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铝碳砖采用坩埚法进行抗渣性试验。所用高炉渣的主要化学成分(%)为:CaO 40.24,MgO 10.41,SiO2 35.08,Al2O3 11.26,MnO 0.82,FeO 0.91。
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。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%。
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。
铝碳砖制品在40-120℃的隧道干燥器中进行干燥,装窑采用在窑车上砌盒子,加焦炭密封砖坯的办法,要求焦炭烘干至残余水分≤1.0%。微孔铝碳砖的导热性能优于焦炭,故装窑时要求砖砖紧靠,砖与砖之间不放焦炭,以充分利用热源,利于烧成。微孔铝碳砖中碳含量较高,碳在高温下极易被氧化,故砖应在还原气氛中烧成,烧成温度1540±10℃,保温14-16h。含C和SiC耐火材料铝碳砖在使用过程中,其炭素组分易被CO2、H2O氧化形成脱碳层。另外,Al2O3相材料因与石墨的热膨胀率相差较大,在加热过程中结构易疏松,因而加速了高温熔体(渣水和铁水)的侵蚀和冲刷。加入抗氧化剂后由于抗氧化剂的活性较强优先被氧化,而且生成的新物相堵塞了气孔,阻止了CO2、H2O的渗透,从而抑制、延缓了C和SiC的氧化,延长了铝碳砖的使用寿命。
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。
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。
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