高炉用烧成微孔铝碳砖的研制

　　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。该两部分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。

1 生产工艺

　　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，其化学成分见表1。

表1 主要原料的化学成分/%

　　采用的炭素材料含量不小于95%，SiC材料中SiC含量不小于90%。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。

2 工艺控制

　　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。

　　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。

　　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%。由于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。由于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。

3 结果与讨论

3.1 抗氧化剂对试样性能的影响

　　含C和SiC耐火材料在使用过程中，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，延长了砖的使用寿命。

3.2 试样的抗渣性能

　　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。

　　电镜分析表明：渣中CaO向砖中渗透，而砖中Al₂O_3、SiO_2、TiO₂进入渣中，尤以Al₂O_3、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，因而提高了砖的抗渗透能力。

3.3 制品性能

　　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）。

4 结语

　　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。