高了材料的抗热震性能和抗蠕变性能。同时，硅线石的莫来石化增加了高铝砖的有益矿物相含量，改善了高铝砖的组织结构，相变后形成的莫来石其结晶方向平行于原晶相界面，保持了原有的排列方式，在高温荷载下能够有效的抑制晶界滑移，有利于提高高铝砖的抗蠕变性能。此外，硅线石在烧成过程中，仅是部分转化为莫来石，未转化的硅线石在高温作用下还可持续发生一次和二次莫来石化反应，产生体积的持续膨胀，能够补偿因晶界滑移、粘滞流动引起的收缩，进一步提高高铝砖的抗蠕变性能。最后，以矾土为主要原料制备的高铝砖，添加硅线石后，由于硅线石精矿比矾土熟料的杂质含量低，可降低低熔点物质的含量，也起到提高高铝砖抗蠕变性能的作用。
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