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铝镁炭质耐火材料

作者:admin 发布日期: 2019-11-13 二维码分享

铝镁炭质耐火材料是指以氧化铝、氧化镁(或镁铝尖晶石)和炭素为主要原料,大多数情况下还加入其他原料(如金属Al粉),用沥青或树脂等有机结合剂黏结而成的不烧炭复合耐火材料。广义上讲,以氧化铝、氧化镁和碳为主要成分的耐火材料均称为铝镁炭系耐火材料。铝镁炭系耐火材料按其主成分的不同可分为两类:一类是以氧化铝为主成分的制品,常用AMC来表示,另一类是以氧化镁为主成分的制品,常用MAC来表示。
随着连铸及炉外精炼技术的发展,钢包中的钢水温度不断提高,且停留时间不断延长,原先的黏土砖、高铝砖或焦油白云石砖内衬已远远不能满足要求,吕美坦不烧砖是在这种背景下于20世纪80年代后期发展起来的,主要用于钢包内衬,使用寿命比原先的黏土砖、高铝砖或焦油白云石砖提高2~5倍以上,是20世纪90年代初钢包内衬的主流产品。
铝镁炭质耐火材料是在高性能的镁炭和铝炭质耐火材料的基础上发展起来的,是高铝砖和白云石砖钢包衬的替代产品,但相比之下,这种由碱性和酸碱两性两种耐火氧化物组成的铝镁炭砖不仅具有优良的化学和热力学稳定性,而且具有优异的热学和机械性能。
(1)高的抗钢水渗透能力。由于在使用过程中氧化铝和氧化镁之间尖晶石反应的膨胀,能形成整体耐火炉衬,可有效地阻止钢水从衬砖间的接缝处往砖内部的渗透。
(2)优良的抗渣性能。除了石墨的作用以外,由于使用过程中形成的尖晶石能吸收渣中的FeO形成固溶体,而Al2O3则与渣中的CaO反应形成高熔点CaO-Al2O3系化合物,起到堵塞气孔并增大熔体黏度,达到抑制渣渗透的目的。
(3)具有高的机械强度。相对于MgO-C和Al2O3-C耐火材料而言,铝镁炭质耐火材料含石墨的量较少,一般在6%~12%,因此其体积密度大,气孔率低,强度高。
含氧化铝原料可用特级高铝矾土熟料、Ⅰ等高铝矾土熟料、电熔刚玉,烧结刚玉。含MgO原料可用电熔镁砂、烧结镁砂。炭素原料主要用天然鳞片石墨,结合剂一般用合成酚醛树脂,另外还加入一定量的SiC、Al粉等作为防氧化剂。
尽管特级高铝矾土熟料、Ⅰ等高铝矾土熟料、电熔刚玉、烧结刚玉等都可以作为制备铝镁炭质耐火材料的含氧化铝原料,但由于矾土中含有较高的氧化硅,对制品的抗渣性不利。烧结刚玉与电熔刚玉相比,结晶细小,存在的晶界较多,用其制得的铝镁炭砖抗渣性不如相同条件下用电熔刚玉制得的制品,含氧化铝原料一般占配料总组分的80%~85%,在配料中以颗粒状和粉状形式存在。
含氧化镁原料主要有电熔镁砂和烧结镁砂,与烧结镁砂相比,电熔镁砂结晶粗大,体积密度大,抗渣侵蚀能力强,因此在不烧铝镁炭砖中一般加入电熔镁砂,且主要以细粉形式加入,加入量一般在15%以内。加入量太多,制品在使用过程中形成的尖晶石量太多,制品内部会产生过大的应力和裂纹,削弱制品的强度;镁砂加入量适量时,尖晶石化的体积效应有利于堵塞气孔。
炭素原料一般以天然鳞片石墨为主。为避免实际使用过程中炭素材料的低温氧化及因石墨的热导率大而引起的钢水热损耗过大,石墨的加入量一般在10以内。
结合剂与其他含碳材料一样,一般用合成酚醛树脂,加入量根据成型设备的不同有一定的差异,一般在4%~5%,铝镁炭砖的生产工艺流程与镁炭砖相似。典型的铝镁炭制品理化指标见表13-24,树脂结合铝镁炭砖的标准参考YB/T 165-1999。

铝镁炭砖在使用时,渣先行通过脱碳层中的较高气孔率的基质部分渗透到砖内,并有选择地与砖中Al2O3反应,生成以C2AS为主的低熔物,在使用温度下受渣作用,C2AS等低熔物连同其所包围的高熔点尖晶石相一起流入渣中。
渣渗透的速度可用液体向多孔材料渗透的泊松方程表示:
X2=σrtcosθ/2η
式中 X-渗透距离;
r-气孔半径;
η-熔体黏度;
σ-熔体表面张力;
θ-湿润角;
t-时间。
由该式可知,在钢包操作条件一定的情况下,渣渗透速率取决于包衬砖的气孔率与渣的湿润性和渣渗透时的黏度,因此可以通过控制砖中石墨含量与分散度,来确保砖体对渣的低湿润性,从而抑制渣的渗透;同时通过提高砖中Al2O3含量,使其与渣中CaO反应形成高熔点CaO-Al2O3系化合物,堵塞气孔并增大熔体黏度,以达到抑制渣渗透并.终提高铝镁炭砖的使用性能。


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