Al2O3SiCCASC系耐火材 [复制链接]

Al2O3-SiC-C(ASC)系耐火材料由于具有强度高、热震稳定性强、抗酸碱性炉渣侵蚀及抗冲刷性能好等优良特点而广泛应用作高炉铁水沟(主铁沟、流嘴、出铁沟、渣沟等)材料、混铁车/鱼雷罐和铁水包内衬材料、混铁车/鱼雷罐喷补料、炮泥、铁水包包壁和包底砖、连铸系统等钢铁冶炼的关键部位。

在其原材料及结合剂的选择上，可参考以下内容：

1、Al2O3原料

ASC质耐火材料使用性能优良，表现在耐铁水和炉渣的化学侵蚀和承受铁水和炉渣的冲刷侵蚀。对于出铁沟浇注料，从耐侵蚀性方面考虑，可以有Al2O3系、MgO系、MgO-Al2O3系，但在含碳4.5%，温度不超过℃的铁水温度范围内，Al2O3系的耐用性已足够。主要有，致密电熔刚玉、电熔白刚玉、棕刚玉、板状刚玉、亚白刚玉等。

Al2O3系原料作为骨料的浇注料在使用时，经长时间反复加热冷却产生的脆化程度比其它体系轻。且Al2O3系的膨胀率小，所以使用时在工作面一侧产生的热应力小。关于Al2O3的作用，一般认为Al2O3是一种对Na2CO3，和Fe、P等都有极强抗侵蚀性的氧化物，但纯的Al2O3膨胀系数大，抗剥落性差，基质部分易被熔清渗透熔损，导致骨料暴露，剥落而熔损。因而单纯的Al2O3耐火材料不能满足铁沟料和铁水预处理的要求。

2、SiC原料

SiC俗称金刚砂，一般是用硅石和焦炭混合后通电反应制成的。碳化硅是一种共价键化合物，具有玻璃光泽，密度为3.17~3.47g/m3。莫氏硬度9.2，在还原气氛下℃开始分解;抗拉强度71.5MPa、耐压强度为MPa。原子间结合力强，具有高熔点、高硬度、高强度和低膨胀性、高热导性、高导电性、强化学稳定性，因此是良好的耐火材料原料。但是，在氧化气氛下，SiC易氧化，只有形成SiO2保护膜时，方能减缓氧化。

SiC具有热传导高、热膨胀低、与炉渣难以反应等许多通常氧化物原料所没有的特性。为此，从很早开始就被作为炉渣反应和高温剥落严重部位的耐火材料的主要原料使用。在不定形耐火材料中也是一样，从以捣打料和可塑料为主的时代到以低水泥浇注料为主的现在，SiC的重要性没有改变。SiC抗氧化气氛较弱，伴随着氧化生成固相的SiO2和碳以及气相的CO和COs气体。当温度超过K时，SiC不稳定，转变为SiO2。使ASC系转变成Al2O3-SiO2-C系。但如果该系统不是封闭系统，ASC质工作衬与外界接触时，CO分压有可能低于0.1Mpa，此时，SiC即是最稳定的。

3、C原料

碳具有不和渣铁反应、热膨胀率低等特点，因此碳材料具有耐渣侵蚀性强、不易粘渣的特性，且在一定温度条件下，基质中的Si与C发生反应，生成非常细小的(直径约为0.1~0.5μm)的纤维状SiC，形成SiC的补强效应。所以在研制ASC质耐火材料时，应选用挥发较少，固定碳相对较多的含碳材料，并按一定比例加入防氧化剂和分散剂。石墨材料具有很高的热稳定性，升华温度为℃，在铁水中很容易达到饱和，所以石墨具有抗铁水侵蚀的优点。常用的石墨材料有无定性石墨、人造石墨、球状石墨和鳞片状石墨。石墨材料含有部分挥发物，本身又易被氧化，所以，在追求材料致密化时不易添加石墨材料。然而，石墨的导热系数大，能使浇注料内部热量均匀分布，热应力相应减少，能提高浇注料的热震稳定性和耐剥落性。在浇注料中，石墨和沥青都可以作为碳添加剂引入。在浇注料混合物中，石墨难以稳定，当浇注料中加入水时，由于其结构，在施工中大部分石墨到达表面并很容易消失。由于其较差的可润湿性、可分散性和铝质抗氧化剂的水化趋势，会产生许多新问题，这些问题己经妨碍了含碳浇注料的发展及应用。为了在浇注料混合物中配有石墨，石墨应用一定的改性剂进行处理，以提高其粘附性。

以沥青为C源则可以避免上述缺点，沥青是煤焦油或石油经过蒸馏处理或催化裂化提取沸点不同的各种馏分后的残留物，是以芳香族和脂肪族结构为主体的混合物，呈棕黑色，不溶于水，组成和性能随原料来源、蒸馏方法和加工处理方法不同而异。

4、结合剂

结合剂的好坏决定成形体的致密性乃至耐火材料的性能。结合剂的使用技术己成为决定不定形耐火材料性能的最重要的因素之一。以下介绍两种无机结合剂，铝酸盐水泥和β-Al2O3。

(a)铝酸盐水泥

铝酸盐水泥的性质主要取决于其矿物组成。铝酸一钙(简写为CA)是各种高铝水泥中的主要矿物，具有很高的水硬活性，凝结虽不快但硬化迅速，是高铝水泥的强度(特别是早期强度)的主要来源。二铝酸钙(简写为CA2)在氧化钙含量较低的高铝水泥中含量较多，如在含Al2O3约为70%的铝水泥中CA2与CA含量之比约等于1，其水化硬化较慢，早期强度较低而后期强度较高。七铝酸十二钙(简写为C13A7)在Al2O3/CaO比值较小而含SiO2不高的高铝水泥中往往有少量存在，具有水化快、凝结迅速的特性，但强度不高。在水泥中若此种矿物含量较高可能使后期强度降低，当超过10%时，常会引起快凝。钙黄长石(C2AS)存在于SiO2含量较高的高铝水泥中。纯钙长石不发生水化反应，对水泥的水化和硬化无积极作用。

(b)β-Al2O3

20世纪70年代，日本人最先采用β-Al2O3做浇注料的结合剂，80年代后我国也逐步开展了β-Al2O3结合浇注料的研究，现在己批量生产，β-Al2O3结合的刚玉浇注料在冶金及化工部门的一些高温炉上使用发现比纯铝酸钙水泥结合的浇注料的高温性能优越。β-Al2O3作为浇注料结合剂的最大特点是不含有CaO。由于β-Al2O3在高温情况下转变为α-Al2O3，所以β-Al2O3结合的浇注料使用的温度较高，超过℃。

β-Al2O3水化后形成AI(OH)3和AlOOH，可以起到胶结和硬化的作用，这就是β-Al2O3作为浇注料结合剂的应用原理。随着生产技术的进步，β-Al2O3微粉的性能逐渐被人们认识，用它作结合剂在出铁沟浇注料中的应用也日趋广泛。在β-Al2O3众多晶型中，β-Al2O3是唯一在高温下有自发水化能力的形态，该水化的反应方程式为：

β-Al2O3+2H2O→Al(OH)+AlOOH