铁水沟用耐火材料的现状及高铝碳化硅砖实验分析

目前，国内外用于高炉出铁沟不定形耐火材料主要为Al2O3-SiC-C质，其他还有莫来石-碳化硅-碳质、氧化铝-碳质、镁铝尖晶石质等，所用结合剂也有无机和有机多种类型。

（1）德国小型高炉出铁沟，一般采用含碳化硅捣打料。大型高炉出铁沟，一般采用化学结合Al2O3-SiC-C质捣打料，有时掺加Si3N4以增强抗氧化性和耐侵蚀性。近年来，德国也引进和开发了出铁沟用Al2O3-SiC-C质浇注料和干式振动料。

（2）法国的高炉出铁沟一般也使用Al2O3-SiC-C质浇注料，而后在其基础上又研制出了一种自流浇注料，使主出铁沟工作衬寿命大幅度提高。

（3）美国高炉出铁沟用耐火材料也取得了很大发展，研制出了各种捣打料、干式振动料和浇注料，其中Al2O3-SiC-C质浇注料使用效果好。主铁沟在使用这种浇注料后，在不修补的情况下，通铁量达15万t，若按计划修补，通铁量可达40万t。

（4）日本几乎所有高炉出铁沟都使用Al2O3-SiC-C质浇注料，但部分小高炉出铁沟仍使用矾土或合成莫来石-碳化硅-碳质捣打料，还有部分高炉出铁沟，因局部损坏而全面拆除的不经济而采用热态喷补修理。表3-90为日本高炉出铁沟用浇注料和振动料的性能。耐火浇注料一般采用结合黏土作结合剂，也有用铝酸盐水泥或磷酸盐的。据河南耐火材料厂专家介绍，近年来，随着一批大、中型高炉在我国的相继建成，出铁沟用耐火材料在国内获得大量、广泛的研究，得到长足的发展，其生产、使用水平接近于世界发达国家。

（5）我国中小型高炉出铁沟，一般采用以黏土、碳化硅、石墨或焦粉和沥青等配成的耐火捣打料。而大型高炉则采用以电熔刚玉、碳化硅、少量金属硅和金属铝粉以及适量的促凝剂和解胶剂等高级原料配成的浇注料。我国大型高炉（容积4063m3）采用从国外引进的Al2O3-SiC-C低气孔髙密度浇注料，主要原料选用致密电熔刚玉、碳化硅、添加少量金属硅、金属铝粉和一定量的促凝剂、解胶剂等。我国某研究院研究了高炉出铁沟浇注料，他们以棕刚玉为主要材料，适当配入SiC、炭质材料、黏土、高铝水泥、超微粉和外加剂制成出铁沟浇注料，其配比为：棕刚玉60%-80%，SiC10%-30%，黏土1%-5%，高铝水泥2%-5%，超微粉1%-5%，外加剂0.3%-1.0%。该浇注料原料易得，成本低廉，施工方便，使用寿命长。

高铝碳化硅砖在铁水沟应用的实验分析

高铝碳化硅砖是以碳化硅(sic)为主要原料,根据要求配以各种结合剂,经高压成型，刚玉碳化硅砖制品具有良好的热稳定性和较高的导热系数,且耐腐蚀性好,是工业窑炉理想的节能材料，主要用途:用于热外理炉、实验室马弗炉、玻璃退火炉、搪瓷烧结炉、扩散炉及各种窑炉的棚板及隔焰材料等。

面对现在社会钢铁的需求量的不断增长，也随着生产设备的大型化，高炉出铁温度的提高，出铁量增加，出铁时间延长。因此，高炉铁水沟的使用条件十分苛刻。传统的出铁沟耐火材料被刚玉、碳化硅、石墨等材质所取代。为了满足高炉铁水沟耐火砖的使用，通过分析对比试制高铝碳化硅砖。

铁水沟耐火砖在之前使用的是高铝砖，但是发现高铝砖的蚀损与铁水中C有关，在此基础上，分析了高铝砖的蚀损过程，铁水中的C含量对砖蚀损的影响，并通过实验发现被蚀损的高铝砖大致可分为3层，表层为铁水粘附层，里层为原砖层，两者之间为厚度约2mm的多孔变质层。变质层主相是小于100μm的结晶物，显微结构中残存有大量大于100μm的气孔，但没有观察到Fe。从变质层/原砖界面可以看出，原砖部为AL2O3-SiO2质即莫来石颗粒。变质层中长度为100μm的柱状颗粒是刚玉，柱状颗粒间的组成物质，发现是AL2O3-SiO2-FeO玻璃相。可以判断，这些组成物是莫来石骨料在侵蚀过程中与钢水成分反应所形成的。这种现象的产生与铁水中是否含有C有关，也就是说，铁水中如果含有C，AL2O3-SiO2-FeO系玻璃相在SiO2成分还原消失的同时，FeO也被还原成金属Fe，残存的AL2O3作为刚玉晶体被析出。分析高铝砖与铁水的侵蚀试验结果，可以得出以下结论：高铝砖与1650℃铁水接触5h后，砖体表面生成变质层，变质层由刚玉颗粒和填充在颗粒间的SiO2-AL2O3-FeO玻璃相组成：高铝砖在被铁水蚀损过程中，铁水中不含C，则莫来石骨料溶解生成SiO2-AL2O3-FeO玻璃相，铁水中含C的情况下，则这种玻璃相被C还原，生成刚玉和金属Fe。因此铁水中的C元素对高铝砖的侵蚀影响更是缩短了高铝砖的使用寿命，

我们通过再一次的实验生产了高铝碳化硅砖，选用了一级高铝矾土熟料，灰刚玉和SiC含量为94%的碳化硅砂和碳化硅粉为原料。选用纸浆废液做结合剂。为了防止碳化硅的氧化，选用了三种不同的氧化剂均取得了一定的效果。

根据铁水沟对耐火材料的要求，高铝碳化硅砖应具有良好的热震稳定性、抗铁水冲砂及耐侵蚀性。约80%以上的砖单重都超过50Kg，故此应适当扩大颗粒的极限尺寸。这对砖的热稳定性，耐冲砂和抗侵蚀性都是有益的。配料的颗粒极限尺寸为4mm，各种原料的颗粒组成见下表：

按照各种原料的配比，将原料放入混砂机中混练。为使防氧化剂等外加剂能均匀地分布在基质中，采用预混合工艺。其加料顺序为：先加入高铝熟料、棕刚玉、SiC砂、干混5min后加入纸浆废液，湿混2min后加混合细粉，混炼15min后出料，总计混炼22min。然后在1000吨机械压力机，机压成型，机压成型的高铝碳化硅砖体密分别为2.76g/cm3和2.75g/cm3，高铝碳化硅砖的烧结在低温阶段，为避免坯体内残存水分排除过快而引起开裂，应缓慢升温，升温速度为15-20℃/h。中温阶段可自由升温。终烧成温度为1430℃，保温36小时，制品的氧化层厚度，表面低熔物大为减少，并充分烧结。

采用一级高铝矾土熟料、棕刚玉、碳化硅为原料，外加少量辅助材料，生产的高铝碳化硅砖在铁水沟的应用上取得了良好的效果，可延续型使用。

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