粘土碳化硅磚在鐵水包的應(yīng)用

為提高鐵水包包襯壽命，必須根據(jù)鐵水包目前使用工藝中存在的問題，針對(duì)性的設(shè)計(jì)新材質(zhì)，新材質(zhì)必須具備優(yōu)異的抗熱震性、同時(shí)要有一定的抗脫硫劑侵蝕性與保溫性。針對(duì)鐵水包使用環(huán)境，國內(nèi)外研究開發(fā)主要以鋁碳質(zhì)為主，近年來燒鋁碳化硅碳磚由于其優(yōu)良的抗熱震性能，抗侵蝕性能，已經(jīng)在各大鋼廠得到了廣泛應(yīng)用，但因其含有石墨等碳材，渣線等裸露在空氣中的部位容易氧化，變疏松并率先受到侵蝕，抗沖刷能力急劇下降，同時(shí)含有碳的情況下，導(dǎo)熱系數(shù)較高，容易造成爐殼溫度較高，熱址損失大，容易結(jié)蓋、結(jié)底，處理起來很困難，造成生產(chǎn)被動(dòng)。柳鋼鐵水包運(yùn)輸過程平均溫降約190℃，相對(duì)其它鋼廠溫降略大，有些鋼廠通過鐵水包加蓋減少了溫降，但在鐵水包敞口運(yùn)轉(zhuǎn)且周轉(zhuǎn)路線較長的鋼廠溫降結(jié)蓋問題仍比較突出。根據(jù)這一情況，研發(fā)了對(duì)鐵水包使用工藝匹配性好，相關(guān)性能優(yōu)良的粘土碳化硅磚，其抗熱震性、保溫性等優(yōu)于鋁鉻碳化硅磚和鋁碳化硅磚。

粘土碳化硅磚主要原料有焦寶石、紅柱石、廣西白泥、碳化硅、氧化鋁微粉，抗氧化劑為金屬硅，結(jié)合劑為亞硫酸紙漿廢液。所用主要原料焦寶石的純度為(ω(Al2O3)≥43.0%，粒度為3mm~0mm;紅柱石ω(Al2O3)≥69.0%，粒度為3mm~0mm;廣西內(nèi)泥ω(Al2O3)≥30.0%，粒度為200目;碳化硅ω(SiC)≥90.0%，粒度為200目;氧化鋁微粉ω(Al2O3)≥99%，粒度為3μm~6μm。

提高鐵水包包襯的使用壽命首先要提高工作層磚的抗熱震性能。對(duì)于由于急速冷熱交替而產(chǎn)生的熱應(yīng)力，合理的包襯結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)該具有更加良好的應(yīng)力緩沖、釋放機(jī)制，以防止熱震微裂紋的擴(kuò)散造成包襯的層狀剝落。在熱沖擊下，對(duì)鋁碳化娃磚等含有氣孔的耐火材料而言，裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展和蔓延是和斷裂表面能相關(guān)的，為提高材料熱震穩(wěn)定性，應(yīng)保證材料有高的彈性模量值，低的強(qiáng)度值。由表2可看出粘土碳化硅磚耐壓強(qiáng)度相對(duì)于鋁碳化硅磚低，有利于提高其抗熱震性能。同時(shí)，由于其顯氣孔率高于鋁碳化硅磚，均勻分布的氣孔對(duì)于熱應(yīng)力的緩沖、釋放起到了很好的效果，大大減少了層狀裂紋和層狀剝落的產(chǎn)生。

粘土碳化硅的SEM照片如圖1所示，其基質(zhì)部分由燒結(jié)莫來石、碳化硅、焦寶石及礬土組成，微量硅鐵，粉料間結(jié)合較好。圖中大顆粒為焦寶石，內(nèi)有微裂紋，有助于其在熱震沖擊條件下的應(yīng)力緩沖及釋放，提高其抗熱震沖擊性能。

正常情況下，由于粘土碳化硅磚具有相對(duì)于鋁碳化硅磚較高的氣孔率，較疏松的結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致其抗侵蝕性能下降，更易受脫硫劑、熔渣侵蝕。但是實(shí)際使用時(shí)，由于其氣孔率較離，表層容易更附著鐵渣層，當(dāng)鐵水包空包降溫時(shí)，鐵渣在空隙內(nèi)凝固，填補(bǔ)了部分氣孔。其表層附著的鐵渣層堵塞部分氣孔，并起到了一定的保護(hù)、阻隔作用，保證粘土碳化硅磚也具有較好的抗渣性能。同時(shí)，鐵渣層的阻隔，避免了高溫鐵水對(duì)磚襯的直接沖擊，起到了一定的緩沖作用，降低了熱震應(yīng)力對(duì)磚襯造成的損害。

粘土碳化硅磚相對(duì)較高的顯氣孔率和較低的體積密度保證了其具有相對(duì)良好的保溫性能。氣體的熱傳導(dǎo)率是最低的，粘土碳化硅磚均勻分布的氣孔降低了其熱傳導(dǎo)率，減少了鐵水包包底和包口因熱傳導(dǎo)造成的溫降，有助于改善包底和包口的結(jié)渣、結(jié)蓋現(xiàn)象。

具體應(yīng)用

原鋁碳化硅磚在150噸鐵水包使用時(shí)，包身包齡一度低至220爐。包襯在使用過程中由于熱震沖擊剝落嚴(yán)重，表面凹凸不平，磚身裸露處可見密布的狹長層狀裂紋。粘土碳化硅磚投入使用后，由于抗熱震性能優(yōu)良，磚襯剝落現(xiàn)象大為改善，磚襯表面平整有序。同時(shí)由于其保溫性好，鐵水包結(jié)底結(jié)蓋現(xiàn)象得到改善，減少了炮機(jī)打包現(xiàn)象，減少了包襯的機(jī)械應(yīng)力損傷。

粘土碳化硅磚在150噸鐵水包一經(jīng)投入使用，其包身平均包齡即達(dá)到了350爐次，使用壽命大幅提高。此外由于粘土碳化硅磚采購單價(jià)較鋁碳化硅磚便宜，且由于其體密低，單重輕，每包次使用重量少，使用壽命長，因此其投入使用后150噸鐵水包綜合使用成本大幅降低。2014年，由于粘土碳化硅磚使用效果優(yōu)良，降成本顯著，其在150噸鐵水包系統(tǒng)全面取代鋁碳化硅磚鐵水包包襯并使用至今。