粘土碳化硅磚在鐵水包的應用

為提高鐵水包包襯壽命，必須根據鐵水包目前使用工藝中存在的問題，針對性的設計新材質，新材質必須具備優異的抗熱震性、同時要有一定的抗脫硫劑侵蝕性與保溫性。針對鐵水包使用環境，國內外研究開發主要以鋁碳質為主，近年來燒鋁碳化硅碳磚由于其優良的抗熱震性能，抗侵蝕性能，已經在各大鋼廠得到了廣泛應用，但因其含有石墨等碳材，渣線等裸露在空氣中的部位容易氧化，變疏松并率先受到侵蝕，抗沖刷能力急劇下降，同時含有碳的情況下，導熱系數較高，容易造成爐殼溫度較高，熱址損失大，容易結蓋、結底，處理起來很困難，造成生產被動。柳鋼鐵水包運輸過程平均溫降約190℃，相對其它鋼廠溫降略大，有些鋼廠通過鐵水包加蓋減少了溫降，但在鐵水包敞口運轉且周轉路線較長的鋼廠溫降結蓋問題仍比較突出。根據這一情況，研發了對鐵水包使用工藝匹配性好，相關性能優良的粘土碳化硅磚，其抗熱震性、保溫性等優于鋁鉻碳化硅磚和鋁碳化硅磚。

粘土碳化硅磚主要原料有焦寶石、紅柱石、廣西白泥、碳化硅、氧化鋁微粉，抗氧化劑為金屬硅，結合劑為亞硫酸紙漿廢液。所用主要原料焦寶石的純度為(ω(Al2O3)≥43.0%，粒度為3mm~0mm;紅柱石ω(Al2O3)≥69.0%，粒度為3mm~0mm;廣西內泥ω(Al2O3)≥30.0%，粒度為200目;碳化硅ω(SiC)≥90.0%，粒度為200目;氧化鋁微粉ω(Al2O3)≥99%，粒度為3μm~6μm。

提高鐵水包包襯的使用壽命首先要提高工作層磚的抗熱震性能。對于由于急速冷熱交替而產生的熱應力，合理的包襯結構內部應該具有更加良好的應力緩沖、釋放機制，以防止熱震微裂紋的擴散造成包襯的層狀剝落。在熱沖擊下，對鋁碳化娃磚等含有氣孔的耐火材料而言，裂紋的產生、擴展和蔓延是和斷裂表面能相關的，為提高材料熱震穩定性，應保證材料有高的彈性模量值，低的強度值。由表2可看出粘土碳化硅磚耐壓強度相對于鋁碳化硅磚低，有利于提高其抗熱震性能。同時，由于其顯氣孔率高于鋁碳化硅磚，均勻分布的氣孔對于熱應力的緩沖、釋放起到了很好的效果，大大減少了層狀裂紋和層狀剝落的產生。

粘土碳化硅的SEM照片如圖1所示，其基質部分由燒結莫來石、碳化硅、焦寶石及礬土組成，微量硅鐵，粉料間結合較好。圖中大顆粒為焦寶石，內有微裂紋，有助于其在熱震沖擊條件下的應力緩沖及釋放，提高其抗熱震沖擊性能。

正常情況下，由于粘土碳化硅磚具有相對于鋁碳化硅磚較高的氣孔率，較疏松的結構會導致其抗侵蝕性能下降，更易受脫硫劑、熔渣侵蝕。但是實際使用時，由于其氣孔率較離，表層容易更附著鐵渣層，當鐵水包空包降溫時，鐵渣在空隙內凝固，填補了部分氣孔。其表層附著的鐵渣層堵塞部分氣孔，并起到了一定的保護、阻隔作用，保證粘土碳化硅磚也具有較好的抗渣性能。同時，鐵渣層的阻隔，避免了高溫鐵水對磚襯的直接沖擊，起到了一定的緩沖作用，降低了熱震應力對磚襯造成的損害。

粘土碳化硅磚相對較高的顯氣孔率和較低的體積密度保證了其具有相對良好的保溫性能。氣體的熱傳導率是最低的，粘土碳化硅磚均勻分布的氣孔降低了其熱傳導率，減少了鐵水包包底和包口因熱傳導造成的溫降，有助于改善包底和包口的結渣、結蓋現象。

具體應用

原鋁碳化硅磚在150噸鐵水包使用時，包身包齡一度低至220爐。包襯在使用過程中由于熱震沖擊剝落嚴重，表面凹凸不平，磚身裸露處可見密布的狹長層狀裂紋。粘土碳化硅磚投入使用后，由于抗熱震性能優良，磚襯剝落現象大為改善，磚襯表面平整有序。同時由于其保溫性好，鐵水包結底結蓋現象得到改善，減少了炮機打包現象，減少了包襯的機械應力損傷。

粘土碳化硅磚在150噸鐵水包一經投入使用，其包身平均包齡即達到了350爐次，使用壽命大幅提高。此外由于粘土碳化硅磚采購單價較鋁碳化硅磚便宜，且由于其體密低，單重輕，每包次使用重量少，使用壽命長，因此其投入使用后150噸鐵水包綜合使用成本大幅降低。2014年，由于粘土碳化硅磚使用效果優良，降成本顯著，其在150噸鐵水包系統全面取代鋁碳化硅磚鐵水包包襯并使用至今。