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铝碳砖产生的背景,是随着冶金技术的进步,特别是连续铸钢技术和铁水预处理技术的发展,人们要求耐火砖具有良好的抗侵蚀和抗热震稳定性,使得高铝原料和碳素原料复合的铝碳砖得到迅速发展。目前,铝碳制品以其良好的性能广泛用作连铸滑板、长水口、浸入式水口、整体塞棒,铁水预处理容器(如鱼雷罐车和铁水罐等)的内衬等。另外,用于现代高炉出铁沟的耐火砖(简称铁沟料)也是以A12O3为主要原料,添加SiC和C制成的Al2O3-SiC-C不定形耐火材料。虽然铁沟料品种众多,有捣打料、可塑料、浇注料、振动料等,结合方式除沥青或树脂结合之外,还有化学结合、水泥和黏土结合等,但亦属于铝碳砖的范畴。
烧成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,因而提高了烧成铝碳砖的抗渗透能力。
高炉要求耐火材料具有良好的热震稳定性,耐高温,抗侵蚀,抗冲刷,抗氧化,耐磨等性能。目前,国内大中型高炉主要用Si3N4或Sialon结合SiC和烧成微孔铝碳砖,其中,后者因造价较低,不需专用氮化设备而更受欢迎。烧成铝碳砖试验用主要原料为阳泉特级矾土熟料,电熔白刚玉、炭素材料,SiC等,采用的炭素材料含量不小于95%,SiC材料中SiC含量不小于90%。
烧成铝碳砖制作各原料的配比(%)为:粗矾土45-55;中矾土10-15;预混合粉35-40;结合剂4-4.5。选用热塑性树脂做结合剂。硅微粉的加入量以2%左右为宜,活性炭的加入量为2%-3%。电熔白刚玉和抗氧化剂粒度要求在0-0.044mm之间,硅微粉和添加物粒度要求在0-5μm之间。采用强制式碾轮混砂机进行混料,结合剂分二次加入。混好的料要求手感好,易成型。
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。
烧成铝碳砖其性能如下:Al2O3 71.4%,C 11.2%,TFe 1.4%,体积密度2.85g.cm-3,显气孔率12%,平均孔径0.2621μm,<1μm孔容积74.26%,常温耐压强度72.5MPa,热导率(0-800℃)13.12W.(m.K)-1,透气度0.575μm2,抗碱性-9.24%(强度下降率)。通过控制生产工艺,添加合适的添加物及优良的结合剂,可以制得性能优良的高炉用烧成微孔铝碳砖。该产品具有高强度,低气孔率,抗氧化、抗侵蚀、抗冲刷及热震稳定性好等特点,适合砌筑在高炉炉腰和炉腹等部位。铝碳砖可广泛应用于高炉炉身上部的铁口、风口、炉底、炉腹、热风炉、热风主、支管蓄热室格子砖、燃烧室、混风室等部位,具有品种齐全、成套完善、使用寿命长等特点。
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