铝碳耐火材料介绍(赵惠忠)52页PPT文档
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铝碳质耐火材料
铝碳质耐火材料是指将氧化铝原料和 碳素原料，大多数情况下还加入其它原料， 如SiC、金属Si等，用沥青或树脂等有机 结合剂粘结而成的碳复合耐火材料。
铝碳质耐火材料大量应用于钢铁生产 工艺过程中的连铸工序、高炉铁水沟和铁 水包等设备上。图6.1是钢铁生产工序图 及有关设备名称。
连铸工序： 钢包＋中间包
连铸用耐火材料，是指从钢包开始连铸工 序所用的耐火材料。近年来，由于对钢材质 量要求的提高，对连铸用耐火材料的质量也 不断提高，连铸对耐火材料的要求为：
• 耐高温；
• 不与钢液或合金发生反应；抗渣性强； • 抗高速钢流冲刷； • 低气孔率，防止空气进入钢液；高的抗热冲击能力； • 精确的几何尺寸； • 装置和使用简单，质量稳定，价格不能太高。
滑动水口系统（包括上下水口、上下 滑板）作为钢包和中间包的钢水流量控制 系统，因可控性好，能提高生产率而得到 迅速发展。
滑动水口系统优于传统的塞头水口控 制系统，它促进了钢包精炼工艺和连铸技 术的发展，同时，随着钢产量的上升和钢 质量的提高，与此同时多炉连铸技术的发 展必须要求滑动水口系统增加使用寿命， 减少操作费用。
6.1.2 滑板
1>. 滑板的类型及组成
往复式
旋转式
图6.3 滑板类型
从结构上分：按滑动方式的不同，分为往复式和旋转式；
从组成滑板的块数上分：两层式和三层式；
从用途上分：由钢包用和中间包用滑板。
2>. 滑板的发展
滑动水口系统发展初期，滑板砖使用的是陶瓷结 合高铝或镁质耐火材料，为增强其基质耐蚀性，防止 渣的渗透，采用焦油浸渍，工作地点受到焦油的严重 污染。镁质滑板用在钢渣量多或含氧量高的腐蚀钢种 场合，MgO含量为85~95%，另加一些Al2O3或尖晶石以 提高其热震稳定性。
高炉
混铁车
转炉
上挡渣堰
钢包
钢包滑板 长水口 中间包盖
中间包
中间包用滑板
下挡渣堰
浸入式水口
图6.1 钢铁生产工序
6.1 连铸用铝碳质耐火材料
6.1.1 连铸对耐火材料的要求
60年代连铸技术的引入，使得模铸－脱模－均 热炉－开坯这一工序过程得以简化为一步将钢液变 成热轧钢坯的过程，并具有节能、节省基建投资、 降低生产成本、提高效率的优点，是一种高产、低 耗的生产方法。连铸工序在钢铁生产工序中占有重 要的地位。
AZTS的主要矿物组成为刚玉、斜锆石、和莫来 石（monoclinc- ZrO2 ）。
刚玉中含有Al2O3-TiO2和m- ZrO2,这类材料由三 种以上矿相组成，矿相在材料中分布均匀。
AZTS材料应用于滑板后的能使滑板的膨胀率 和弹性模量降低，热震稳定性提高。图6.4是AZTS 等材料的膨胀曲线。
随着多炉连铸要求的提高，碳结合铝碳质滑板解 决了陶瓷结合滑板存在的问题。添加石墨的铝碳质滑 板比高铝质滑板使用寿命要高得多，特别适用于电炉 和中间包的小型滑板上，但在大型钢包滑板上还不令 人满意。这是因为滑板面的损毁随着气孔率的降低或 常温耐压的提高而减轻，但因此也增大了弹性模量， 从而降低了热震稳定性。
连铸用耐火材料如图6.2所示，其中 用到碳复合耐火材料的部位有：钢包的 渣线，各种水口砖、各种滑板及整体塞 棒。
A l2O 3-M gO 质浇注料
渣线MgO-C砖
水口砖
整 体 Al2O3 质塞棒
A l2O 3-C 滑 板
铝碳质 浸入式水口
图6.2 连铸用耐火材料
滑动水口用耐火材料
注钢用耐火材料，60年代以前使用套筒塞 棒，60年代开发了滑动水口，从钢包往中间包 以及从中间包往结晶器中注钢，是连铸用耐火 材料的一大变革。作为钢水流量的控制方式， 最早提出滑动水口方案的是1885年美国专利， 1964年、1968年德国和日本分别开始使用滑动 水口，我国70年代开始推广使用。
因此滑动水口结构和滑动水口用耐火材料 都不断地改进。由于连铸比的增加及炉外精炼 技术的发展促进了滑动水口技术的不断推广。 目前板坯和大型板坯连铸均采用滑动水口，方 坯连铸也部分采用滑动水口。传统的水口、塞 棒技术只使用在浇注不锈钢用的中间包等极为 特殊用途的场合。
由于滑板（Sliding Plate）直接控制钢水的 流量，所以被认为是滑动水口系统中最重要的 部分，为了获得较长的使用寿命和稳定的操作， 滑板砖作为滑动水口系统的耐火材料和机械部 件都要求具有优良的性能。
碳素原料对滑板的抗侵蚀性能和热震稳定性有重 大的影响。碳含量在10％时，抗侵蚀性能最好；随着 碳量的增加，抗热震性明显提高；碳黑属非晶质碳素， 易于Si反应，在钢中难于溶解，可改善砖体显微结构， 提高机械性能和抗侵蚀性能。一般采用两种或两种以 上碳素原料，滑板中总碳含量波动在5~15%。
一般情况下，强度上升，热震稳定性下降，这 是铝碳质滑板存在的问题。
莫来石、锆莫来石、锆刚玉等材料比刚玉的膨 胀系数小，因此这些材料适合于作为滑板的原料， 以降低制品的膨胀系数和提高其的热震稳定性。
目前，作为一种膨胀率低适合于生产低膨胀高、 抗热震稳定性的材料如AZTS（Al2O3-ZrO2-TiO2-SiO2） 已被投入生产和使用。
2.0
热膨胀率/％
1.5
氧化铝
莫来石
AZTS 1.0
0.5
0.0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 温度/℃
图6.4 有关材料的的膨胀曲线
6.1.3 滑板的基本制造工艺
1、烧成铝碳滑板
原料：烧结刚玉、电熔刚玉、烧结刚玉－莫来石、合成莫
来石、鳞片石墨、碳黑、硬质沥青和添加剂。
工艺流程：
铝碳滑板的制造工艺流程如图6.5。
氧化铝原料（粗中细）
碳素原料(石墨、碳黑) 添加物（Si、Al、SiC）
混 合
成 型
还 原 烧 成
油 浸
热 处 理
机 加 工
成 品
ຫໍສະໝຸດ Baidu
结合剂
图6.5 滑板制造工艺流程
烧成铝碳滑板的结合系统
在烧成铝碳滑板中，有机结合剂在烧成中 碳化结焦，形成碳结合；
加入物Si，在1300℃还原烧成时，与碳素 生成β－SiC,在砖体内形成陶瓷结合。
所以烧成铝碳滑板中存在着两种结合系统， 它使滑板的强度明显提高，而且就是在使用中 碳素燃尽之后，由于陶瓷结合系统的作用也能 保持足够的残余强度。
影响烧成铝碳滑板质量的因素
刚玉抗侵蚀性能好，但膨胀系数比莫来石高；一 定数量的莫来石有利于提高滑板的热震稳定性，但随 着SiO2含量的提高，滑板的抗侵蚀性能下降。因此烧 成铝碳滑板中SiO2一般控制在5~12%内，合成莫来石 加入量最多不超过30％。
铝碳质耐火材料是指将氧化铝原料和 碳素原料，大多数情况下还加入其它原料， 如SiC、金属Si等，用沥青或树脂等有机 结合剂粘结而成的碳复合耐火材料。
铝碳质耐火材料大量应用于钢铁生产 工艺过程中的连铸工序、高炉铁水沟和铁 水包等设备上。图6.1是钢铁生产工序图 及有关设备名称。
连铸工序： 钢包＋中间包
连铸用耐火材料，是指从钢包开始连铸工 序所用的耐火材料。近年来，由于对钢材质 量要求的提高，对连铸用耐火材料的质量也 不断提高，连铸对耐火材料的要求为：
• 耐高温；
• 不与钢液或合金发生反应；抗渣性强； • 抗高速钢流冲刷； • 低气孔率，防止空气进入钢液；高的抗热冲击能力； • 精确的几何尺寸； • 装置和使用简单，质量稳定，价格不能太高。
滑动水口系统（包括上下水口、上下 滑板）作为钢包和中间包的钢水流量控制 系统，因可控性好，能提高生产率而得到 迅速发展。
滑动水口系统优于传统的塞头水口控 制系统，它促进了钢包精炼工艺和连铸技 术的发展，同时，随着钢产量的上升和钢 质量的提高，与此同时多炉连铸技术的发 展必须要求滑动水口系统增加使用寿命， 减少操作费用。
6.1.2 滑板
1>. 滑板的类型及组成
往复式
旋转式
图6.3 滑板类型
从结构上分：按滑动方式的不同，分为往复式和旋转式；
从组成滑板的块数上分：两层式和三层式；
从用途上分：由钢包用和中间包用滑板。
2>. 滑板的发展
滑动水口系统发展初期，滑板砖使用的是陶瓷结 合高铝或镁质耐火材料，为增强其基质耐蚀性，防止 渣的渗透，采用焦油浸渍，工作地点受到焦油的严重 污染。镁质滑板用在钢渣量多或含氧量高的腐蚀钢种 场合，MgO含量为85~95%，另加一些Al2O3或尖晶石以 提高其热震稳定性。
高炉
混铁车
转炉
上挡渣堰
钢包
钢包滑板 长水口 中间包盖
中间包
中间包用滑板
下挡渣堰
浸入式水口
图6.1 钢铁生产工序
6.1 连铸用铝碳质耐火材料
6.1.1 连铸对耐火材料的要求
60年代连铸技术的引入，使得模铸－脱模－均 热炉－开坯这一工序过程得以简化为一步将钢液变 成热轧钢坯的过程，并具有节能、节省基建投资、 降低生产成本、提高效率的优点，是一种高产、低 耗的生产方法。连铸工序在钢铁生产工序中占有重 要的地位。
AZTS的主要矿物组成为刚玉、斜锆石、和莫来 石（monoclinc- ZrO2 ）。
刚玉中含有Al2O3-TiO2和m- ZrO2,这类材料由三 种以上矿相组成，矿相在材料中分布均匀。
AZTS材料应用于滑板后的能使滑板的膨胀率 和弹性模量降低，热震稳定性提高。图6.4是AZTS 等材料的膨胀曲线。
随着多炉连铸要求的提高，碳结合铝碳质滑板解 决了陶瓷结合滑板存在的问题。添加石墨的铝碳质滑 板比高铝质滑板使用寿命要高得多，特别适用于电炉 和中间包的小型滑板上，但在大型钢包滑板上还不令 人满意。这是因为滑板面的损毁随着气孔率的降低或 常温耐压的提高而减轻，但因此也增大了弹性模量， 从而降低了热震稳定性。
连铸用耐火材料如图6.2所示，其中 用到碳复合耐火材料的部位有：钢包的 渣线，各种水口砖、各种滑板及整体塞 棒。
A l2O 3-M gO 质浇注料
渣线MgO-C砖
水口砖
整 体 Al2O3 质塞棒
A l2O 3-C 滑 板
铝碳质 浸入式水口
图6.2 连铸用耐火材料
滑动水口用耐火材料
注钢用耐火材料，60年代以前使用套筒塞 棒，60年代开发了滑动水口，从钢包往中间包 以及从中间包往结晶器中注钢，是连铸用耐火 材料的一大变革。作为钢水流量的控制方式， 最早提出滑动水口方案的是1885年美国专利， 1964年、1968年德国和日本分别开始使用滑动 水口，我国70年代开始推广使用。
因此滑动水口结构和滑动水口用耐火材料 都不断地改进。由于连铸比的增加及炉外精炼 技术的发展促进了滑动水口技术的不断推广。 目前板坯和大型板坯连铸均采用滑动水口，方 坯连铸也部分采用滑动水口。传统的水口、塞 棒技术只使用在浇注不锈钢用的中间包等极为 特殊用途的场合。
由于滑板（Sliding Plate）直接控制钢水的 流量，所以被认为是滑动水口系统中最重要的 部分，为了获得较长的使用寿命和稳定的操作， 滑板砖作为滑动水口系统的耐火材料和机械部 件都要求具有优良的性能。
碳素原料对滑板的抗侵蚀性能和热震稳定性有重 大的影响。碳含量在10％时，抗侵蚀性能最好；随着 碳量的增加，抗热震性明显提高；碳黑属非晶质碳素， 易于Si反应，在钢中难于溶解，可改善砖体显微结构， 提高机械性能和抗侵蚀性能。一般采用两种或两种以 上碳素原料，滑板中总碳含量波动在5~15%。
一般情况下，强度上升，热震稳定性下降，这 是铝碳质滑板存在的问题。
莫来石、锆莫来石、锆刚玉等材料比刚玉的膨 胀系数小，因此这些材料适合于作为滑板的原料， 以降低制品的膨胀系数和提高其的热震稳定性。
目前，作为一种膨胀率低适合于生产低膨胀高、 抗热震稳定性的材料如AZTS（Al2O3-ZrO2-TiO2-SiO2） 已被投入生产和使用。
2.0
热膨胀率/％
1.5
氧化铝
莫来石
AZTS 1.0
0.5
0.0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 温度/℃
图6.4 有关材料的的膨胀曲线
6.1.3 滑板的基本制造工艺
1、烧成铝碳滑板
原料：烧结刚玉、电熔刚玉、烧结刚玉－莫来石、合成莫
来石、鳞片石墨、碳黑、硬质沥青和添加剂。
工艺流程：
铝碳滑板的制造工艺流程如图6.5。
氧化铝原料（粗中细）
碳素原料(石墨、碳黑) 添加物（Si、Al、SiC）
混 合
成 型
还 原 烧 成
油 浸
热 处 理
机 加 工
成 品
ຫໍສະໝຸດ Baidu
结合剂
图6.5 滑板制造工艺流程
烧成铝碳滑板的结合系统
在烧成铝碳滑板中，有机结合剂在烧成中 碳化结焦，形成碳结合；
加入物Si，在1300℃还原烧成时，与碳素 生成β－SiC,在砖体内形成陶瓷结合。
所以烧成铝碳滑板中存在着两种结合系统， 它使滑板的强度明显提高，而且就是在使用中 碳素燃尽之后，由于陶瓷结合系统的作用也能 保持足够的残余强度。
影响烧成铝碳滑板质量的因素
刚玉抗侵蚀性能好，但膨胀系数比莫来石高；一 定数量的莫来石有利于提高滑板的热震稳定性，但随 着SiO2含量的提高，滑板的抗侵蚀性能下降。因此烧 成铝碳滑板中SiO2一般控制在5~12%内，合成莫来石 加入量最多不超过30％。