铝碳耐火材料介绍(赵惠忠)

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1、铝碳质耐火材料铝碳质耐火材料是指将氧化铝原料和碳素原料，大多数情况下还加入其它原料，如SiC、金属Si等，用沥青或树脂等有机结合剂粘结而成的碳复合耐火材料。铝碳质耐火材料大量应用于钢铁生产工艺过程中的连铸工序、高炉铁水沟和铁水包等设备上。图6.1是钢铁生产工序图及有关设备名称。图6.1钢铁生产工序连铸工序：钢包＋中间包6.1连铸用铝碳质耐火材料6.1.1连铸对耐火材料的要求60年代连铸技术的引入，使得模铸－脱模－均热炉－开坯这一工序过程得以简化为一步将钢液变成热轧钢坯的过程，并具有节能、节省基建投资、降低生产成本、提高效率的优点，是一种高产、低耗的生产方法。连铸工序在钢铁生产工序中占有重要

2、的地位。连铸用耐火材料，是指从钢包开始连铸工序所用的耐火材料。近年来，由于对钢材质量要求的提高，对连铸用耐火材料的质量也不断提高，连铸对耐火材料的要求为：耐高温；不与钢液或合金发生反应；抗渣性强；抗高速钢流冲刷；低气孔率，防止空气进入钢液；高的抗热冲击能力；精确的几何尺寸；装置和使用简单，质量稳定，价格不能太高。连铸用耐火材料如图6.2所示，其中用到碳复合耐火材料的部位有：钢包的渣线，各种水口砖、各种滑板及整体塞棒。图6.2连铸用耐火材料滑动水口用耐火材料注钢用耐火材料，60年代以前使用套筒塞棒，60年代开发了滑动水口，从钢包往中间包以及从中间包往结晶器中注钢，是连铸用耐火材料的一大变革。

3、作为钢水流量的控制方式，最早提出滑动水口方案的是1885年美国专利，1964年、1968年德国和日本分别开始使用滑动水口，我国70年代开始推广使用。滑动水口系统（包括上下水口、上下滑板）作为钢包和中间包的钢水流量控制系统，因可控性好，能提高生产率而得到迅速发展。滑动水口系统优于传统的塞头水口控制系统，它促进了钢包精炼工艺和连铸技术的发展，同时，随着钢产量的上升和钢质量的提高，与此同时多炉连铸技术的发展必须要求滑动水口系统增加使用寿命，减少操作费用。因此滑动水口结构和滑动水口用耐火材料都不断地改进。由于连铸比的增加及炉外精炼技术的发展促进了滑动水口技术的不断推广。目前板坯和大型板坯连铸均采用

4、滑动水口，方坯连铸也部分采用滑动水口。传统的水口、塞棒技术只使用在浇注不锈钢用的中间包等极为特殊用途的场合。由于滑板（SlidingPlate）直接控制钢水的流量，所以被认为是滑动水口系统中最重要的部分，为了获得较长的使用寿命和稳定的操作，滑板砖作为滑动水口系统的耐火材料和机械部件都要求具有优良的性能。6.1.2滑板1>.滑板的类型及组成往复式旋转式从结构上分：按滑动方式的不同，分为往复式和旋转式；从组成滑板的块数上分：两层式和三层式；从用途上分：由钢包用和中间包用滑板。图6.3滑板类型2>.滑板的发展滑动水口系统发展初期，滑板砖使用的是陶瓷结合高铝或镁质耐火材料，为增强其基质耐蚀性，防止

5、渣的渗透，采用焦油浸渍，工作地点受到焦油的严重污染。镁质滑板用在钢渣量多或含氧量高的腐蚀钢种场合，MgO含量为85~95%，另加一些Al2O3或尖晶石以提高其热震稳定性。随着多炉连铸要求的提高，碳结合铝碳质滑板解决了陶瓷结合滑板存在的问题。添加石墨的铝碳质滑板比高铝质滑板使用寿命要高得多，特别适用于电炉和中间包的小型滑板上，但在大型钢包滑板上还不令人满意。这是因为滑板面的损毁随着气孔率的降低或常温耐压的提高而减轻，但因此也增大了弹性模量，从而降低了热震稳定性。一般情况下，强度上升，热震稳定性下降，这是铝碳质滑板存在的问题。莫来石、锆莫来石、锆刚玉等材料比刚玉的膨胀系数小，因此这些材料适合于

6、作为滑板的原料，以降低制品的膨胀系数和提高其的热震稳定性。目前，作为一种膨胀率低适合于生产低膨胀高、抗热震稳定性的材料如AZTS（Al2O3-ZrO2-TiO2-SiO2）已被投入生产和使用。AZTS的主要矿物组成为刚玉、斜锆石、和莫来石（monoclinc-ZrO2）。刚玉中含有Al2O3-TiO2和m-ZrO2,这类材料由三种以上矿相组成，矿相在材料中分布均匀。AZTS材料应用于滑板后的能使滑板的膨胀率和弹性模量降低，热震稳定性提高。图6.4是AZTS等材料的膨胀曲线。图6.4有关材料的的膨胀曲线氧化铝原料（粗中细）碳素原料(石墨、碳黑)添加物（Si、Al、SiC）结合剂混合成型还原烧

7、成油浸热处理机加工成品铝碳滑板的制造工艺流程如图6.5。图6.5滑板制造工艺流程6.1.3滑板的基本制造工艺1、烧成铝碳滑板原料：烧结刚玉、电熔刚玉、烧结刚玉－莫来石、合成莫来石、鳞片石墨、碳黑、硬质沥青和添加剂。工艺流程：烧成铝碳滑板的结合系统在烧成铝碳滑板中，有机结合剂在烧成中碳化结焦，形成碳结合；加入物Si，在1300℃还原烧成时，与碳素生成β－SiC,在砖体内形成陶瓷结合。所以烧成铝碳滑板中存在着两种结合系统，它