钢包用轻重质复合保温砖

　　精炼钢包永久衬用轻重质复合保温砖的重质部分相当于高铝砖，轻质部分相当于粘土隔热砖。实际使用表明，采用轻重质复合保温砖作为钢包永久衬，节能效果明显，可以获得显著的社会经济效益。

　　1试验室研究

　　复合砖的重质部分，主要起安全衬的作用，防止钢包工作衬蚀穿时事故的发生。国内钢厂过去大都采用粘土砖作永久衬。在硅酸铝质耐火材料中，Al₂O₃含量和制品的显气孔率是影响抗渣性的决定因素。制品Al₂O₃含量和显气孔率变化对抗渣性的影响如图1所示。抗渣试验所用炉渣是碱度为3.4左右的45#钢还原渣。从图1可以明显看出，Al₂O₃增加;抗渣性提高;显气孔率降低，抗渣性提高，在Al₂0₃含量和显气孔率这两个因素中，显气孔)率对制品抗渣性的影响最为明显。

　　图1 1500℃、1600℃时保温30min的气孔率，Al₂O₃含量与侵蚀深度的关系

　　鉴于此，选用高铝质作为重质部分的材质，以补偿用粘土砖作安全衬时的不足。采用高铝质与由65%焦宝石、15%I级矾土和20%粘土制成的坩埚作抗渣试验。钢渣为冶炼轴承钢的氧化期炉渣，试验温度1400℃， 保温3h，试验后试样的照片如图2所示。

　　田2粘土质和高钽质坩琪静态抗渣

　　从熔渣对试样的侵蚀线可以明显看出， 粘土质坩埚(图左)渣蚀严重部位已接近蚀穿坩埚壁，而高铝质坩埚(图右)渣蚀严重部位仍有4mm左右(坩埚壁厚度均为6mm)，因此选用高铝质作为轻重质复合保温砖的重质部分是可行的。

　　1.1.2轻质部分材质的选择

　　从经济和轻重质之间的牢固结合考虑，经试验，采用化学组成接近粘土质的配料是可行的。轻质部分要求有好的隔热效果，热导率应≤0.5W/(m·K)。

　　1.2添加剂试验

　　采用一级矾土熟料、三级矾土熟料、粘土质多孔熟料、高铝质多孔熟料、漂珠、生粘土为主要原料，在统一配方的基础上，开展了添加剂对复合保温砖性能影响的研究。在烧成后线变化基本相同的情况下，测定了对轻质部分容重的影响。

　　1.2.1体积稳定剂加入量对轻质部分容重的影响

　　图3为体积稳定剂加入量与容重的关系曲线。从图3可以看出，随着体积稳定剂加入量的增加，轻质部分的容重降低，当相对加入量由1%增加到3%时，容重由1.45g/cm³降低到1.26g/cm³。

　　图3 体积稳定剂加入量对轻质部分容重的影响

　　1.2.2抗压剂加入量对轻质部分容重的影响

　　图4为抗压剂加入量与容重的关系曲线。从图4可以看出，抗压剂加入量的变化对轻质部分容重的影响比体积稳定剂明显，抗压剂加入量的增加可使轻质部分的容重明显降低。

　　图4 抗压剂加入量对轻质部分容重的影响

　　1.2.3 增孔剂加入量对轻质部分容重的影响

　　图5为增孔剂加入量与容重的关系曲线。由图5可以看出，增孔剂相对加入量由3%增加到5%时，容重由1.38g/cm³降到1.16g/cm³。

　　图5 增孔剂加入量对轻质部分容重的影响

　　1.3不同成型压力对轻重质复合保温耐火砖轻质部分容重的影响

　　采用同一种轻质配料，用不同成型压力压成试样，其容重如表1所示。

　　表1 成型压力对轻质配料容重的影响

　　由表1可以看出，成型压力从40MPa增加到100MPa，容重增加0.lg/cm³左右。为了增加结合强度，调整添加剂加入量，采用80MPa压力为宜。

　　1.4 烧成溫度

　　轻重质复合保温耐火砖的烧成温度主要由轻质材料所决定。试验表明，复合保温耐火砖的烧成温度随着所用轻质部分材质的质量波动于1200~1300℃。

　　1.5 轻重质复合保溫砖复合面的结合强度

　　为了了解复合砖复合面的结合强度，在试验室条件下，选用一组轻、重质配料，将两种料分别装入25mmX25mmX125mm的抗折试样模型中，轻、重质加料比为轻：重=1: 2.2;加入量各占50%，然后以100MPa的压力成型。烧成后，测得轻质部分容重为1.27 g/cm³。沿结合面作抗折强度试验，冷态抗折强度为6.58MPa。由此可见复合面的结合是相当牢固的。

　　2 轻重质复合保温砖的工业试生产

　　轻重质复合保温耐火砖工业试生产所用原料为矾土熟料-I、矾土熟料-Ⅱ、多孔粘土熟料、多孔矾土熟料、漂珠、结合粘土和添加剂。主要原料的化学组成如表2所示。

　　轻重质复合保温耐火砖试生产工艺流程如下：

　　表2 主要原料的化学组成，%

　　在复合保温耐火砖生产中，其复合方式可根据各钢厂的实际使用要求进行复合。复合方式可分正面复合、侧面复合和端面复合三种，如图6所示。

　　图6 复合保温砖的复合方式示意圈

　　轻重质复合保温耐火砖的理化性能测试是将轻、重质分开测量的。轻质部分的理化性能：Al₂O3≥45.89%，Fe₂O₃≤2.46，体积密度<1.2g/cm³，常温耐压强度≥4.08MPa，耐火度≥1670℃，导热系数(350℃)≤0.438W(m·k);重质部分的理化性能：Al₂O₃≥63.44%，Fe₂O₃≤1.58%，常温耐压强度≥35.0 MPa，耐火度≥1790℃。

　　3 轻重质复合保温耐火砖在钢包上的使用试验

　　使用试验在大冶钢厂四炼钢60t精炼包上进行。钢包外壳为Φ2700~Φ2970mm的圆锥体。工作衬渣线部位用MgO-C砖，钢液部位用高铝砖，有时也使用全MgO-C工作衬。复合保温耐火砖衬砌于工作衬与钢壳之间，代替原用的粘土质永久衬,其轫筑情况见图7。

　　图7 钢包砌筑示意图

　　过去，大冶钢厂为了提高钢包的隔热性能，减少钢水温降，曾使用过隔热砖，砌于粘土质永久衬和钢壳之间。这虽然在减少钢水温降上起了较好的作用，但由于隔热砖与粘土质永久衬砖结合的不好，在换砌工作衬时，粘土质永久衬常常因剥离而脱落。采用轻重质复合保温耐火砖后，保温层与永久衬只砌一个砖型，与原砌筑普通粘土砖永久衬时需用T3、T38两个砖型相比，砌筑方便简单，而且复合保温砖带有斜面，砌筑时相互楔紧，砌筑质量也有所提高。为了考核采用复合保温耐火砖后的保温效果，在试用过程中，主要使用表面温度计对钢包外壳进行温度测量，并与未用复合保温砖的钢包外壳进行温度比较，其结果如表3所示。

　　表3 钢包外壳表面温度测量对照表

　　从表3可以看出，采用复合保温财火砖作永久衬后，与粘土砖永久衬相比，钢包外壳温度下降80℃以上。若按单位时间内传热损失的热量测算，可降低出钢温度12℃左右。显然，采用轻重质复合保温耐火砖用作精炼钢包的安全保温衬，其隔热保温效果是令人满意的。

　　4结语

　　轻重质复合保温耐火砖的研制成功，为钢包保温开辟了一条新途径。根据武钢第二炼钢厂的试用结果，即使采用机械拆包，只要改进砖型和砌筑方法，也可提高使用寿命。轻重质复合保温砖的隔热效果与中轻质浇注料相比，可使钢包表面温度降低50℃左右。

　　轻重质复合保温砖除了用于精炼包作用久衬外，尚可用于其它热工窑炉作为安全保温衬砌材料，还可用于建材、电子、化工等工业的热工设备中作为炉衬砌筑材料，其应用前景非常广阔。