耐火材料基礎(chǔ)與應(yīng)用

1、耐火材料基礎(chǔ)及技術(shù),目 錄,耐火材料基礎(chǔ)及技術(shù)簡(jiǎn)介 (一)1. 耐火度2. 耐火度的應(yīng)用3. 抗熱震 - 溫度的變化4. 抗熱應(yīng)力5. 機(jī)械的剝落6. 耐蝕性 - 高溫界面反應(yīng)7. 防止?fàn)t渣滲透方法8. 耐火材料組織9. 提高耐蝕性10.顆粒級(jí)配理論,耐火材料基礎(chǔ)及技術(shù)簡(jiǎn)介(二) 1. 定形磚技術(shù)發(fā)展2. 魚雷車內(nèi)襯火磚演變3. 塩基性耐火材料4. 抗水化的方法5. 含碳耐火材料6. 不定形技術(shù)發(fā)展7.

2、 超微粉8. 超低水泥澆注料預(yù)熱爆裂9. 氧化鋁-尖晶石澆注材、 氧化鋁-氧化鎂澆注材10.含碳澆注料-Al2O3-SiC-C 不定形主要技術(shù),耐火度 耐火材料在高溫條件下的性能:耐蝕性、抗?jié)B透性、抗衝擊、抗蠕變性、抗剝落性等,最基本的性能就是耐高溫即耐火度。 耐火度要高則熔點(diǎn)就要高,下表1是各種物質(zhì)的熔點(diǎn)。,CaO,MgO,Al2O3,Cr2O3,SiO2,Cr2O3,耐火材料: 高溫難熔無機(jī)非金屬材

3、料 DIN 耐火度 SK 26 溫度 1580℃以上 ASTM 耐火度 PCE 15 溫度 1430℃以上 JIS 使用溫度 定形磚 > 1500 ℃ 不定形 > 800 ℃,表2 耐火度,2. 耐火度的應(yīng)用 1) 耐火材料最高使用

4、溫度 = 耐火度 - 150℃ MST = TPCE - 150 (不包括機(jī)械強(qiáng)度及耐蝕性) 2) 耐火磚的燒成 耐火磚燒成溫度 >使用溫度 以避免耐火磚在高溫長(zhǎng)期使用下產(chǎn)

5、生尺寸變化等問題。 耐火材料在低於熔點(diǎn)進(jìn)行燒結(jié)並不發(fā)生化學(xué)反應(yīng) ,主要是固體粉粒間之粉體表面 積大、晶格缺陷與晶格畸變、無定形化 , 在0.8T熔溫度下由於表面能驅(qū)動(dòng)及原子 熱振動(dòng)進(jìn)行燒結(jié) 緻密化。 但是使用高溫?zé)傻脑?，如燒結(jié)鋁?電熔鋼玉 ?合成膜來石? 高鋁熟料 ?氧化鎂熟料?電熔鎂等因?yàn)槎家呀?jīng)過很高溫度製成， 所以再高溫加

6、熱並無必要。 使用不易收縮的原料，不必比使用溫度更高的溫度燒成， 因此燒成溫度是以基質(zhì)部份較低融點(diǎn)的原料為需要，以產(chǎn) 生燒結(jié)強(qiáng)度。 這方面的利用還有如不燒成的鎂碳磚 鋁矽碳磚及不定形。 一般耐火材料廠耐火磚燒成溫度 = 耐火度 * 0.8 SK30耐火磚燒成溫度 = 耐火度1670℃ * 0.8 = 1336℃,物質(zhì)融點(diǎn) >

7、; 耐火度 > 燒成溫度 > 使用溫度,大部份耐火磚廠隧道窯最高燒成溫度為1600℃。低融點(diǎn)化合物在高溫時(shí)形成熔體與顆粒潤(rùn)濕性佳將顆粒包覆冷卻時(shí)將顆粒膠結(jié)強(qiáng)度高溫時(shí)強(qiáng)度低直接鍵結(jié)則由顆粒結(jié)合形成連續(xù)相將低融點(diǎn)雜質(zhì)以孤島方式存在顆粒空隙間形成間斷相產(chǎn)生高溫強(qiáng)度。因此需要更高的溫度燒成固相擴(kuò)散必須高溫?zé)刹拍艽龠M(jìn)。 超高溫?zé)傻逆V鉻磚只有兩類原料 1.高純度氧化鎂 99% MgO 2.低矽鉻礦石及純氧化鉻

8、99% Cr2O3。超高溫?zé)芍苯渔I結(jié)鎂鉻磚燒成溫度 燒成溫度=氧化鉻融點(diǎn)2300℃*0.8=1840℃特殊超高溫隧道窯燒成溫度達(dá)到1850℃目的產(chǎn)生直接鍵結(jié)。,3. 抗熱震 - 溫度的變化 耐火材料在使用過程中經(jīng)常會(huì)受到環(huán)境溫度的急劇變化也 就是熱震。 所以耐火材料幾乎都是由兩種以上的原料及粒度組成以提 高其抗熱震性。 1)耐熱震的最大溫度差 材料表面溫度急劇變化造成內(nèi)

9、外溫差，熱膨脹差異造成 熱應(yīng)力的產(chǎn)生致破裂 △ΤC =σ(1-μ)/E?α 最大溫度差= 破壞應(yīng)力*( 1- 波松比)/ 式係數(shù)*熱膨脹係數(shù) 熱膨脹係數(shù)越小越好，在不影響其它性能情況下選擇熱膨脹係數(shù)低的原料。,急冷耐熱衝擊強(qiáng)度以氮化矽約 600~900℃最高 次為碳化矽 450℃。,急冷時(shí)△ΤC = 150℃ 急冷時(shí)強(qiáng)度連續(xù)降

10、低 急熱時(shí)△ΤC = 1000℃ 急熱時(shí)強(qiáng)度不連續(xù)降低,4. 抗熱應(yīng)力 1) R =σ/Eα R 抗熱應(yīng)力參數(shù) = 強(qiáng)度 / 楊式係數(shù) * 熱膨脹係數(shù) 高R值材料需要開始強(qiáng)度高，熱膨脹係數(shù)低，楊式係數(shù)低以防止裂 痕產(chǎn)生，故材料設(shè)計(jì)著重高強(qiáng)度以防止裂縫生成。 熱膨脹係數(shù)越小越好在不影響其它性能情況下選擇熱膨脹係數(shù)低 的原料。

11、 各原料 0~1000℃ 平均熱膨脹係數(shù)(℃╳10-6 ),耐火磚 20 ~1000℃ 平均熱膨脹係數(shù)(℃╳10-6 ),2) R/ =σ k/Eα R/ 抗熱應(yīng)力參數(shù) = 強(qiáng)度 * 熱傳導(dǎo)率 / 楊式係數(shù) * 熱膨脹係數(shù) 熱傳導(dǎo)率越高越好。 熱傳導(dǎo)率與氣孔率有顯著關(guān)係 λm=λs (1-Pν) 。 λm氣孔率(Pν%)時(shí)的熱傳導(dǎo)率=λs氣孔率 0% 時(shí)的熱傳導(dǎo)

12、率 * (1- Pν) 。 連續(xù)鑄造瞬間溫差變化極大 一般ΔΤ>1000℃ 。 所以大部份添加Carbon 耐熱震。 3) R//// =γ E /σ2 R//// 抗熱應(yīng)力參數(shù) = 單位面積破壞表面能 * 楊式係數(shù) / 強(qiáng)度2 高R值一旦裂痕開始蔓延則可能變成驟然蔓延，裂縫成長(zhǎng)。 所以微裂痕吸收破裂能提高破壞表面能可防止裂痕蔓延:

13、 (1) 增加粗顆粒以產(chǎn)生微裂痕。 (2) 引入第二相產(chǎn)生膨脹差異或相變以產(chǎn)生微裂痕。 如 鎂鉻磚中的 鉻礦石。 鎂尖晶石磚中的 尖晶石。 鎂鋯磚中的 未安定氧化鋯。,改善鎂鉻磚性能材質(zhì),,,,,,,,圖22 鎂鉻磚基質(zhì)中添加鉻精礦，鉻精礦與基質(zhì)有微裂紋產(chǎn) 生，而不會(huì)產(chǎn)生過度燒結(jié)。,。,,5.機(jī)械的剝落

14、 熱膨脹引起應(yīng)力造成機(jī)械式的擠壓破損斷裂。 耐火材料800℃以下保持彈性性質(zhì)， 900~1350℃塑黏性性質(zhì)。,4) Rst =(γ/ Eσ2 )1/2 Rst 抗熱應(yīng)力參數(shù) = (單位面積破壞表面能 / 楊式係數(shù) * 強(qiáng)度2) 1/2 裂痕開始變成穩(wěn)定蔓延，裂縫穩(wěn)定。,6.耐蝕性 -高溫界面反應(yīng)　 1. 化學(xué)反應(yīng)以溫度影響較大,耐火材料從已有的一些研究結(jié)果來看在

15、 高溫熔解過程中主要是擴(kuò)散,高溫下最慢的步驟是擴(kuò)散，在擴(kuò)散時(shí) 耐火材料在邊界的濃度就會(huì)達(dá)到飽和。 因此溶解速度與攪拌速度有明顯關(guān)係。 2. 熔體滲透速度與構(gòu)造性剝落 耐火材料在使用中熔融物(例如爐渣)會(huì)延氣孔與裂縫通道滲入磚內(nèi) 形成變質(zhì)層，當(dāng)溫度劇烈變化時(shí)發(fā)生構(gòu)造性剝落。 構(gòu)造性剝落是batch式生產(chǎn)耐火材料損壞主要原因。 熔融物滲入耐火材料的方式

16、 γ:耐火材料孔隙通道半徑 σ:熔融物表面張力 χ(深度)=√γσcosθ θ:接觸角 2ητ η:爐渣黏度 τ:時(shí)間,,,,,接觸角θ,7.防止?fàn)t渣滲透方法:1) 降低氣孔率及通

17、氣率，但需注意抗熱震性。2) 爐渣與耐火材料形成高熔點(diǎn)物析出晶體，堵塞滲透通道 或形成高黏性物或形成保護(hù)層。 (1) 第一種方式 添加如Cr2O3、ZrO2、MgO 等氧化物。 『與原材料形成尖晶石膨脹堵塞滲透通道』。 『並且與爐渣反應(yīng)改變爐渣組成及黏度以限制爐渣 滲入』。 (2) 第二種方式就是添加 C 及 SiC 不被爐渣浸潤(rùn)，

18、 防止其物理性滲入。,如圖2照片顯示ZrO2含量愈多，滲透層越少。,改善鎂鉻磚性能材質(zhì),,,,,,,,下圖 為基質(zhì)中添加碳酸鈣，碳酸在高溫下與氧化結(jié)合 形成鎂鈣固熔相，且有CO2之逸散，導(dǎo)致空孔形成， 其化性為MgO 87.3%、CaO 12.7%。,。,光和雙層料其他-2平均侵蝕8.58mm,光和雙層料其他-3平均侵蝕10.4mm,光和雙層料其他-4平均侵蝕8.11,含碳不定形材爐渣滲透層極薄,

19、,,8.耐火材料組織 1) 耐火材料的組成不管從化學(xué)或物理方面 骨材 兩種以上單結(jié)晶顆粒 基質(zhì) 液相與微細(xì)粉結(jié)合 氣孔分散的不均質(zhì)組織。 耐火材料從物理方面而言須具備性能: 高強(qiáng)度 抗鐵水鋼水 沖刷及衝擊 耐蝕性 低氣孔率減少爐渣滲透 抗熱震性 高氣孔率降低裂痕發(fā)展 耐蝕性與抗熱

20、震性，這兩個(gè)性質(zhì)正好相反。,9. 提高耐蝕性方法 耐火材料必須兼顧耐蝕性與抗熱震性除化學(xué)上材質(zhì)的選擇外，較小粒徑及均一粒徑較易燒結(jié) 強(qiáng)度較高，得到最緻密的組織但抗熱震性差。 2) 粗顆粒添加 化學(xué)浸蝕反應(yīng)主要是由顆粒的邊界進(jìn)行， 因此大顆粒加入以增加耐蝕性又可提高抗熱震性。 所以從物理組織考量粒度組合對(duì)耐火材料很重要 非最密充填 - 適當(dāng)?shù)拇诸w粒添加及增加氣孔率。,

21、3).粒度偏析 耐火材料物理上組織是由不同粒度與各種不同比重之原料構(gòu)成， 因此造 成粒度偏析，組織不均勻影響性能。 防止粒度偏析是耐火材料最大課題，不管是定形磚或不定形。,,4) 防止粒度偏析方法,定形磚生坯斷面粒度偏析情況,4-1) 設(shè)備改善。 4-2) 定形磚混和攪拌料 練土性及黏性調(diào)整。 4-3) 不定形加水混和漿 料懸浮性調(diào)整避免 沉降分離。,10

22、.顆粒級(jí)配理論兩種形式1) 不連續(xù)粒度 由幾級(jí)粒度組成的堆積如由三級(jí)粒度組成: 中顆粒剛好填入粗顆粒堆積形成的空隙， 細(xì)顆粒又剛好填入粗中顆粒堆積形成的空隙， 以形成最緊密堆積。 如果由多級(jí)粒度組成，加入越來越細(xì)的粉料可使空隙接近零 CPFT /100 = (rlogD-rlogDs)/ (rlogDL-rlogDs)….,不同澆注材粒度組成,2) 連續(xù)粒度 Andreasse

23、n的顆粒堆積分佈方程式 CPFT=100*(D/DL)q 不定形粒度組合依施工法而定，除考慮堆積密度 還需注意施工作業(yè)性能。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1.定形磚技術(shù)發(fā)展 粘土磚 臘石磚 盛鋼桶 鋯磚 盛鋼桶 高鋁磚 剛玉磚

24、 鋁鉻磚 魚雷車 碳化矽磚 1950 塩基性耐火材料 1960 電鑄磚Al2O3–ZrO2-SiO2 1970 直接鍵結(jié)鎂鉻磚 含碳耐火材料(MgO-C磚、Al2O3-SiC-C磚) 賽隆磚 Sialon碳化矽磚、Si3N4碳化矽磚、 Sialon剛玉磚,2.魚雷車內(nèi)襯火

25、磚演變 從最早期一般高鋁磚→ MRL高溫?zé)赡硎撚翊u→ Al2O3-Cr2O3低溫?zé)射X鉻磚→ Al2O3-SiC-C不燒磚 膜來石鋼玉磚(MRL-80、75、75L)使用原料組合: 膜來石75%、鋼玉及氧化鋁粉25%、粘土5%，燒成溫度1500℃。 高溫體積非常穩(wěn)定、耐蝕性佳。 鋁鉻磚Al2O3-Cr2O3 (含)或(不含P2O5)

26、 使用鍛燒過安定的85%Al2O3礬土為主要骨材 含P2O5 以很低溫度燒成即有鍵結(jié)強(qiáng)度 不含P2O5 則仍能以接近超微粉的氧化鋁粉，及超微粉的氧化鉻 及粘土為細(xì)粉原料低溫?zé)?，利用超微粉在低於熔點(diǎn)0.8T熔~0.3T 熔溫度下固體粉粒間進(jìn)行燒結(jié)。,3.塩基性耐火材料 1) 煉鋼鹼性渣對(duì)酸性耐火材料侵蝕嚴(yán)重，塩基性耐火材料 可提高耐蝕性。

27、 2) 塩基性耐火材料提高耐蝕性也提升鋼液清淨(jìng)度 清淨(jìng)鋼大都用Al脫氧而鋼液中Al 4Al + 3SiO2 → 2Al2O3 + 3Si 由於Al2O3夾雜物不易使其充份上浮吸渣清除， 因此避免使用SiO2材料。 煉鋼耐火材料以塩基性耐火材料為主 煉鐵部份以鋼玉含碳材料為主 塩基性耐火材料以氧化鎂為主添

28、加各種原料，並發(fā)展超高 溫?zé)杉夹g(shù)形成直接鍵結(jié)，使晶界面不存在低融點(diǎn)的矽酸 鍵，改以尖晶石鍵結(jié)提高顆粒晶界面的高溫結(jié)合強(qiáng)度，並 增加抗?fàn)t渣浸潤(rùn)及侵蝕。,4. 抗水化的方法 鹼性材料中的CaO、MgO ，特別是CaO在大氣中易吸潮水化使產(chǎn)品疏鬆 破壞 CaO (s) + H2O (g,l) → Ca(OH)2 (s) MgO (s) + H2O(g,l)

29、→ Mg(OH)2 (s) 煉鋼廠使用的各種鹼性不定形吹附材、塗抹材 由於使用時(shí)間短所以水化不明顯但儲(chǔ)存則須注意。 鹼性燒成磚不僅儲(chǔ)存時(shí)間較長(zhǎng)，使用時(shí)間也久，就會(huì)產(chǎn)生水化。 鎂磚、鎂鉻磚、鎂尖晶石磚、鎂鋁鋯磚、鎂鈣磚都會(huì)水化。 抗水化的方法: 1) 提高燒成溫度使其死燒。 2) 添加少量助燒劑提高燒結(jié)密度。 3) 加入少量添加物與CaO或MgO反應(yīng)生成低熔

30、相 將CaO或MgO顆粒包覆起來與環(huán)境隔絕。 4) 加入氧化物如Fe2O3、Al2O3、TiO2生成不易水化的化合物。 5) 表面改性處理:CO2氣體在原料上面形成碳酸鹽薄膜。,RH Snorkel預(yù)熱後消化龜裂,鎂尖晶石磚消化情形,塩基性磚水化龜裂,圖4. 抗消化劑實(shí)驗(yàn)比較,5.含碳耐火材料 1) Al2O3-SiC-C磚 魚雷車三脫的脫硫劑(CaO,CaC2,CaF2,CaCl2,

31、Na2CO3,鐵鱗)及 操作，對(duì)膜來石鋼玉磚及鋁鉻磚造成嚴(yán)重侵蝕及熱震， 因?yàn)楣遣囊凿撚窦案咪X礬土為主熱震差，SiO2量仍高不耐 Na2CO3及CaF2的侵蝕。 a) C在還原氣氛下的接觸角最大，不易被爐渣浸潤(rùn)耐蝕性優(yōu) 越，耐熱震佳，石墨以不超過15% ，過多氣孔高，熱間 強(qiáng)度低。 b) SiC耐高溫爐渣不易潤(rùn)濕，接處角>900,耐磨、熱膨脹係 數(shù)小，熱傳導(dǎo)率高耐

32、熱震佳又可當(dāng)C的抗氧化劑，在磚 表面形成玻璃膜也產(chǎn)生SiC(g)及C(s)碳析出，使磚緻密。 SiC加入量以5~15%細(xì)的SiC較佳。,c) C易氧化 氧化開始溫度 非晶質(zhì)炭素 300~350℃ 結(jié)晶石墨 400~450℃ C(s)+O2(s) = CO2(g) 2C(s)+O2(s)= 2CO(g) 抗氧化劑Al,Si,Mg,

33、B4C,硼玻璃粉。 d) 添加MgO形成尖晶石添加量3%為佳， 產(chǎn)生適當(dāng)殘存線膨脹率。 e) 添加Si3N4 8%提高耐蝕性及熱間強(qiáng)度。,2). MgO-Carbon磚 最早以焦油結(jié)合或燒成後油浸或添加少量碳黑 含墨為第二代鎂碳磚 C本身在氧氣及大氣氣氛中低溫即氧化， 在煉鋼條件溫度高於煉鐵情況下，MgO亦會(huì)與C反應(yīng)。 MgO和C的共存關(guān)係主要取決於溫度和氧分壓(Ρo

34、2) Pco = 0.1MPa在1600℃溫度下MgO和C可共存， 但溫度在上升就開始反應(yīng)。 MgO-Carbon磚緻密層生成機(jī)構(gòu) MgO(s) + C(s) = Mg(g)+CO(g) Mg(g) + [O] = MgO(s)但MgO-C在高溫減壓下的損毀是由於MgO和C的氧化還原反應(yīng)使C氧化失去作用，所以必須添加抗氧化劑。,a) MgO-Carbon磚氧化 在減壓條件下未加

35、抗氧化劑在1500℃時(shí)失重較少， 1600℃失重明顯增加， 隨保溫時(shí)間延長(zhǎng)繼續(xù)增加， 1600℃1小時(shí)後幾乎碳都被氧化， 1700℃更快幾乎15min就完全氧化。 較小的MgO顆粒失重率較大，較小的MgO顆粒與石墨之間氧 化還原反應(yīng)速度較大。 抗氧化劑對(duì)減少失重及對(duì)氧的親和力強(qiáng)對(duì)緻密層生成有助益 石墨含量<10%抗剝落性降低 石墨含量<1

36、0%耐蝕性低,b) 低碳鎂碳磚 C < 5% MgO顆?？@密充填相互之間接觸頻率高，經(jīng)高溫使用後燒結(jié)　　彈性模量和強(qiáng)度顯著增加，導(dǎo)致抗剝落性能顯著下降。 　(1) 奈米碳形成連續(xù)分布網(wǎng)絡(luò) 　　(2) 加奈米尺寸的碳纖維　　　　因碳纖維的效應(yīng)提高M(jìn)gO-Carbon磚韌性 　 (3)　不添加奈米碳選用殘?zhí)己扛叩臉渲瑲執(zhí)即箪?0%，　　　　MgO顆粒完全被圍碳粒子包圍減少

37、MgO燒結(jié)。,c) 鎂碳磚抗氧化劑 含碳耐火材料中添加 Al、Si、Mg、Al-Mg、Al-Si、SiC、B4C、BN等 抗氧化劑效果： (1) 減少開口氣孔率 (2) 將CO(g)還原成C(s)，以抑制碳的消耗速度 (3) 生成碳化物和氧化物時(shí)則可使耐火材料緻密化 (4) 形成表面保護(hù)層 (5) 提高熱間強(qiáng)度 (6) 促進(jìn)石墨

38、的結(jié)晶長(zhǎng)大 除了(5)以外所有現(xiàn)象均可以起到防止碳氧化的作用,e) Al作用 700℃抗氧化劑　4Al(l)+3( C)(s)=Al4C3(s) 溫度升高　　 　Al4C3(s)+6CO(g)=2 Al2O3(s)+6C(s)　　　　　　 　 MgO(s)+ 2 Al2O3(s)=Mg Al2O4(s) T>1300℃　　 　Al4C3 (s)+11 MgO(s)=　　　　　　　　2 Mg Al2O4

39、(s)+3 CO(g)+9 Mg(g)f) 含硼物質(zhì)(BN、B4C)作用金屬粉聯(lián)合加入鎂碳磚比單一金屬粉的效果更佳。 1/2B4C + 3CO = B2O3 + 7/2C分離出的碳均勻的分佈於鎂碳磚中，孔隙被填充抗?jié)B透力增加。此外， B2O3易與MgO反應(yīng)形成3MgO? B2O3 (共熔點(diǎn)1407℃)於表面阻止熔渣與氧氣的侵入。,6.不定形技術(shù)發(fā)展,,１) 傳統(tǒng)水泥澆注材 一般添加水泥量 15~25%。

40、 耐火材料使用的高鋁水泥品質(zhì)： NO.2普通水泥 用於低溫及斷熱保溫灌注材 NO.1普通水泥 　用於1500℃以下的部位 高鋁水泥 　 用於1500℃以上的部位 超級(jí)水泥　　 　耐蝕性　　CaO→低融點(diǎn)鈣長(zhǎng)石CA2S→鈣黃長(zhǎng)石2CAS　　降低AC添加量，運(yùn)用SiO2和Al2O3超微粉產(chǎn)生強(qiáng)度。,2) 澆注材技術(shù)演變,7.超微粉　　　超微粉粒徑從10μ以下，最近1μ以下。,微米級(jí)

41、SiO2矽是鐵合金?矽合金副產(chǎn)品氣相沉澱初生無定形態(tài)　矽灰水化後表面形成大量烴基Si-OH鍵=矽膠可以低溫結(jié)合　矽灰表面矽膠40℃就開始反應(yīng)80℃，　最劇烈完成一直到250℃無變化　300℃形成Si-O-Si網(wǎng)狀鍵到700~1200℃無變化　但800℃開始強(qiáng)度較大提高所以，不是膜來石鍵可能是矽膠脫水　後絮膠之故?！∥夷馨盐⒎壑g網(wǎng)狀鍵一直保持到1200℃以上，　因此在中溫強(qiáng)度高?！∥遗cAl2O3在700℃燒

42、後強(qiáng)度上升,與其它SiC,ZrSiO4則無,　所以1200℃可視為SiO2和Al2O3完全形成膜來石　並晶體長(zhǎng)大到可偵測(cè)到。,8. 超低水泥澆注料預(yù)熱爆裂　低水量?高緻密?氣孔低並且矽灰等超微粉阻塞氣孔通道,　造成爆裂?！「咪X水泥水化物CAH10,C2AH8,C3AH6　與矽灰形成類似沸石類的　鈣鋁矽化合物在300℃才脫水而且時(shí)間短，蒸氣快速大量逸出導(dǎo)　致爆裂?！膶?shí)際測(cè)試預(yù)熱時(shí)不定形灌注體受熱溫度及蒸氣壓　離乾燥

43、面90~180mm處 溫度300~400℃蒸氣壓力大?！。? 在300~400℃間緩慢升溫?！?2) 並添加防爆劑預(yù)防爆裂?！?3) 低水澆注料和預(yù)注塊安全烘烤溫度應(yīng)達(dá)到600℃以上。,9. 氧化鋁-尖晶石澆注材 1) 組成 鋼玉或燒結(jié)鋁及氧化鋁粉 70~80% 高鋁水泥 8~12%

44、尖晶石含量 10-30wt% 2) 富鋁尖晶石(Alumina-rich MgOAl2O 3 Spinels) 在盛鋼桶有優(yōu)異的抗渣性 尖晶石與FeO有共溶現(xiàn)象可抗鐵水 尖晶石有72, 90, 95% Al203三種 性能 95% > 90% > 72% Al2O3 含量低於72wt%者

45、不適用，free MgO 。 3) 添加尖晶石於Castable能提升其高溫強(qiáng)度， 高溫折斷強(qiáng)度(1000-1500℃)隨尖晶石量(5-l5wt%) 的增加及溫度的上升而增加。,4) CaO效應(yīng) 高鋁水泥的CA6與尖晶石間有鍵結(jié)關(guān)係(Bond Linkage)， 造成高溫折斷強(qiáng)度隨CaO量的增加及溫度的上升而增加。 抗?fàn)t渣滲透 與水泥含量成正比 抗?fàn)t渣侵蝕 與水泥

46、含量成反比。 含量為8-12wt%平衡最佳5) 引入粗顆粒10~30mm 抗侵蝕 抗熱震6) 添加0.1wt% PP纖維 可防預(yù)熱中爆裂。,氧化鋁-氧化鎂澆注材 MgO的效應(yīng)是與Al2O3作用，生成 MgO Al2O3尖晶石取代原先的尖晶石SiO2的效應(yīng)是促進(jìn)尖晶石的生成;爐渣試驗(yàn)顯示氧化鋁-氧化鎂澆注材的抗渣性優(yōu)於氧化鋁-尖晶石澆注材，生成的尖晶石較細(xì)，且均勻分佈成網(wǎng)。

47、60;添加0.75wt% microsi1ica於 Al2O3-MgO澆注材，可有效壓抑熱膨脹及荷重?zé)崤蛎?。但氧化鋁-氧化鎂澆注材的的高溫折斷強(qiáng)度較低所以某些衝擊部位以氧化鋁-尖晶石澆注材佳。,,。,Al2O3-MgO澆注料＋不銹鋼纖維,Al2O3-Spinel澆注料無不銹鋼纖維,RH爐Snorkel上層 鋁鎂澆注料＋不銹鋼纖維 耐蝕及避免澆注料龜裂爐渣滲入。下層鋁尖晶石澆注料不添加纖維鋁尖晶石澆注料熱間強(qiáng)

48、度高因此更適合破渣浸入盛鋼桶。,耐蝕性 抗熱震 三項(xiàng)性能都是鋁鎂澆注料 ﹥鋁尖晶石澆注料再熱線膨脹率 熱間強(qiáng)度 鋁尖晶石澆注料》鋁鎂澆注料,高爐流道操作條件,,10. Al2O3-SiC-C不定形,Titling runner,Iron runner,Main runner,Slag runner,Stimmer,Runner cover,Taphole face,Torpedo car,Plu

49、ggingoperation,Drill machine,Optimum physical properties of the main trough materials,1) 含碳澆注料主要技術(shù),,2) SiC熱傳導(dǎo)率高?熱膨脹係數(shù)小?耐磨與高爐等低鹼度爐渣反應(yīng)小等特性但SiC容易受到鹼性物質(zhì)侵蝕和容易氧化SiC在強(qiáng)還原氣氛中到2454℃仍穩(wěn)定但在高氧氣氛氧化反應(yīng)　氧氣和空氣氣氛屬於高氧分壓　爐內(nèi)CO,CO2,N

50、2氣氛為低氧分壓Po2　>　P(CO+SiO) 時(shí)高氧分壓 SiC　(s) +3/2 O2(g) =SiO2(s)+CO(g)形成SiO2保護(hù)層，氧分壓高時(shí)一開始反應(yīng)劇烈但3h後氧化率幾乎零。Po2　<　P(CO+SiO) 時(shí)低氧分壓 SiC(s) + O2(g) = SiO(g)+CO(g)不能形成SiO2保護(hù)層SiC繼續(xù)氧化, 氧分壓低時(shí)SiC表現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間慢速氧化表面形成纖維狀的SiO2SiC在1

51、550℃溫度下，在含碳耐火材料當(dāng)高氧分壓時(shí)形成SiO2保護(hù)膜在低氧分壓時(shí)又不斷氧化特性發(fā)生氣相揮發(fā)而C析出對(duì)材料產(chǎn)生修復(fù)性提高材料壽命。,3) SiC加入量　高爐流道以鐵鱗作為主要脫矽劑時(shí)C和SiC受到FeO嚴(yán)重侵蝕　2FeO (s.l) + SiC(s)= 2Fe(s.l)+SiO(g)+C(s)　3FeO (s.l) + SiC(s)= 3Fe(s.l)+SiO2(s)+CO(g)為主1000~1200℃　4FeO

52、 (s.l) + SiC(s)= 4Fe(s.l)+SiO2(s)+CO(g)　FeO (s.l) + C(s)= Fe(s.l)+CO(g)　添加Spinel減少SiC及C　Spinel對(duì)耐蝕有幫助Spinel耐蝕性優(yōu)於Al2O3　添加uf-SiO2及Al2O3超微粉增加流動(dòng)性?燒結(jié)強(qiáng)度?提高緻密　性，uf-SiO2加入適當(dāng)量減少水量0.8%中溫強(qiáng)度增加近一倍。,SiC添加量在12~28%之間隨量的增加熱應(yīng)力明顯

53、降低，改善抗熱震性SiC有：　1.　不親水性　　　在澆注料中影響流動(dòng)值?施工性，降低澆注材緻密度?！?.　不易燒結(jié)強(qiáng)度降低　選用影響流動(dòng)性較小的SiC原料，如SiC顆粒形狀大多是針狀　以u(píng)f-SiC取代角狀SiC及粒度大小，調(diào)整減水劑種類及添加量?！√砑觰f-SiO2及Al2O3超微粉增加流動(dòng)性?燒結(jié)強(qiáng)度?提高緻密性　uf-SiO2加入適當(dāng)量減少水量0.8%中溫強(qiáng)度增加近一倍。,4) Al2O3-SiC-C不定

54、形加入Si粉　　Si(s)+C(s)=SiC(s)生成β-SiC鬚晶,　　Si和C反應(yīng)在1000~1150℃開始明顯　　當(dāng)Si粉顆粒生成一層薄SiC後其反應(yīng)速度變慢　　只有提高溫度通過液相或氣相加速速度　　Si熔點(diǎn)1410℃溫度上升至1405℃後出現(xiàn)液相　　少量Si提高燒成後強(qiáng)度及高溫強(qiáng)度，　　對(duì)耐蝕性影響不大。,M,30秒,60秒,K,J,90秒,不定形攪拌難易度實(shí)驗(yàn):加水後攪30秒、60秒、90秒,,,,

55、180秒,150秒,120秒,,不定形攪拌難易度實(shí)驗(yàn):加水後攪120、150、180秒,M,K,J,不定形攪拌難易度實(shí)驗(yàn)50kg攪拌試驗(yàn),加水前,30秒,3分鐘,下料,8,RH真空脫氣精煉爐,Stable in vacuum and at high temperatures High hot strength to resist the erosion caused by hot steel flow. High t

56、hermal shock resistance. Resistance to corrosion and structural spalling caused by infiltration of Fe-oxide, CaO,SiO2 and MnO.,,鋼水向上 ZigZag防止磚上浮,增加磚擋防止磚下滑,,上升管,下降管,,如前述上升管不必然要設(shè)計(jì)的與下降管一樣，更進(jìn)一步將上升管採(cǎi)取如右邊的設(shè)計(jì)，而將下降管設(shè)計(jì)成右邊方式

57、並且再增加磚擋將會(huì)是最佳組合設(shè)計(jì)如圖11,,,,,,,,,,,,四、 RH精煉爐在煉鋼工業(yè)中扮演非常重要角色尤其 隨著高級(jí)鋼的需越來越大，真空精煉設(shè)備越形 重要，RH精煉爐功能不斷提升，耐火材料及設(shè) 計(jì)也必需精進(jìn)，如浸漬管上升管與下降管的設(shè) 計(jì)不必然要相同，針對(duì)其使用環(huán)境及條件改變 設(shè)計(jì)對(duì)使用壽命有很大的幫助，在下部槽同樣 也根據(jù)侵蝕殘厚設(shè)計(jì)不同厚度的磚以達(dá)到最佳 利用。