精煉鋼包永久襯用輕重質(zhì)復(fù)合保溫磚的重質(zhì)部分相當(dāng)于高鋁磚，輕質(zhì)部分相當(dāng)于粘土隔熱磚。實(shí)際使用表明，采用輕重質(zhì)復(fù)合保溫磚作為鋼包永久襯，節(jié)能效果明顯，可以獲得顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益。
1試驗(yàn)室研究
復(fù)合磚的重質(zhì)部分，主要起安全襯的作用，防止鋼包工作襯蝕穿時(shí)事故的發(fā)生。國內(nèi)鋼廠過去大都采用粘土磚作永久襯。在硅酸鋁質(zhì)耐火材料中，Al2O3含量和制品的顯氣孔率是影響抗渣性的決定因素。制品Al2O3含量和顯氣孔率變化對抗渣性的影響如圖1所示。抗渣試驗(yàn)所用爐渣是堿度為3.4左右的45#鋼還原渣。從圖1可以明顯看出，Al2O3增加;抗渣性提高;顯氣孔率降低，抗渣性提高，在Al203含量和顯氣孔率這兩個因素中，顯氣孔)率對制品抗渣性的影響最為明顯。
圖1 1500℃、1600℃時(shí)保溫30min的氣孔率，Al2O3含量與侵蝕深度的關(guān)系
鑒于此，選用高鋁質(zhì)作為重質(zhì)部分的材質(zhì)，以補(bǔ)償用粘土磚作安全襯時(shí)的不足。采用高鋁質(zhì)與由65%焦寶石、15%I級礬土和20%粘土制成的坩堝作抗渣試驗(yàn)。鋼渣為冶煉軸承鋼的氧化期爐渣，試驗(yàn)溫度1400℃， 保溫3h，試驗(yàn)后試樣的照片如圖2所示。
田2粘土質(zhì)和高鉭質(zhì)坩琪靜態(tài)抗渣
從熔渣對試樣的侵蝕線可以明顯看出， 粘土質(zhì)坩堝(圖左)渣蝕嚴(yán)重部位已接近蝕穿坩堝壁，而高鋁質(zhì)坩堝(圖右)渣蝕嚴(yán)重部位仍有4mm左右(坩堝壁厚度均為6mm)，因此選用高鋁質(zhì)作為輕重質(zhì)復(fù)合保溫磚的重質(zhì)部分是可行的。
1.1.2輕質(zhì)部分材質(zhì)的選擇
從經(jīng)濟(jì)和輕重質(zhì)之間的牢固結(jié)合考慮，經(jīng)試驗(yàn)，采用化學(xué)組成接近粘土質(zhì)的配料是可行的。輕質(zhì)部分要求有好的隔熱效果，熱導(dǎo)率應(yīng)≤0.5W/(m·K)。
1.2添加劑試驗(yàn)
采用一級礬土熟料、三級礬土熟料、粘土質(zhì)多孔熟料、高鋁質(zhì)多孔熟料、漂珠、生粘土為主要原料，在統(tǒng)一配方的基礎(chǔ)上，開展了添加劑對復(fù)合保溫磚性能影響的研究。在燒成后線變化基本相同的情況下，測定了對輕質(zhì)部分容重的影響。
1.2.1體積穩(wěn)定劑加入量對輕質(zhì)部分容重的影響
圖3為體積穩(wěn)定劑加入量與容重的關(guān)系曲線。從圖3可以看出，隨著體積穩(wěn)定劑加入量的增加，輕質(zhì)部分的容重降低，當(dāng)相對加入量由1%增加到3%時(shí)，容重由1.45g/cm3降低到1.26g/cm3。
圖3 體積穩(wěn)定劑加入量對輕質(zhì)部分容重的影響
1.2.2抗壓劑加入量對輕質(zhì)部分容重的影響
圖4為抗壓劑加入量與容重的關(guān)系曲線。從圖4可以看出，抗壓劑加入量的變化對輕質(zhì)部分容重的影響比體積穩(wěn)定劑明顯，抗壓劑加入量的增加可使輕質(zhì)部分的容重明顯降低。
圖4 抗壓劑加入量對輕質(zhì)部分容重的影響
1.2.3 增孔劑加入量對輕質(zhì)部分容重的影響
圖5為增孔劑加入量與容重的關(guān)系曲線。由圖5可以看出，增孔劑相對加入量由3%增加到5%時(shí)，容重由1.38g/cm3降到1.16g/cm3。
圖5 增孔劑加入量對輕質(zhì)部分容重的影響
1.3不同成型壓力對輕重質(zhì)復(fù)合保溫耐火磚輕質(zhì)部分容重的影響
采用同一種輕質(zhì)配料，用不同成型壓力壓成試樣，其容重如表1所示。
表1 成型壓力對輕質(zhì)配料容重的影響
由表1可以看出，成型壓力從40MPa增加到100MPa，容重增加0.lg/cm3左右。為了增加結(jié)合強(qiáng)度，調(diào)整添加劑加入量，采用80MPa壓力為宜。
1.4 燒成溫度
輕重質(zhì)復(fù)合保溫耐火磚的燒成溫度主要由輕質(zhì)材料所決定。試驗(yàn)表明，復(fù)合保溫耐火磚的燒成溫度隨著所用輕質(zhì)部分材質(zhì)的質(zhì)量波動于1200~1300℃。
1.5 輕重質(zhì)復(fù)合保溫磚復(fù)合面的結(jié)合強(qiáng)度
為了了解復(fù)合磚復(fù)合面的結(jié)合強(qiáng)度，在試驗(yàn)室條件下，選用一組輕、重質(zhì)配料，將兩種料分別裝入25mmX25mmX125mm的抗折試樣模型中，輕、重質(zhì)加料比為輕：重=1: 2.2;加入量各占50%，然后以100MPa的壓力成型。燒成后，測得輕質(zhì)部分容重為1.27 g/cm3。沿結(jié)合面作抗折強(qiáng)度試驗(yàn)，冷態(tài)抗折強(qiáng)度為6.58MPa。由此可見復(fù)合面的結(jié)合是相當(dāng)牢固的。
2 輕重質(zhì)復(fù)合保溫磚的工業(yè)試生產(chǎn)
輕重質(zhì)復(fù)合保溫耐火磚工業(yè)試生產(chǎn)所用原料為礬土熟料-I、礬土熟料-Ⅱ、多孔粘土熟料、多孔礬土熟料、漂珠、結(jié)合粘土和添加劑。主要原料的化學(xué)組成如表2所示。
輕重質(zhì)復(fù)合保溫耐火磚試生產(chǎn)工藝流程如下：
表2 主要原料的化學(xué)組成，%
在復(fù)合保溫耐火磚生產(chǎn)中，其復(fù)合方式可根據(jù)各鋼廠的實(shí)際使用要求進(jìn)行復(fù)合。復(fù)合方式可分正面復(fù)合、側(cè)面復(fù)合和端面復(fù)合三種，如圖6所示。
圖6 復(fù)合保溫磚的復(fù)合方式示意圈
輕重質(zhì)復(fù)合保溫耐火磚的理化性能測試是將輕、重質(zhì)分開測量的。輕質(zhì)部分的理化性能：Al2O3≥45.89%，F(xiàn)e2O3≤2.46，體積密度<1.2g/cm3，常溫耐壓強(qiáng)度≥4.08MPa，耐火度≥1670℃，導(dǎo)熱系數(shù)(350℃)≤0.438W(m·k);重質(zhì)部分的理化性能：Al2O3≥63.44%，F(xiàn)e2O3≤1.58%，常溫耐壓強(qiáng)度≥35.0 MPa，耐火度≥1790℃。
3 輕重質(zhì)復(fù)合保溫耐火磚在鋼包上的使用試驗(yàn)
使用試驗(yàn)在大冶鋼廠四煉鋼60t精煉包上進(jìn)行。鋼包外殼為Φ2700~Φ2970mm的圓錐體。工作襯渣線部位用MgO-C磚，鋼液部位用高鋁磚，有時(shí)也使用全MgO-C工作襯。復(fù)合保溫耐火磚襯砌于工作襯與鋼殼之間，代替原用的粘土質(zhì)永久襯,其軔筑情況見圖7。
圖7 鋼包砌筑示意圖
過去，大冶鋼廠為了提高鋼包的隔熱性能，減少鋼水溫降，曾使用過隔熱磚，砌于粘土質(zhì)永久襯和鋼殼之間。這雖然在減少鋼水溫降上起了較好的作用，但由于隔熱磚與粘土質(zhì)永久襯磚結(jié)合的不好，在換砌工作襯時(shí)，粘土質(zhì)永久襯常常因剝離而脫落。采用輕重質(zhì)復(fù)合保溫耐火磚后，保溫層與永久襯只砌一個磚型，與原砌筑普通粘土磚永久襯時(shí)需用T3、T38兩個磚型相比，砌筑方便簡單，而且復(fù)合保溫磚帶有斜面，砌筑時(shí)相互楔緊，砌筑質(zhì)量也有所提高。為了考核采用復(fù)合保溫耐火磚后的保溫效果，在試用過程中，主要使用表面溫度計(jì)對鋼包外殼進(jìn)行溫度測量，并與未用復(fù)合保溫磚的鋼包外殼進(jìn)行溫度比較，其結(jié)果如表3所示。
表3 鋼包外殼表面溫度測量對照表
從表3可以看出，采用復(fù)合保溫財(cái)火磚作永久襯后，與粘土磚永久襯相比，鋼包外殼溫度下降80℃以上。若按單位時(shí)間內(nèi)傳熱損失的熱量測算，可降低出鋼溫度12℃左右。顯然，采用輕重質(zhì)復(fù)合保溫耐火磚用作精煉鋼包的安全保溫襯，其隔熱保溫效果是令人滿意的。
4結(jié)語
輕重質(zhì)復(fù)合保溫耐火磚的研制成功，為鋼包保溫開辟了一條新途徑。根據(jù)武鋼第二煉鋼廠的試用結(jié)果，即使采用機(jī)械拆包，只要改進(jìn)磚型和砌筑方法，也可提高使用壽命。輕重質(zhì)復(fù)合保溫磚的隔熱效果與中輕質(zhì)澆注料相比，可使鋼包表面溫度降低50℃左右。
輕重質(zhì)復(fù)合保溫磚除了用于精煉包作用久襯外，尚可用于其它熱工窯爐作為安全保溫襯砌材料，還可用于建材、電子、化工等工業(yè)的熱工設(shè)備中作為爐襯砌筑材料，其應(yīng)用前景非常廣闊。