一、原山东耐火材料厂
山东耐火材料厂是我国开发高炉用硅线石砖较早的企业。该厂在剖析国外J 国H31硅线石砖的基础上,于1986年9月成功研制出符合要求的产品,见表1。
该厂生产的高炉硅线石砖用硅线石为基质,莫来石、矾土熟料、焦宝石熟料作骨料,加入适量结合黏土以适当的比例与颗粒混合,经混炼、高压成型和适当烧成温度而成。
表1高炉用硅线石砖理化性能指标
硅线石砖原料的化学成分见表2,硅线石砖的生产工艺流程如图1所示。
表2硅线石砖原料的主要化学成分
图1高炉硅线石砖生产工艺流程
硅线石砖的烧成温度在1350 ~1400℃之间。这是工艺参数上的一大特色。烧成是在隧道窑中进行的。
综上所述,在高铝物料(矶土、莫来石等)中添加硅线石可以制得优质耐火材料。
二、原河南焦作耐火材料厂
原冶金部建筑研究总院与原焦作耐火材料厂合作,为宝钢二期、三期工程生产了高炉用硅线石砖。使用部位是炉底保护砖、炉喉内衬及风口组合砖。
该砖是以硅线石、红柱石和烧结莫来石为主要原料,加入部分超微粉和结合剂,采用高压成型或震动加压成型,在隧道窑烧成。烧成温度为1390〜1400℃, 保温10 ~ 16h。
硅线石砖配料比:硅线石30% ~ 40%,红柱石+莫来石为35% ~ 55%,特级矾土 10% ~ 15%,生黏土5% ~ 10%。
制品的理化指标见表3。
表3宝钢高炉用硅线石砖的性能指标
该厂生产的硅线石砖,使用硅线石和红柱石复合材料。硅线石精矿粒度:0.250 ~ 0.149mm 约10%~20%,0.149 ~ 0.104mm 约27% ~ 60%,0.104 ~ 0.074mm约12% ~28%,小于0.074mm约30%〜48%。此种粒度在制砖时作为中间颗粒使用。
红柱石与硅线石分解温度不同,在约1400℃煅烧温度下,制品中硅线石晶体尚未转化,红柱石晶体转化未完全,因此在使用过程中,这些晶体继续莫来石化伴随的微量膨胀,又足以抵消制品在高温下液相量增多而产生的收缩,提高制品的荷重软化温度。同时高压成型又起到降低气孔率,增加强度的作用。
三、巩义市第五耐火材料总厂
由原武汉钢铁学院研制,巩义市第五耐火材料总厂生产的硅线石砖(H31), 也达到或超过国外J国H31的技术要求。该砖用于武钢3200m3高炉。
根据硅线石砖(H31)的使用部位对硅线石砖的要求,在研制与生产高炉用硅线石砖(H31)时须掌握以下几个问题:
(1) 材料选择上。材料选用Al2O3-SiO2-ZrO2系富铝区,此处刚玉、莫来石是重要的一个系列。两个端元材料都有高温结构强度大或抗热震和抗侵蚀等特 点。如果添加ZrO2组分,对抗侵蚀性更有利。
(2) 显微结构控制。研究与生产耐火材料,显微结构是重要的问题。通过显微结构控制,改善和提高产品的性能。H31牌号的硅线石砖,主要是在物相上控制:1)减少玻璃相量,提高制品的抗侵蚀性;2)增加晶相含量,尽量使制品成为全晶质结构。结晶相选用莫来石为主的莫来石-刚玉复合材料,另外还有斜锆石(ZrO2)相。
(3) 采用合理的颗粒级配及高压成型和加压振动成型,以降低气孔率,提高强度。
根据以上对H31牌号硅线石砖研制与生产思路,采用莫来石-刚玉为骨料,硅线石为主要基质,类似高铝砖的生产工艺,在低于1550℃温度下煅烧,可制得高炉用的硅线石制品。其技术指标见表4。
表4高炉用硅线石砖的理化指标
H31硅线石砖使用在高炉出铁口-风口区。该区碱性物对砖侵蚀较剧烈。为了检验砖的抗碱性,系统作了以下对比试验。
(一)对比用耐火砖的理化指标
选择试验室及工业生产的H31硅线石砖与某厂高铝砖及山东耐火材料厂的H21低蠕变砖(1550℃,50h,蠕变率不大于1%)做对比试验,各砖的理化指标见表5。
表5各种硅线石砖的理化性能
(二)抗碱试验方法与结果
分别把砖样制成25mm×25mm×5mm和25mm×25mm×125mm的试样,放入自制的坩埚中,加入K2CO3和焦炭的混合物(比例1.1:1),在硅炭棒炉中在1100℃、1200℃及1300℃并各恒温10h进行抗侵蚀试验,自然冷却到低于300℃时取出砖样,测定耐压强度、常温及高温抗折强度。其结果见表6。
表6 H31硅线石砖与其他耐火砖碱侵蚀后强度对比
通过抗碱对比试验可以看出,H31硅线石砖的抗碱能力明显高于普通高铝砖,但低于山东耐火材料厂生产的H21莫来石质低蠕变砖(1550℃,50h,蠕变率不大于1%)。H21砖由碱侵蚀前常温耐压强度243. 3MPa降至1300℃、10h、碱侵蚀后的72. 7MPa,强度下降率为70.12% ;而H3n2及工业生产的H31分别由166. 3MPa和134.4MPa降至1200℃、10h、碱侵蚀后的37.8MPa和30.5MPa,强度下降率分别为77.25%与77.32%; 1300℃、10h、碱侵蚀后强度下降率为80.32%与81.18%。H31硅线石砖在碱侵蚀后强度虽然下降,但仍保持较大的强度。对用来作对比的普通高铝砖,不可能与之相提并论。H31硅线石砖抗碱性能较高铝砖好。
有资料指出,为了与高炉15~20年的炉龄相匹配,在大、中型高炉装料系统和炉身中上部用Sialon结合硅线石砖代替致密黏土砖内衬。Sialon-硅线石砖是以莫来石、硅线石、红柱石、金属硅等为主要原料,采用与生产Sialon结合刚玉制品相类似的生产工艺,在高纯氮气气氛下烧成而制得。由于是Sialon结合,故产品的高温强度、抗注、抗渣、抗铁水性、抗热震性等高温实用性能较普通硅线石砖有了很大的提高。其理化指标见表7。
表7硅线石制品的理化性能指标
以上提到20世纪70年代末,我国宝钢1号高炉出铁口一风口区使用硅线石砖;90年代拉丁美洲在出铁口一风口区仍使用硅线石砖。但是随着科技的发展,已逐渐由新产品代替,如宝钢1号高炉(第二代)铁口区、风口区分别用大块超微孔炭砖、刚玉质浇注料;2号高炉(炉容4063m3)铁口区、风口区分别用 Al2O3-SiC-C砖、自结合SiC砖;某些钢厂用Si3N4-SiC砖、微孔刚玉砖等。这些砖更能抗碱、抗渣的侵蚀。