焦?fàn)t用硅線石磚

一、原山東耐火材料廠

山東耐火材料廠是我國開發(fā)高爐用硅線石磚較早的企業(yè)。該廠在剖析國外J 國H31硅線石磚的基礎(chǔ)上，于1986年9月成功研制出符合要求的產(chǎn)品，見表1。

該廠生產(chǎn)的高爐硅線石磚用硅線石為基質(zhì)，莫來石、礬土熟料、焦寶石熟料作骨料，加入適量結(jié)合黏土以適當(dāng)?shù)谋壤c顆?；旌?，經(jīng)混煉、高壓成型和適當(dāng)燒成溫度而成。

表1高爐用硅線石磚理化性能指標(biāo)

硅線石磚原料的化學(xué)成分見表2，硅線石磚的生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

表2硅線石磚原料的主要化學(xué)成分

　　圖1高爐硅線石磚生產(chǎn)工藝流程

硅線石磚的燒成溫度在1350 ~1400℃之間。這是工藝參數(shù)上的一大特色。燒成是在隧道窯中進(jìn)行的。

綜上所述，在高鋁物料(磯土、莫來石等)中添加硅線石可以制得優(yōu)質(zhì)耐火材料。

二、原河南焦作耐火材料廠

原冶金部建筑研究總院與原焦作耐火材料廠合作，為寶鋼二期、三期工程生產(chǎn)了高爐用硅線石磚。使用部位是爐底保護(hù)磚、爐喉內(nèi)襯及風(fēng)口組合磚。

該磚是以硅線石、紅柱石和燒結(jié)莫來石為主要原料，加入部分超微粉和結(jié)合劑，采用高壓成型或震動加壓成型，在隧道窯燒成。燒成溫度為1390?1400℃， 保溫10 ~ 16h。

硅線石磚配料比：硅線石30% ~ 40%，紅柱石+莫來石為35% ~ 55%，特級礬土 10% ~ 15%，生黏土5% ~ 10%。

制品的理化指標(biāo)見表3。

表3寶鋼高爐用硅線石磚的性能指標(biāo)

該廠生產(chǎn)的硅線石磚，使用硅線石和紅柱石復(fù)合材料。硅線石精礦粒度：0.250 ~ 0.149mm 約10%~20%，0.149 ~ 0.104mm 約27% ~ 60%，0.104 ~ 0.074mm約12% ~28%，小于0.074mm約30%?48%。此種粒度在制磚時作為中間顆粒使用。

紅柱石與硅線石分解溫度不同，在約1400℃煅燒溫度下，制品中硅線石晶體尚未轉(zhuǎn)化，紅柱石晶體轉(zhuǎn)化未完全，因此在使用過程中，這些晶體繼續(xù)莫來石化伴隨的微量膨脹，又足以抵消制品在高溫下液相量增多而產(chǎn)生的收縮，提高制品的荷重軟化溫度。同時高壓成型又起到降低氣孔率，增加強度的作用。

三、鞏義市第五耐火材料總廠

由原武漢鋼鐵學(xué)院研制，鞏義市第五耐火材料總廠生產(chǎn)的硅線石磚(H31)， 也達(dá)到或超過國外J國H31的技術(shù)要求。該磚用于武鋼3200m3高爐。

根據(jù)硅線石磚(H31)的使用部位對硅線石磚的要求，在研制與生產(chǎn)高爐用硅線石磚(H31)時須掌握以下幾個問題：

(1) 材料選擇上。材料選用Al2O3-SiO2-ZrO2系富鋁區(qū)，此處剛玉、莫來石是重要的一個系列。兩個端元材料都有高溫結(jié)構(gòu)強度大或抗熱震和抗侵蝕等特 點。如果添加ZrO2組分，對抗侵蝕性更有利。

(2) 顯微結(jié)構(gòu)控制。研究與生產(chǎn)耐火材料，顯微結(jié)構(gòu)是重要的問題。通過顯微結(jié)構(gòu)控制，改善和提高產(chǎn)品的性能。H31牌號的硅線石磚，主要是在物相上控制：1)減少玻璃相量，提高制品的抗侵蝕性;2)增加晶相含量，盡量使制品成為全晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。結(jié)晶相選用莫來石為主的莫來石-剛玉復(fù)合材料，另外還有斜鋯石(ZrO2)相。

(3) 采用合理的顆粒級配及高壓成型和加壓振動成型，以降低氣孔率，提高強度。

根據(jù)以上對H31牌號硅線石磚研制與生產(chǎn)思路，采用莫來石-剛玉為骨料，硅線石為主要基質(zhì)，類似高鋁磚的生產(chǎn)工藝，在低于1550℃溫度下煅燒，可制得高爐用的硅線石制品。其技術(shù)指標(biāo)見表4。

表4高爐用硅線石磚的理化指標(biāo)

H31硅線石磚使用在高爐出鐵口-風(fēng)口區(qū)。該區(qū)堿性物對磚侵蝕較劇烈。為了檢驗磚的抗堿性，系統(tǒng)作了以下對比試驗。

(一)對比用耐火磚的理化指標(biāo)

選擇試驗室及工業(yè)生產(chǎn)的H31硅線石磚與某廠高鋁磚及山東耐火材料廠的H21低蠕變磚(1550℃，50h，蠕變率不大于1%)做對比試驗，各磚的理化指標(biāo)見表5。

表5各種硅線石磚的理化性能

(二)抗堿試驗方法與結(jié)果

分別把磚樣制成25mm×25mm×5mm和25mm×25mm×125mm的試樣，放入自制的坩堝中，加入K2CO3和焦炭的混合物(比例1.1:1)，在硅炭棒爐中在1100℃、1200℃及1300℃并各恒溫10h進(jìn)行抗侵蝕試驗，自然冷卻到低于300℃時取出磚樣，測定耐壓強度、常溫及高溫抗折強度。其結(jié)果見表6。

表6 H31硅線石磚與其他耐火磚堿侵蝕后強度對比

通過抗堿對比試驗可以看出，H31硅線石磚的抗堿能力明顯高于普通高鋁磚，但低于山東耐火材料廠生產(chǎn)的H21莫來石質(zhì)低蠕變磚(1550℃，50h，蠕變率不大于1%)。H21磚由堿侵蝕前常溫耐壓強度243. 3MPa降至1300℃、10h、堿侵蝕后的72. 7MPa，強度下降率為70.12% ;而H3n2及工業(yè)生產(chǎn)的H31分別由166. 3MPa和134.4MPa降至1200℃、10h、堿侵蝕后的37.8MPa和30.5MPa，強度下降率分別為77.25%與77.32%; 1300℃、10h、堿侵蝕后強度下降率為80.32%與81.18%。H31硅線石磚在堿侵蝕后強度雖然下降，但仍保持較大的強度。對用來作對比的普通高鋁磚，不可能與之相提并論。H31硅線石磚抗堿性能較高鋁磚好。

有資料指出，為了與高爐15~20年的爐齡相匹配，在大、中型高爐裝料系統(tǒng)和爐身中上部用Sialon結(jié)合硅線石磚代替致密黏土磚內(nèi)襯。Sialon-硅線石磚是以莫來石、硅線石、紅柱石、金屬硅等為主要原料，采用與生產(chǎn)Sialon結(jié)合剛玉制品相類似的生產(chǎn)工藝，在高純氮氣氣氛下燒成而制得。由于是Sialon結(jié)合，故產(chǎn)品的高溫強度、抗注、抗渣、抗鐵水性、抗熱震性等高溫實用性能較普通硅線石磚有了很大的提高。其理化指標(biāo)見表7。

表7硅線石制品的理化性能指標(biāo)

以上提到20世紀(jì)70年代末，我國寶鋼1號高爐出鐵口一風(fēng)口區(qū)使用硅線石磚;90年代拉丁美洲在出鐵口一風(fēng)口區(qū)仍使用硅線石磚。但是隨著科技的發(fā)展，已逐漸由新產(chǎn)品代替，如寶鋼1號高爐(第二代)鐵口區(qū)、風(fēng)口區(qū)分別用大塊超微孔炭磚、剛玉質(zhì)澆注料;2號高爐(爐容4063m3)鐵口區(qū)、風(fēng)口區(qū)分別用 Al2O3-SiC-C磚、自結(jié)合SiC磚;某些鋼廠用Si3N4-SiC磚、微孔剛玉磚等。這些磚更能抗堿、抗渣的侵蝕。

硅磚缺點:

《1》在900度以下的低溫階段，熱穩(wěn)定性差。因此炭化室爐頭部位如用硅磚，在長期生產(chǎn)過程中，砌體很容易碎裂破損。

《2》受潮的硅磚在使用時，雖然不會像鎂磚那樣發(fā)生化學(xué)變化，但由于水的存在，硅磚受熱后會產(chǎn)生大量高溫蒸汽，使硅磚產(chǎn)生裂縫并使耐壓強度大大降低，所以像砌筑焦?fàn)t時，對于硅磚的保護(hù)十分重要。