專利名稱：適用于煉鐵高爐爐缸內(nèi)襯的復(fù)合剛玉磚的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于煉鐵高爐爐缸內(nèi)襯的復(fù)合剛玉磚。
我國自92年鞍鋼7號高爐(2580m3)首次采用自焙炭塊--陶瓷砌體復(fù)合爐缸內(nèi)襯結(jié)構(gòu)以來，至今已在70多座不同容積的高爐上應(yīng)用，取得了節(jié)能降耗并有利于高爐強化的顯著效果，其優(yōu)越性已被有關(guān)專家和廣大高爐工作者所公認。但是，隨著高爐冶煉的進一步強化(2000m3以上的大高爐，利用系數(shù)2.2-2.5t/m3.d,300-400m3的中小型高爐，利用系數(shù)達到2.8-3.2t/m3.d)，使爐缸復(fù)合結(jié)構(gòu)中陶瓷砌體的工作條件進一步惡化，造成目前所使用的陶瓷砌體復(fù)合爐缸內(nèi)襯(主要為剛玉莫來石磚或復(fù)合棕剛玉磚)難以滿足高爐實現(xiàn)12年以上壽命目標的需要。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，影響陶瓷砌體復(fù)合爐缸內(nèi)襯使用壽命的主要原因來自以下幾方面一、鐵水滲透的破壞作用高爐大型化以及爐頂壓力提高(0.15-0.2Mpa)以后，鐵水向磚體內(nèi)部的滲透力增加。在正常生產(chǎn)中溫度≥1150℃區(qū)域的鐵水呈液態(tài)。當高爐在較長時間的休風(fēng)過程中，爐缸溫度降低后鐵水凝固時，產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力對磚體產(chǎn)生很大的破壞作用。從鞍鋼4號高爐大修時采集到的剛玉莫來石磚上看到橫向和徑向均出現(xiàn)較大的裂紋，鐵水沿裂紋滲透到磚體內(nèi)部，深度達殘磚的2/3以上。
二、熱應(yīng)力的破壞作用爐缸內(nèi)襯陶瓷砌體是在一端承受高溫(1450℃以上)，另一端在冷卻壁通水冷卻的條件下工作的，因而陶瓷砌體沿徑向存在著很大的溫度梯度(兩端溫差約1400℃)。陶瓷砌體在爐缸內(nèi)襯中屬工作層，里側(cè)直接和高溫煤氣及液態(tài)的渣鐵接觸，外側(cè)和導(dǎo)熱性能好的炭塊(焙燒炭塊或自焙炭塊)接觸。根據(jù)理論計算和多座不同容積高爐的實測結(jié)果，陶瓷砌體在磚體230mm或345mm的長度內(nèi)，存在著500℃-600℃的溫差，因溫度不同而產(chǎn)生的不均勻膨脹，勢必在磚體內(nèi)部產(chǎn)生很大的破壞應(yīng)力。
三、堿金屬的破壞作用盡管煉鐵用的原、燃料中堿金屬含量很低，但在高爐冶煉過程中存在著堿金屬的循環(huán)富集現(xiàn)象。在爐缸內(nèi)1450℃以上的高溫條件下，鈉、鉀、錳等堿金屬呈氣態(tài)，因此更易侵入陶瓷砌體磚的氣孔中。在鞍鋼7號高爐中修和4號高爐大修時，對采集到的剛玉莫來石磚進行化學(xué)分析，殘磚工作面端的堿金屬含量高達10％以上，和炭塊接觸端的堿金屬含量也達到3.45％以上。堿金屬侵入磚體內(nèi)部生產(chǎn)低熔點化合物后更易被熔渣侵蝕，同時也使陶瓷砌體的各種使用性能大幅度降低。
四、鐵水沖刷磨損破壞作用由于在爐缸內(nèi)有焦炭“死料柱”存在，在出鐵過程中，鐵水穿透焦炭“死料柱”的阻力遠比沿圓周流向鐵口的阻力大得多。因此，勢必有鐵水的環(huán)流存在。鐵水環(huán)流對爐缸側(cè)壁內(nèi)襯有報強的沖刷磨損作用，往往在爐缸側(cè)壁和爐底的交接面處發(fā)生“蒜頭狀”的異常侵蝕。死鐵層高度越小，這種沖刷磨損作用越強，盡管現(xiàn)在把死鐵層高度按爐缸直徑的20％左右設(shè)計，但也難以完全避免鐵水環(huán)流的沖刷磨損。
五、熔渣化學(xué)侵蝕的破壞作用在高爐冶煉中，只有保持爐渣的流動性良好，才能保持爐況的穩(wěn)定運行。而爐渣的流動性越好，向磚體內(nèi)部滲透力越強，化學(xué)侵蝕的破壞作用越大，特別是堿金屬侵入生成低熔點化合物后，更加速了熔渣侵蝕破壞作用的速度。
由于上述因素的存在，使得陶瓷砌體剛玉莫來石磚在爐缸內(nèi)高溫、還原氣氛作用下，莫來石分解生成多孔結(jié)構(gòu)的AL2O3。其化學(xué)反應(yīng)式為在堿金屬氧化物存在的條件下，莫來石在分解的同時又生成大量低熔點的玻璃相，因而導(dǎo)致各項理化指標和使用性能降低。另外，隨著莫來石的分解及結(jié)合粘土中游離SiO的析出，基質(zhì)中出現(xiàn)二次莫來石化現(xiàn)象。原始莫來石相的分解及二次莫來石化，使制品結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，制品內(nèi)部出現(xiàn)大量結(jié)構(gòu)缺陷。因此，從巖相圖上可看到液態(tài)渣，鐵對剛玉莫來石磚的侵蝕均從基質(zhì)及顆粒的裂紋開始，隨著侵蝕的深入逐漸被熔蝕掉。
而對于陶瓷砌體復(fù)合棕剛玉磚，雖然復(fù)合棕剛玉磚中的SIC不與熔渣潤濕，抗渣侵蝕性能較好，但與鐵水接觸時，鐵水對SIC潤濕良好，SIC同鐵發(fā)生如下反應(yīng)
該反應(yīng)在高爐爐缸的強還原氣氛下，于1300℃就可迅速反應(yīng)。當Fem.Sin中Si的濃度未達到33％之前，即未生成FeSi之前，SiC一直都被破壞。而FeSi溶于鐵水中后，使上述反應(yīng)一直進行下去，最后導(dǎo)致復(fù)合棕剛玉磚的損毀。這在多座不同容積高爐的生產(chǎn)實踐中已被證實。
本發(fā)明的目的就在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足而提供一種適用于煉鐵高爐爐缸內(nèi)襯的復(fù)合剛玉磚。
本發(fā)明的目的可通過以下技術(shù)措施實現(xiàn)本發(fā)明是由棕剛玉骨料、棕剛玉細粉、SiC粉、金屬Si粉、高嶺土按下述重量百分比組合而成棕剛玉骨料 55％-63％；棕剛玉細粉 19％-28％、180-320目；SiC粉 9％-14％、180-320目；高嶺土 5％-8％；金屬Si粉 3％-7％。
本發(fā)明所述的棕剛玉骨料、棕剛玉細粉、SiC粉、金屬Si粉、高嶺土可按下述重量百分比組合而成棕剛玉骨料 55％；棕剛玉細粉 25％、180目；SiC粉 9％、180目；高嶺土 8％；金屬Si粉 3％。
本發(fā)明所述的棕剛玉骨料、棕剛玉細粉、SiC粉、金屬Si粉、高嶺土也可按下述重量百分比組合而成棕剛玉骨料 62％；棕剛玉細粉 21％、250目；SiC粉 7％、250目；高嶺土 5％；金屬Si粉 5％。
本發(fā)明所述的棕剛玉骨料、棕剛玉細粉、SiC粉、金屬Si粉、高嶺土還可按下述重量百分比組合而成棕剛玉骨料 55％；棕剛玉細粉 20％、320目；SiC粉 12％、320目；高嶺土 6％；金屬Si粉 7％。
本發(fā)明的優(yōu)點就在于針對剛玉莫來石和復(fù)合棕剛玉磚的侵蝕機理，在復(fù)合棕剛玉磚的基礎(chǔ)上，通過加入復(fù)合添加劑的方法，改進其結(jié)構(gòu)，達到提高制品在高溫條件下的強度、韌性以及抗堿金屬和渣鐵侵蝕等性能。其優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾方面1、防氧化作用由于加入了防止金屬Si微粉(抗氧化的保護劑)，使制品燒成后仍然有加入量80％的金屬Si存在。磚體表面由于SiC的氧化生成SiO2并產(chǎn)生玻璃狀薄膜，形成結(jié)構(gòu)致密的保護層，使磚體里層的金屬Si不被氧化。在磚體處于1410℃以上的溫度區(qū)，金屬Si以粘度很大的液相存在于磚體的基質(zhì)，氣孔和基質(zhì)與顆粒的界面中，因此，可以增加磚體的韌性。
2、抗斷裂作用金屬Si添加劑粒度(0.074mm并具有金屬的塑性特征。因此在磚體中起到延性顆粒增強體的作用。在陶瓷材料中骨粒與基質(zhì)的交界恰好是應(yīng)力集中區(qū)，裂紋在這個區(qū)域擴展并最終導(dǎo)致磚體斷裂，而塑性相結(jié)合剛玉復(fù)合磚中，1400℃以上時Si的液相填充基質(zhì)與骨粒之間的界面，裂紋擴展到塑性相通過產(chǎn)生塑性變型而釋放應(yīng)力，從而可減少磚體的脆性斷裂。另外，即使Si處于半熔融狀態(tài)，也可緩沖剛體由于不均勻膨脹所產(chǎn)生的應(yīng)力。
3、燒結(jié)劑的強化作用Si與AL2O3之間的潤濕屬于金屬與氧化物之間的潤濕。在氧化物表面液態(tài)金屬的粘著功，隨該金屬氧化物形成標準自由能(Ff)增加而增加，也就是說，液態(tài)金屬與氧的親合力越強，它對氧化物的潤濕越好。Si有效地抑制基質(zhì)收縮產(chǎn)生的骨料與基質(zhì)間產(chǎn)生的縫隙，使結(jié)構(gòu)致密。
4、氮化物的保護作用在高爐爐缸強還原的氣氛下，又有50％以上的高溫N2存在。當煤氣滲透到磚體內(nèi)便會與半熔融狀態(tài)的金屬Si發(fā)生反應(yīng)生成SiC和Si3N4。SiC和Si3N4的晶須不僅起到強化基質(zhì)和骨料的連結(jié)、提高磚體的高溫結(jié)構(gòu)強度，而且還可以堵塞氣孔和縮小孔徑，阻止渣、鐵及堿金屬的滲入。從而大幅度提高了磚體抗鐵水滲透和堿金屬及熔渣的侵蝕能力。
綜上所述，本發(fā)明所述復(fù)合剛玉磚是在剛玉制品中引入金屬相，在使用過程中，磚體工作面層的骨料與基質(zhì)面上產(chǎn)生塑性緩沖層，因而可以吸收彈性變形能量，增加磚體的斷裂韌性，提高制品的高溫結(jié)構(gòu)強度和抗熱應(yīng)力破壞作用的能力。同時，又因為基質(zhì)中的金屬可與C和N2反應(yīng)生成SiCSi3N4，封閉氣孔，堵塞了工作面上液態(tài)鐵和堿金屬蒸氣的侵入通道，可超到降低侵蝕程度和減薄侵蝕厚度的作用。因此，提高了磚體抗堿金屬及熔渣侵蝕能力及抗鐵水滲透的能力。通過表1可以看出，本發(fā)明所述復(fù)合剛玉磚各項使用性能均優(yōu)于目前應(yīng)用的剛玉莫來石磚和復(fù)合棕剛玉磚，是高爐陶瓷砌體用最佳材料，更能滿足高冶煉強度下實現(xiàn)12年以上長壽目標的需要。
剛玉莫來石磚、復(fù)合棕剛玉磚、本發(fā)明所述復(fù)合剛玉磚之間性能對比見下表。
本發(fā)明以下結(jié)合具體實施例作進一步詳細描述
權(quán)利要求
1.一種適用于煉鐵高爐爐缸內(nèi)襯的復(fù)合剛玉磚，它是由棕剛玉骨料、棕剛玉細粉、SiC粉、金屬Si粉、高嶺土組成，其特征在于它是按下述重量百分比組合而成棕剛玉骨料 55％-63％；棕剛玉細粉 19％-28％、180-320目；SiC粉 9％-14％、180-320目；高嶺土 5％-8％；金屬Si粉 3％-7％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于煉鐵高爐爐缸內(nèi)襯的復(fù)合剛玉磚，其特征在于所速棕剛玉骨料、棕剛玉細粉、SiC粉、金屬Si粉、高嶺土是按下述重量百分比組合而成棕剛玉骨料 55％；棕剛玉細粉 25％、180-320目；SiC粉 9％、180-320目；高嶺土 8％；金屬Si粉 3％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于煉鐵高爐爐缸內(nèi)襯的復(fù)合剛玉磚，其特征在于所述棕剛玉骨料、棕剛玉細粉、SiC粉、金屬Si粉、高嶺土是按下述重量百分比組合而成棕剛玉骨料 62％；棕剛玉細粉 21％、180-320目；SiC粉 7％、180-320目；高嶺土 5％；金屬Si粉 5％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于煉鐵高爐爐缸內(nèi)襯的復(fù)合剛玉磚，其特征在于所述棕剛玉骨料、棕剛玉細粉、SiC粉、金屬Si粉、高嶺土是按下述重量百分比組合而成棕剛玉骨料 55％；棕剛玉細粉 20％、180-320目；SiC粉 12％、180-320目；高嶺土 6％；金屬Si粉 7％。
全文摘要
一種適用于煉鐵高爐爐缸內(nèi)襯的復(fù)合剛玉磚,它是由棕剛玉骨料、棕剛玉細粉、SiC粉、金屬Si粉、高嶺土按下述重量百分比組合而成:棕剛玉骨料55%－63%;棕剛玉細粉19%－28%、180－320目;SiC粉9%－14%、180－320目;高嶺土5%－8%;金屬Si粉3%－7%。由于本發(fā)明采用上述配比制成,在使用過程中,磚體工作面層的骨料與基質(zhì)面上產(chǎn)生塑性緩沖層,因而可以吸收彈性變形能量,增加磚體的斷裂韌性,提高制品的高溫結(jié)構(gòu)強度和抗熱應(yīng)力破壞作用的能力,滿足高冶煉強度下實現(xiàn)12年以上長壽目標的需要。
文檔編號C04B35/101GK1323758SQ01106648
公開日2001年11月28日 申請日期2001年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月19日
發(fā)明者孫加林, 洪彥若, 曲殿利, 薛文東, 李志堅, 王琳琳, 張殿有, 李獻明, 白周京 申請人:鞏義市中原耐火材料有限公司, 北京科技大學(xué), 鞍山鋼鐵學(xué)院