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烧成微孔铝碳砖用的耐火骨料临界粒径为8mm,其通用配合比:粗骨料40%~60%、细骨料5%~20%、鳞片石墨8%~15%、SiC4%~10%、耐火粉料15%~25%和结合剂4%~6%。另外,根据需要掺加超微粉、抗碱剂和膨胀剂等外加物。高炉作为炼铁的主体设备,风口区和炉腹主要受高温状态的煤气、炉渣、铁水、焦炭的上、下运动和各种高温冶金反应的影响;炉腹和炉身下部主要受高FeO炉渣、碱金属、锌及CO的侵蚀以及CO2、H2O的氧化等影响。
烧成微孔铝碳砖电镜分析表明:渣中CaO向砖中渗透,而砖中Al2O3、SiO2、TiO2进入渣中,尤以Al2O3、SiO2为甚。因此可以认为与渣反应较剧烈的是含Al2O3的材料,如特级矾土、白刚玉等,而炭素材料抗渣能力强,其杂质成分SiO2也被侵蚀进入渣中。SiO2的熔入提高了渣的粘度,因而提高了烧成微孔铝碳砖的抗渗透能力。
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。
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。
烧成微孔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。
铝碳砖试样的制备过程为:先把特级矾土骨料混炼1min,然后加入2/3的树脂混合2min,再加入预混合粉混炼10min,最后加入剩余树脂混炼10min,最后加入剩余树脂混炼15min,出料后在400t摩擦压砖机下成型,干燥、烧成后经检选得到成品。为保证泥料及坯体的性能,特级矾土骨料要求加热到50-60℃,树脂要求水浴加热到50℃左右。烧成微孔铝碳砖采取基质共磨工艺。具体是将电熔白刚玉、炭素材料、SiC硅微粉、添加物及抗氧化剂等一起加入筒磨机细磨,制成预混合粉。
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