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什么是铝碳质耐火材料? 耐火材料的分类知多少

铝碳质特种耐火材料是指以氧化铝和碳素为原料,大多数情况下还加入其他原料,如SiC、金属Si、Al等,用沥青或树脂等有机结合剂粘结而成的碳复合特种耐火材料。广义上讲,以氧化铝和碳为主要成分的耐火材料均称为铝碳质耐火材料。铝碳质耐火材料按其生产工艺不同,又可分为两类:不烧铝碳质耐火材料和烧成铝碳质耐火材料。

不烧铝碳质耐火材料属于碳结合型耐火材料,由于其抗氧化性明显优于镁碳砖,且抗Na2O系渣的侵蚀性能优良,因此在高炉、铁水包等铁水预处理设备中得到广泛的应用。烧成铝碳质耐火材料属于陶瓷结合型耐火材料,由于其强度高、抗侵蚀和抗热震性能好,因而大量的适用于连铸用滑动水口系统的滑板砖及连铸三大件,即长水口、浸入式水口和整体塞棒等。

氧化铝具有高的抵抗酸、碱性炉渣、金属和玻璃溶液作用的能力。它在高温下的氧化性气氛或是还原性气氛中使用,均能受到良好的使用效果。而碳素原料特别是石墨具有高的热导率和低的线膨胀系数,同时与渣和高温溶液具有不湿润性。因此铝碳砖具有如下性能。

(1)铝碳质耐火材料具有优异的抗渣性能和抗热震性能。与镁碳质耐火材料相比,铝碳质耐火材料具有更好的抗碱侵蚀和抗TiO2渣侵蚀能力。

(2)对于烧成铝碳砖,由于添加物硅与碳在高温下反应形成碳化硅,使其具有双重结合系统,即碳结合和陶瓷结合,因而烧成铝碳质耐火材料具有高的力学性能,在连铸中不但充当传统的耐火材料,而且是一种功能结构材料。典型铝碳制品的理化指标见下表。

 

 

目前铝碳耐火材料主要选用电熔刚玉、烧结刚玉或烧结板状刚玉、特级或Ⅰ级优质矾土熟料作制品的粗颗粒成分。选用刚玉细粉或电熔莫来石、烧结合成莫来石细粉,也可采用合成高莫来石细粉。在制品中掺加一定数量的碳,对改善制品性质、延长使用寿命有利。碳的熔点很高,线膨胀系数小,导热性好。碳可以渗透到制品中的颗粒孔隙内或在颗粒之间形成脉状网络碳链结构,形成'碳结合',从而降低制品的气孔率,提高制品的高温强度。碳还可形成不受金属和熔渣侵蚀的表面,提高制品的抗侵蚀能力和耐热冲击性。此外,碳的存在为铁、硅氧化物的还原创造了条件,所生成的金属与耐火材料不发生化学反应。在氧化物被碳还原的过程中,生成的气体能够阻止蓉蓉氧化物向耐火材料内部渗透。碳还可提高制品的导热性,以避免制品的个别部位因温度过热不均匀而导致砖的剥落、断裂。所以,铝碳砖中的碳素原料以鳞片状天然石墨为主,也可采用热解高纯石墨,通常还加入炭黑。抗氧化剂有金属Al、Si粉及SiC、B4C粉。加入少量抗氧化剂能延缓含碳层氧化,提高制品的使用寿命。耐火度高于1580℃的无机非金属材料。耐火度指耐火材料锥形体试样在没有荷重情况下,抵抗高温作用而不软化熔倒的摄氏温度。耐火材料与高温技术相伴出现,大致起源于青铜器时代中期。中国东汉时期已用粘土质耐火材料做烧瓷器的窑材和匣钵。20世纪初,耐火材料向高纯、高致密和超高温制品方向发展,同时出现了完全不需烧成、能耗小的不定形耐火材料和耐火纤维。现代,随着原子能技术、空间技术、新能源技术的发展,具有耐高温、抗腐蚀、抗热振、耐冲刷等综合优良性能的耐火材料得到了应用。
  耐火材料种类繁多,通常按耐火度高低分为普通耐火材料(1580~1770℃)、高级耐火材料(1770~2000℃)和特级耐火材料(2000℃以上);按化学特性分为酸性耐火材料、中性耐火材料和碱性耐火材料。此外,还有用于特殊场合的耐火材料。
  酸性耐火材料以氧化硅为主要成分,常用的有硅砖和粘土砖。硅砖是含氧化硅93%以上的硅质制品,使用的原料有硅石、废硅砖等,其抗酸性炉渣侵蚀能力强,荷重软化温度高,重复煅烧后体积不收缩,甚至略有膨胀;但其易受碱性渣的侵蚀,抗热振性差。硅砖主要用于焦炉、玻璃熔窑、酸性炼钢炉等热工设备。粘土砖以耐火粘土为主要原料,含有30%~46%的氧化铝,属弱酸性耐火材料,抗热振性好,对酸性炉渣有抗蚀性,应用广泛。
  中性耐火材料以氧化铝、氧化铬或碳为主要成分。含氧化铝95%以上的刚玉制品是一种用途较广的优质耐火材料。以氧化铬为主要成分的铬砖对钢渣的耐蚀性好,但抗热振性较差,高温荷重变形温度较低。碳质耐火材料有碳砖、石墨制品和碳化硅质制品,其热膨胀系数很低,导热性高,耐热振性能好,高温强度高,抗酸碱和盐的侵蚀,不受金属和熔渣的润湿,质轻。广泛用作高温炉衬材料,也用作石油、化工的高压釜内衬。
  碱性耐火材料以氧化镁、氧化钙为主要成分,常用的是镁砖。含氧化镁80%~85%以上的镁砖,对碱性渣和铁渣有很好的抵抗性,耐火度比粘土砖和硅砖高。主要用于平炉、吹氧转炉、电炉、有色金属冶炼设备以及一些高温设备上。
  在特殊场合应用的耐火材料有高温氧化物材料,如氧化铝、氧化镧、氧化铍、氧化钙、氧化锆等,难熔化合物材料,如碳化物、氮化物、硼化物、硅化物和硫化物等;高温复合材料,主要有金属陶瓷、高温无机涂层和纤维增强陶瓷等。

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