鞏義市孝義紅衛粘合劑廠
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▍新聞動態
紅柱石不燒磚原料選擇、生產工藝及理化性能指標
根據紅柱石耐磨、抗侵蝕性能等特點，林彬蔭教授與吳畏虎于1989年對紅柱石- SiC-C磚進行了研制，之后和鞏義市第五耐火材料總廠協作，進一步研制與應用。
20年來該廠已生產數千噸產品供給原首都鋼鐵公司魚雷式鐵水罐使用。使用效果明顯，在容積150t的鐵水罐(未三脫)平均往返近千次，磚尚殘留約2/3，期間未經噴補。
一、主體原料的選擇
(一)氧化鋁
紅柱石-SiC-C磚的Al2O3主要來自紅柱石，但尚需引入剛玉、莫來石、特級礬土熟料等，尤其在基質部分，添加特種抗侵蝕原料，以提高材料的致密度、耐壓強度和抗侵蝕性。選擇氧化鋁原料要注意以下幾點：
(1) 以特級高鋁礬土為主體原料生產的特等高鋁磚，雖然其強度較高，但在使用中更容易引起結構剝落，所以高鋁礬土的使用需要注意。
(2) Al2O3-SiC-C(ASC)磚的耐侵蝕性能隨著SiO2含量的增多而下降
20年來該廠已生產數千噸產品供給原首都鋼鐵公司魚雷式鐵水罐使用。使用效果明顯，在容積150t的鐵水罐(未三脫)平均往返近千次，磚尚殘留約2/3，期間未經噴補。
一、主體原料的選擇
(一)氧化鋁
紅柱石-SiC-C磚的Al2O3主要來自紅柱石，但尚需引入剛玉、莫來石、特級礬土熟料等，尤其在基質部分，添加特種抗侵蝕原料，以提高材料的致密度、耐壓強度和抗侵蝕性。選擇氧化鋁原料要注意以下幾點：
(1) 以特級高鋁礬土為主體原料生產的特等高鋁磚，雖然其強度較高，但在使用中更容易引起結構剝落，所以高鋁礬土的使用需要注意。
(2) Al2O3-SiC-C(ASC)磚的耐侵蝕性能隨著SiO2含量的增多而下降
(3) 混鐵車內襯耐火材料的耐侵蝕性，受其使用部位所制約。在渣線部位，要求耐火材料具有更優良的抗侵蝕性能。
(4) 磚縫是內襯耐火材料砌筑的薄弱環節，鐵水、渣等易通過磚縫擴大對磚的侵蝕，造成耐火材料砌體的損壞。
據此，含紅柱石的ASC磚，在氧化鋁原料的選擇上應注意以下幾點：
(1) 根據混鐵車不同部位，選用不同Al2O3含量的原料(相應SiO2含量有變化)制成多品種的耐火材料，以保持內襯的均衡損壞。例如在混鐵車渣線部位和沖擊部位選用高鋁低硅的材料。此時，材料以抗侵蝕、抗沖刷為主，而在一般部位，材料的Al2O3/SiO2比值可降低。
(2) 選用在使用過程中能產生微膨脹或反應產生膨脹的原料，使耐火材料在使用過程中擠緊砌縫，減弱鐵水、渣通過磚縫對磚的侵蝕。
(3) 鑒于大結晶的晶相(如莫來石、剛玉等)更有利于耐火材料耐侵蝕性，故在成本允許下，盡可能選用電熔原料。
(二)鱗片石墨
石墨的膨脹系數很小(20〜1000℃，α= 1.4 X 10-6℃)，彈性模量小(0.088MPa)，導熱性好(1000℃， 64W/(m·K))，故在材料中引入石墨能克服一般氧化物材料斷裂籾性差的特點，所以抗熱震性能纖。其抗熱震性與石墨的加入量成正比。
石墨尚有與熔渣的不潤濕性。我們知道，爐渣滲透爐襯的途徑之一是通過毛細管，由于石墨此特性，熔渣不能進入內壁涂有石墨的毛細管，有效地提高了制品的抗侵蝕性能。
此外，石墨在高溫下形成的網狀結構，對耐火材料性能有利。
鱗片石墨的選擇，要根據耐火制品使用部位不同而有不同的選擇，一般選-193 ~ - 195，含量為5% ~ 15%。
(三) SiC原料
SiC是超硬度材料之一，莫氏硬度在9.2 ~ 9.6之間，其膨脹系數小，導熱好。耐火材料中引入SiC能改善其抗熱震性，抗侵蝕，也作為抑制石墨氧化的抗氧化劑用。
SiC在CO氣氛下，其基本反應為：
SiC(s)+C0(g)→SiO(g)+2C(s)
SiC(s)+ C0(g)→SiO2+ C(s)
綜合反應：SiC(s)+ 2CO(g)6.png)
SiO2+ 3C(s)
從以上SiC的反應可見：
(1) SiC的分解，補充了一部分的C(s)。
(2) 1mol SiC生成1mol SiO2和3mol C，反應將導致產生3.76倍的體積膨脹，使磚體致密化，從而減少外界的氧化性氣氛進入磚體產生氧化。
(3) SiC氧化生成SiO2，而SiO2熔融成薄膜狀覆在工作面上。SiO2生成量增加，從而可封閉氣孔和形成陶瓷結合結構，阻止氧進入磚體內部，改善石墨的氧化性能，提高耐火制品的使用壽命。但是，SiO2的存在對耐火材料抗侵蝕不利，應根據不同使用部位控制SiC用量。
SiC粒度，有兩個問題要考慮：(1)用來抑制石墨的氧化;(2)改善耐火制品耐剝落等性能。為此，SiC粒度既有-0.074mm的細粉，又有0.15mm的細粉。
SiC顏色有黑色綠色兩種。綠色SiC性能優于黑色SiC，根據使用部位及成本而選擇。此外，SiC與石墨的次料，視使用部位而慎重選擇。SiC的用量，根據不同使用部位控制，一般為10% ~ 15%。
Al2O3-SiC-C磚中SiC用量與抗侵蝕性能的關系
四)抗氧化劑和特種耐侵蝕劑
除上述主體原料之外，尚添加抗氧化劑，特種耐侵蝕劑等。抗氧化劑有多種，如金屬鋁粉、硅粉、鎂粉，非氧化物B4C、Si3N4、Cr2O3等。這些抗氧化劑除抑制石墨氧化之外，某些抗氧化劑尚有提高耐火材料強度的功能，從而能改善耐火材料的抗沖刷和磨損。表20-8為相同配方、相同工藝參數下的紅柱石-SiC-C 磚，加入與不加抗氧化劑對耐火材料性能的影響。
但是抗氧化劑都較昂貴，根據使用部位和耐火磚的成本而有不同的選擇。
二、 紅柱石-SiC-C不燒磚生產工藝要點
紅柱石-SiC-C磚生產工藝見圖20-4。由于該磚是含C耐火材料，為使攪拌混勻，宜選用強力攪拌機。生產時，所用原料要保證干燥，尤其是氧化鋁原料，生產前要進行熱處理，冬季生產更應注意。熱處理溫度控制在200℃左右。
三、 紅柱石-SiC-C不燒磚的理化性能
根據鐵水罐不同部位有不同的作業條件，提供不同部位相應的紅柱石-SiC-C磚，使用效果較好。容積150t的鐵水罐，一次性使用近千次，中間未進行噴補、維修，還殘余磚長345mm的2/3左右(渣線部位)。
將一個已運轉884次，使用13個月余、輸送鐵水114920t的鐵水罐，停罐冷卻拆除，檢查磚的使用情況。
紅柱石-SiC-C磚應用于未三脫處理的魚雷式鐵水罐有如下明顯的技術效果：
(1) 有良好的抗爐渣侵蝕和耐沖刷性能。在魚雷式鐵水罐沖擊部位，紅柱石-SiC-C磚的最大侵蝕率為0. 29mm/次，平均0. 155 ~0. 165mm/次。
(2) 有良好的抗熱震性。生產中未見崩裂、脫落、裂大縫情況。原首鋼的鐵水罐內襯，曾使用某地的高鋁磚，使用壽命約200罐次左右。表20-11某鋼廠150t魚雷罐用高鋁磚剖析
從高鋁磚使用壽命約為200次分析，它在鐵水罐中使用不適應其作業條件。原首鋼150t魚雷式鐵水罐，除鐵水未進行三脫處理外，其作業條件還有：
(1) 鐵水溫度為1420~1480℃。
(2) 鐵水罐出鐵水前后溫度：從1380℃或1400℃至700℃左右，溫差約 700℃。顯然，材質抗溫度急變性能要好。
(3) 鐵水罐周轉時間一般為2〜3次/d，較為頻繁。運輸距離約10km。
(4) 鐵水經鐵水罐的出鐵口到底部位的高度為4 ~5m。
從以上可見，魚雷式鐵水罐內襯磚長期處在溫差變化大，化學侵蝕、機械沖刷激烈等條件下。無疑，這樣的作業條件較為惡劣，一般高鋁磚與此條件不相適應。一般高鋁磚的抗熱震性約10次左右，此項指標難適應溫差大的作業條件， 從剖析高鋁磚結果看，玻璃相含量大(9. 54%)，荷重軟化溫度低(T2 1550℃)， 無疑在使用中易造成崩裂和脫落。
綜上所述，以紅柱石為基的Al2O3-SiC-C磚，在未進行三脫處理的魚雷式鐵水罐作襯材，是較理想的材質。
在鐵水進行三脫處理的魚雷式鐵水罐中，由于堿度波動大(0.5~3. 0)等因素，使用紅柱石-SiC-C磚時，壽命將縮短，此時在沖擊部位、渣線部位選用剛玉基的Al2O3-SiC-C磚為好
(4) 磚縫是內襯耐火材料砌筑的薄弱環節，鐵水、渣等易通過磚縫擴大對磚的侵蝕，造成耐火材料砌體的損壞。
據此，含紅柱石的ASC磚，在氧化鋁原料的選擇上應注意以下幾點：
(1) 根據混鐵車不同部位，選用不同Al2O3含量的原料(相應SiO2含量有變化)制成多品種的耐火材料，以保持內襯的均衡損壞。例如在混鐵車渣線部位和沖擊部位選用高鋁低硅的材料。此時，材料以抗侵蝕、抗沖刷為主，而在一般部位，材料的Al2O3/SiO2比值可降低。
(2) 選用在使用過程中能產生微膨脹或反應產生膨脹的原料，使耐火材料在使用過程中擠緊砌縫，減弱鐵水、渣通過磚縫對磚的侵蝕。
(3) 鑒于大結晶的晶相(如莫來石、剛玉等)更有利于耐火材料耐侵蝕性，故在成本允許下，盡可能選用電熔原料。
(二)鱗片石墨
石墨的膨脹系數很小(20〜1000℃，α= 1.4 X 10-6℃)，彈性模量小(0.088MPa)，導熱性好(1000℃， 64W/(m·K))，故在材料中引入石墨能克服一般氧化物材料斷裂籾性差的特點，所以抗熱震性能纖。其抗熱震性與石墨的加入量成正比。
石墨尚有與熔渣的不潤濕性。我們知道，爐渣滲透爐襯的途徑之一是通過毛細管，由于石墨此特性，熔渣不能進入內壁涂有石墨的毛細管，有效地提高了制品的抗侵蝕性能。
此外，石墨在高溫下形成的網狀結構，對耐火材料性能有利。
鱗片石墨的選擇，要根據耐火制品使用部位不同而有不同的選擇，一般選-193 ~ - 195，含量為5% ~ 15%。
(三) SiC原料
SiC是超硬度材料之一，莫氏硬度在9.2 ~ 9.6之間，其膨脹系數小，導熱好。耐火材料中引入SiC能改善其抗熱震性，抗侵蝕，也作為抑制石墨氧化的抗氧化劑用。
SiC在CO氣氛下，其基本反應為：
SiC(s)+C0(g)→SiO(g)+2C(s)
SiC(s)+ C0(g)→SiO2+ C(s)
綜合反應：SiC(s)+ 2CO(g)
SiO2+ 3C(s)從以上SiC的反應可見：
(1) SiC的分解，補充了一部分的C(s)。
(2) 1mol SiC生成1mol SiO2和3mol C，反應將導致產生3.76倍的體積膨脹，使磚體致密化，從而減少外界的氧化性氣氛進入磚體產生氧化。
(3) SiC氧化生成SiO2，而SiO2熔融成薄膜狀覆在工作面上。SiO2生成量增加，從而可封閉氣孔和形成陶瓷結合結構，阻止氧進入磚體內部，改善石墨的氧化性能，提高耐火制品的使用壽命。但是，SiO2的存在對耐火材料抗侵蝕不利，應根據不同使用部位控制SiC用量。
SiC粒度，有兩個問題要考慮：(1)用來抑制石墨的氧化;(2)改善耐火制品耐剝落等性能。為此，SiC粒度既有-0.074mm的細粉，又有0.15mm的細粉。
SiC顏色有黑色綠色兩種。綠色SiC性能優于黑色SiC，根據使用部位及成本而選擇。此外，SiC與石墨的次料，視使用部位而慎重選擇。SiC的用量，根據不同使用部位控制，一般為10% ~ 15%。
Al2O3-SiC-C磚中SiC用量與抗侵蝕性能的關系
四)抗氧化劑和特種耐侵蝕劑
除上述主體原料之外，尚添加抗氧化劑，特種耐侵蝕劑等。抗氧化劑有多種，如金屬鋁粉、硅粉、鎂粉，非氧化物B4C、Si3N4、Cr2O3等。這些抗氧化劑除抑制石墨氧化之外，某些抗氧化劑尚有提高耐火材料強度的功能，從而能改善耐火材料的抗沖刷和磨損。表20-8為相同配方、相同工藝參數下的紅柱石-SiC-C 磚，加入與不加抗氧化劑對耐火材料性能的影響。
但是抗氧化劑都較昂貴，根據使用部位和耐火磚的成本而有不同的選擇。
二、 紅柱石-SiC-C不燒磚生產工藝要點
紅柱石-SiC-C磚生產工藝見圖20-4。由于該磚是含C耐火材料，為使攪拌混勻，宜選用強力攪拌機。生產時，所用原料要保證干燥，尤其是氧化鋁原料，生產前要進行熱處理，冬季生產更應注意。熱處理溫度控制在200℃左右。
三、 紅柱石-SiC-C不燒磚的理化性能
根據鐵水罐不同部位有不同的作業條件，提供不同部位相應的紅柱石-SiC-C磚，使用效果較好。容積150t的鐵水罐，一次性使用近千次，中間未進行噴補、維修，還殘余磚長345mm的2/3左右(渣線部位)。
將一個已運轉884次，使用13個月余、輸送鐵水114920t的鐵水罐，停罐冷卻拆除，檢查磚的使用情況。
紅柱石-SiC-C磚應用于未三脫處理的魚雷式鐵水罐有如下明顯的技術效果：
(1) 有良好的抗爐渣侵蝕和耐沖刷性能。在魚雷式鐵水罐沖擊部位，紅柱石-SiC-C磚的最大侵蝕率為0. 29mm/次，平均0. 155 ~0. 165mm/次。
(2) 有良好的抗熱震性。生產中未見崩裂、脫落、裂大縫情況。原首鋼的鐵水罐內襯，曾使用某地的高鋁磚，使用壽命約200罐次左右。表20-11某鋼廠150t魚雷罐用高鋁磚剖析
從高鋁磚使用壽命約為200次分析，它在鐵水罐中使用不適應其作業條件。原首鋼150t魚雷式鐵水罐，除鐵水未進行三脫處理外，其作業條件還有：
(1) 鐵水溫度為1420~1480℃。
(2) 鐵水罐出鐵水前后溫度：從1380℃或1400℃至700℃左右，溫差約 700℃。顯然，材質抗溫度急變性能要好。
(3) 鐵水罐周轉時間一般為2〜3次/d，較為頻繁。運輸距離約10km。
(4) 鐵水經鐵水罐的出鐵口到底部位的高度為4 ~5m。
從以上可見，魚雷式鐵水罐內襯磚長期處在溫差變化大，化學侵蝕、機械沖刷激烈等條件下。無疑，這樣的作業條件較為惡劣，一般高鋁磚與此條件不相適應。一般高鋁磚的抗熱震性約10次左右，此項指標難適應溫差大的作業條件， 從剖析高鋁磚結果看，玻璃相含量大(9. 54%)，荷重軟化溫度低(T2 1550℃)， 無疑在使用中易造成崩裂和脫落。
綜上所述，以紅柱石為基的Al2O3-SiC-C磚，在未進行三脫處理的魚雷式鐵水罐作襯材，是較理想的材質。
在鐵水進行三脫處理的魚雷式鐵水罐中，由于堿度波動大(0.5~3. 0)等因素，使用紅柱石-SiC-C磚時，壽命將縮短，此時在沖擊部位、渣線部位選用剛玉基的Al2O3-SiC-C磚為好
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