自結合碳化硅磚是以β-SiC為結合相的碳化硅質耐火制品。該材料在國外大型高爐上廣泛應用。抗堿性、抗渣性、抗熱震性、抗氧化性和抗貼水溶蝕性是高爐用耐火材料的關鍵使用性能，是選用高爐內襯的重要依據。在本工作中，對這種新型自結合碳化硅磚的部分使用性能進行了較全面的分析，期望更多的耐火材料研究者和高爐設計者關注并充分使用這種高性能的自結合碳化硅耐火材料。
1 試樣的常規性能
新型自結合碳化硅磚試樣從磚型為530mm×225/206mm×215mm質量為69kg的梯形磚上切取，試樣記為SC；采用本公司生產的磚型為345mm×150mm×75mm的Si3N4結合碳化硅高爐磚作為對比試樣，試樣記為SN。表1比較了試樣SC和SN的常規理化性能，由表1可知，試樣SC致密度最高，常溫，高溫力學性能良好，略低于試樣SN的，但明顯優于試樣SC-JP和SC-1995的；試樣SC中SiC含量明顯優于試樣SC-JP和SC-1995的。
表1 不同SiC試樣理化性能指標比較
圖1比較了試樣SC和SN的線膨脹率，可以看出試樣SC的線膨脹率略高于試樣SN的。圖2比較了試樣SC和SN兩種材料的熱導率，可看出在600~1000℃范圍試樣SC的熱導率較試樣SN高約10%~25%，這對高爐中部內襯是有利的。
圖1 試樣線膨脹率隨溫度的變化
圖2 試樣熱導率隨溫度的變化
2 使用性能
2.1 抗堿性
采用與GB/T14983-2008相近的試樣方法。將尺寸為25mm×25mm×70mm的試樣放入不銹鋼盒內，用無水K2CO3掩埋，在N2氣氛、930℃煅燒6h，N2氣氛下冷卻至常溫，在流動的水槽中將試樣充分沖洗，在150℃干燥5h，測試樣侵蝕前后的質量和尺寸的變化，試驗結果見表2。圖3是熔堿侵蝕后試樣的外觀照片。可以看出;試樣SC侵蝕后棱角無缺損，表面平滑，表明K2CO3滲入材料內部不多;而試樣SN侵蝕后棱角缺損嚴重，表面疏松，表明基質侵蝕嚴重。所以，試樣SC表面取樣作XRD分析的結果看出，熔堿試驗后，其物相組成與原樣基本一樣(見圖4)，表明次試驗條件下滲入的K2CO3少，K2CO3未與SiC發生明顯反應。而試樣SN中的Si3N4與K2CO3發生了明顯反應。而試樣SN中的Si3N4與K2CO3發生了明顯反應，生成低熔點的偏硅酸鉀和二硅酸鉀，使材料基質遭受嚴重破壞。
表2 熔堿侵蝕試驗結果
圖3 熔堿侵蝕后試樣外觀
圖4 試樣SC經熔堿試驗后的XRD的圖譜
2.2 抗渣性
試驗方法為靜態浸泡法。采用碳管爐加熱，Ar氣氛，將高爐渣粉壓塊后放入鉬質坩堝內，用鉬質的夾具尺寸為120mm×20mm×10mm的T型試樣置于坩堝上方，待1550℃高爐渣完全融化后，將試樣浸入渣液中，浸入深度65mm，1550℃浸泡6h后將試樣提出熔渣液面，在Ar氣氛下自然冷卻。高爐渣組成(w)：CaO 40.76%、SiO 34.04%、MgO 7.77%、Fe2O3 0.38%，m(CaO)：m(SiO2)=1.2。
圖5為抗渣試驗后試樣外觀照片。可以看出，肉眼觀察試樣SC和SN未見侵蝕，試樣SC表面附著很薄的一層渣，試樣SN表面的掛渣略多。圖6為試樣靠近渣面的SEM照片。可以看出，試樣SC表面輕微滲透，內部與表面基質均勻：試樣SN表面約為1mm的熔渣滲透層。
圖5 渣侵蝕后試樣外觀
圖7為渣侵蝕后Ca元素由外到內的變化情況。從圖7看出，自結合碳化硅材料表面與內部鈣元素含量保持較低水平，而氮化硅結合碳化硅材料從表面到2mm處Ca含量從較高水平逐漸下降，之后就不再變化，其Ca含量一直高于自結合碳化硅材料。所以，此試驗條件下兩種材料在高爐渣浸泡后都有少量渣元素擴散，氮化硅結合碳化硅試樣表皮基質由明顯的滲透層，而自結合碳化硅試樣未出現滲透，可見所研制新型自結合碳化硅磚具有更好的抗高爐渣侵蝕的能力。
圖6 侵蝕后試樣的顯微結構照片
圖7 侵蝕后試樣表面到內部基質中Ca元素含量變化
2.3 抗熱震性
將25mm×25mm×150mm的試樣在常溫下快速置入1350℃電爐內，保溫20min后迅速取出風冷，強制風冷至常溫，循環5次，測試試樣熱震前后的常溫抗折強度，比較不同試樣的抗折強度保持率，結果見表3。從結果看，風冷熱震后，試樣SC的抗折強度保持率為正，而試樣SN為負，表明試樣SC的抗熱震性能更優。
表3 抗熱震試驗結果(1350℃風冷)
3 結語
(1)新型自結合碳化硅磚具有與氮化硅結合碳化硅磚相當的力學性能、熱膨脹性以及更大的熱導率。
(2)新型的自結合碳化硅磚比氮化硅結合碳化硅磚具有更加優良的抗堿性、抗渣性和抗熱震性。
(3)新型自結合碳化硅磚用于高爐內襯可望具有良好的應用前景。