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铝炭质耐火材料原料及工艺流程

作者:admin 发布日期: 2019-11-11 二维码分享

对于连铸时间长、温度高等极其苛刻条件作业下的耐火制品,必须提高制品的Al2O3含量,降低SiO2含量。目前铝炭耐火材料主要选用电熔刚玉、烧结刚玉或烧结板状刚玉作制品的粗颗粒成分。电熔或烧结氧化铝原料的价格昂贵,硬度大,制备的Al2O3-C滑板砖加工磨平困难。因此,根据我国资源特点,选用特级或Ⅰ级**矾土熟料作颗粒料,刚玉作细粉生产Al2O3-C砖,既可提高基质中的Al2O3含量,又可适当提高制品的抗热震性和耐侵蚀性,实际使用效果较好。
所以,铝炭质配料中的颗粒料主要有烧结刚玉、电熔刚玉、烧结板状刚玉(滑板材质)、特级,Ⅰ级矾土熟料;选用刚玉细粉或电熔莫来石、烧结合成莫来石细粉,也可采用合成锆莫来石细粉。在制品中掺和一定数量的碳,对改善制品性质,延长使用寿命有利。碳的熔点很高,线膨胀系数小,导热性好。碳可以渗透到制品中的颗粒孔隙内或在颗粒之间形成脉状网络碳链结构,形成“碳结合”,从而降低制品的气孔率,提高制品的高温强度。碳还可以形成不受金属和熔渣侵蚀的表面,提高制品的抗侵蚀能力和耐热冲击性。此外,碳的存在为铁、硅氧化物的还原创造了条件,所生成的金属与耐火材料不发生化学反应。在氧化物被碳还原的过程中,生成的气体能够阻止熔融氧化物向耐火材料内部渗透。碳还可提高制品的导热性,以避免制品的个别部位因温度过热不均匀而导致砖的剥落、断裂。
所以,铝炭砖中的炭素原料以鳞片状天然石墨为主,也可采用热接高纯石墨,通常还加入炭黑。
抗氧化剂有金属Al、Si粉及SiC粉。加入少量抗氧化剂能延缓含碳层氧化,提高制品的使用寿命。图13-9和图13-10分别为铝炭质滑板及铝炭质连铸三大件的生产工艺流程图。

铝炭滑板砖是连铸用功能耐火材料,广泛使用于电炉、转炉、炉外精炼钢包和连铸中间包等滑动水口系统中,它作为控制钢水流量和流速的开关,要求具有较高的高温强度,优良的耐侵蚀性、抗冲刷性和抗热震性,同时还要求有较高的尺寸精度。在配料时一般采用两种或两种以上炭素原料,滑板中总碳含量波动在5%~15%。滑板砖的成型设备为大型摩擦压砖机、油压压砖机。由于成型时铝炭滑板砖内不可避免地存在一定量的气孔和微裂纹,在烧成时由于制品中各固相成分的线膨胀系数大小不等,以及液相数量很小,不可能消除这些气孔和裂纹。这些分布不均匀的气孔和微裂纹影响制品的抗热震性能。当与钢水接触时,气孔部位首先遭到侵蚀,导致制品加速损坏。为克服上述缺点,用中温沥青浸渍处理,使沥青充填气孔,并进一步提高制品的碳含量,增大制品强度和提高制品抗侵蚀能力。
为了提高滑板砖铸孔边缘的抗侵蚀性和耐冲刷性,滑板砖应整块成型,烧成后用金刚石钻头钻出所需大小的铸孔,使铸孔周边密度均匀。钻孔后进行浸渍处理。为防止滑板砖在使用时破裂或裂纹扩大,在滑板周围用铁皮打箍,以提高使用的安全性。
成型后的砖坯经经埋炭还原烧成、用真空油浸设备进行油浸处理、热处理和机加工后即得成品。在烧成铝炭滑板中,有机结合剂在还原烧成中碳化结焦,形成碳结合;加入物Si,在1300℃还原烧成时,与炭素生成β-SiC,在砖体内形成陶瓷结合。所以烧成铝炭质耐火材料中存在着两种结合系统,它能使铝炭质耐火材料的强度明显提高,而且就是在使用中炭素燃尽之后,由于陶瓷结合系统的作用也能保持足够的残余强度。
铝炭质长水口通常情况下是在钢包移至中间包上方时才套装上,多数情况下长水口是在不经预热或预热不充分的情况下直接接上钢包的,这就要求长水口具有优良的抗热震性,因此,长水口含碳量较高,一般为20%~40%。
铝炭质浸入水口是连铸工艺过程中的薄弱环节,其使用寿命决定着连续浇铸的时间和钢材质量,因此浸入式水口在连铸三大件中被研究得.多,其碳含量一般在30%左右。
铝炭砖常用的结合剂有:树脂、焦油、沥青等。实践表明,采用热塑性酚醛树脂结合剂及乌洛托品【(CH7)N4】硬化剂,生成不溶解、不熔融的固化物,高温时的残余碳量高,其使用性能优良。
对于长水口、浸入式水口和整体塞棒,由于外形的特殊性,成型设备一般采用冷态等静压机(CIP, Cold Isostatic Pressing)。CIP的工作原理是将制品放置到密闭的容器中,向制品施加各向同等的压力,在高压的作用下,制品得以成型及致密化。
长水口及浸入式水口烧成后(或在烧成前)用车床加工至用户需要的尺寸,为防止制品在使用时迅速氧化脱碳,在制品表面应涂一层防止石墨氧化的防氧化涂料层。
对于不烧铝炭质耐火材料,常用的原料有:刚玉、莫来石、Ⅰ等和Ⅱ等高铝矾土熟料、鳞片石墨、SiC、Si等。
与烧成铝炭质耐火材料相比,不烧铝炭质耐火材料有如下特点:不用烧成、油浸及干馏热处理,工艺简单,但相对于烧成铝炭滑板而言,强度偏低,气孔率偏高。
(1)刚玉。刚玉抗侵蚀性能好,但膨胀系数较高,因此铝炭质耐火材料的抗热震性不是很理想,尤其像滑动水口系统的滑板。
(2)炭素。炭素原料对滑板的抗侵蚀性能和抗热震性有重大的影响。一般情况下,碳含量在10%时,抗侵蚀性能.好;随着碳含量的增加,抗热震性明显提高;炭黑属非晶质纳米级材料,易与Si反应,在钢中难以溶解,可改善砖体显微结构,提高机械性能和抗侵蚀性能。一般采用两种或两种以上炭素原料,滑板中总碳含量在5%~15%。
(3)添加物。添加物Si与碳反应生产β-SiC,形成一定程度的陶瓷结合,且剩余的Si对抗氧化有利,在0~7%范围内,Si加入量越多,抗氧化效果越好。Si粉越细,越有利于分布的均匀;少量Al粉能明显提高制品的常温耐压和抗折强度(高温);在Si+Al总量为5%,Si/Al=1时,材料的抗氧化性和抗侵蚀性能.好。
(4)油浸工艺。油浸使铝炭质耐火材料的开口气孔下降,残碳量增加,从而可提高铝炭质耐火材料的强度、抗热震性和抗侵蚀性。

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