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以寶鋼、五耐等廠為例說明高爐用硅線石磚生產實例
  2019-1-15

  寶鋼1號高爐使用的硅線石

  我國寶鋼1號高爐,容積為4063m3。高爐內襯耐材采用了當時認為是先進的技術,大部分為國外引進。

  在爐缸炭磚上的鐵口、風口區使用硅線石磚。爐缸炭磚上排列著36個風口。為確保內襯結構的穩定性、密封性,避免堿性物的侵入和析出,或風口漏風,在出鐵口、風口部位,內襯耐火材料選擇大塊型組合磚結構。在材質選擇上,采用熱震穩定性、耐剝落性良好的硅線石質大型組合磚(H31)砌筑。

  H31硅線石磚最關鍵的技術指標是顯氣孔率。因為是大型組合磚,每塊磚一般重10kg,大者不小于15kg,所以達到此技術指標難度很大。 再者上述規格值指標是最基本指標,典型值或實物指標遠比規格值指標大。只有材質致密,氣孔率低,才能有效承受氣流和熔體的沖擊。

  為了獲得高密度低氣孔率的制品,除了合理選擇原料、顆粒級配、煅燒溫度等外,選擇高壓成型是至關重要的。

  武鋼3200m3高爐出鐵口、風口部位也參照寶鋼1號高爐H31技術指標,此外,還要求抗堿金屬侵蝕性能良好。顯然此技術要求是合理的,因為在風口和出鐵口區,耐火材料要承受堿、鋅、碳及鐵水、爐渣的侵蝕。

  高爐用硅線石磚生產實例

  原山東耐火材料廠

  山東耐火材料廠是我國開發高爐用硅線石磚較早的企業。該廠在剖析國外J 國H31硅線石磚的基礎上,于1986年9月成功研制出符合要求的產品。

  該廠生產的高爐硅線石磚用硅線石為基質,莫來石、礬土熟料、焦寶石熟料作骨料,加入適量結合黏土以適當的比例與顆粒混合,經混煉、高壓成型和適當燒成溫度而成。

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

  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質耐火材料。

  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、三期工程生產了高爐用硅線石磚。使用部位是爐底保護磚、爐喉內襯及風口組合磚。

  該磚是以硅線石、紅柱石和燒結莫來石為主要原料,加入部分超微粉和結合劑,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%。

  該廠生產的硅線石磚,使用硅線石和紅柱石復合材料。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化,紅柱石晶體轉化未完全,因此在使用過程中,這些晶體繼續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。

  鞏義市第五耐火材料總廠

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

  根據硅線石磚(H31)的使用部位對硅線石磚的要求,在研制與生產高爐用硅線石磚(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,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構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) 顯微結構控制。研究與生產耐火材料,顯微結構是重要的問題。通過顯微結構控制,改善和提高產品的性能。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結構。結晶相選用莫來石為主的莫來石-剛玉復合材料,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。

  根據以上對H31牌號硅線石磚研制與生產思路,采用莫來石-剛玉為骨料,硅線石為主要基質,類似高鋁磚的生產工藝,在低于1550℃溫度下煅燒,可制得高爐用的硅線石制品。

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

  (一)對比用耐火磚的理化指標

  選擇試驗室及工業生產的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,各磚的理化指標見表13-7。

  (二)抗堿試驗方法與結果

  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。其結果見表13-8。

  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的H21莫來石質低蠕變磚(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及工業生產的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、中型高爐裝料系統和爐身中上部用Sialon結合硅線石磚代替致密黏土磚內襯。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Sialon結合剛玉制品相類似的生產工藝,在高純氮氣氣氛下燒成而制得。由于是Sialon結合,故產品的高溫強度、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。其理化指標見表13-9。

  以上提到20世紀70年代末,我國寶鋼1號高爐出鐵口一風口區使用硅線石磚;90年代拉丁美洲在出鐵口一風口區仍使用硅線石磚。但是隨著科技的發展,已逐漸由新產品代替,如寶鋼1號高爐(第二代)鐵口區、風口區分別用大塊超微孔炭磚、剛玉質澆注料;2號高爐(爐容4063m3)鐵口區、風口區分別用 Al2O3-SiC-C磚、自結合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。

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