趙虎田（北京瑞爾非金屬材料有限公司）

摘  要：以燒成(cheng)磚(zhuan)S、理(li)化(hua)再結(jie)合(he)磚(zhuan)F，理(li)化(hua)再結(jie)合(he)磚(zhuan)B，將B經1550℃燒成(cheng)后的(de)(de)(de)試(shi)樣BS為(wei)試(shi)驗對象，檢(jian)(jian)測(ce)了化(hua)學組(zu)成(cheng)，常溫(wen)、中溫(wen)、高(gao)溫(wen)及使用(yong)性(xing)能(neng)等。通過對檢(jian)(jian)測(ce)結(jie)果(guo)的(de)(de)(de)比較、分析，認(ren)為(wei)：理(li)化(hua)再結(jie)合(he)磚(zhuan)與燒成(cheng)磚(zhuan)雖有(you)某些(xie)性(xing)能(neng)上(shang)(shang)的(de)(de)(de)些(xie)許差別(bie)，但無(wu)影(ying)響使用(yong)效果(guo)之本質差異；理(li)化(hua)再結(jie)合(he)磚(zhuan)在體積密(mi)度(du)、顯氣孔率上(shang)(shang)較燒成(cheng)磚(zhuan)具有(you)明顯優勢(shi)，尤其中溫(wen)性(xing)能(neng)無(wu)降，更是此種耐材對提高(gao)高(gao)爐(lu)(lu)爐(lu)(lu)襯(chen)壽命(ming)具較大助益的(de)(de)(de)獨(du)有(you)特征。

1 前言

通常，將普通耐(nai)火(huo)原料經機(ji)壓成(cheng)型、≥1350℃高(gao)溫燒成(cheng)的(de)(de)耐(nai)火(huo)磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)稱(cheng)為(wei)“燒成(cheng)磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)”；將以（≥1750℃）甚高(gao)溫電弧(hu)(hu)熔(rong)融料為(wei)骨料制成(cheng)的(de)(de)耐(nai)火(huo)磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)稱(cheng)為(wei)“再(zai)(zai)結合(he)磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)”；將加入化(hua)學(xue)結合(he)劑(ji)制成(cheng)的(de)(de)不燒或經400～1000℃中溫熱處(chu)理制成(cheng)的(de)(de)耐(nai)火(huo)磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)稱(cheng)為(wei)“化(hua)學(xue)結合(he)磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)”。本(ben)文將（≥1750℃）甚高(gao)溫電弧(hu)(hu)熔(rong)融料、輔以超(chao)微粉物理結合(he)、化(hua)學(xue)結合(he)劑(ji)化(hua)學(xue)結合(he)、經400～1000℃中溫熱處(chu)理制成(cheng)的(de)(de)耐(nai)火(huo)磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)稱(cheng)為(wei)“理化(hua)再(zai)(zai)結合(he)磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)”。目前，高(gao)爐陶(tao)瓷杯(bei)主(zhu)要由“燒成(cheng)磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)”或“理化(hua)再(zai)(zai)結合(he)磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)”砌筑(zhu)，這兩類磚(zhuan)(zhuan)(zhuan)綜合(he)性能(neng)的(de)(de)系(xi)統、確切比較，一向(xiang)是業界關注(zhu)的(de)(de)重(zhong)點。

2 試樣制備

①   S：某(mou)廠用于高爐陶瓷杯(bei)(bei)杯(bei)(bei)底(di)、杯(bei)(bei)壁、風(feng)口的(de)燒(shao)成磚(zhuan)；

②   F：瑞(rui)爾用(yong)于高爐風口的理化再結(jie)合磚(zhuan)；

③   B：瑞爾用于高爐陶瓷(ci)杯(bei)杯(bei)壁的理化再結合磚；

④   BS：將理化再結合(he)磚B，再經1550℃燒成(cheng)制備的(de)試樣。

3  性能比較

3.1 化學性能

各試樣的化學成分(fen)見(jian)表1。

表(biao)1  各試(shi)樣的(de)化(hua)學成(cheng)分

注：※為SiC+Si₃N₄合計含量。

3.2 物理性能

3.2.1 常溫物理性能

各試樣經110℃×24h干(gan)燥后測(ce)得的常溫物理性能(neng)見表2。

表(biao)2  各試樣的(de)常(chang)溫物(wu)理(li)性能

3.2.2 中溫(wen)物理性能

各試樣經1200℃×3h燒(shao)后測得的中溫物理性能(neng)見表3。

表3  各試樣的中溫物理性(xing)能

3.2.3 高溫物理性能

各(ge)試樣經1500℃×3h燒后測得(de)的高溫(wen)物理(li)性能見表4。

表4   各試樣的高溫物理性能

3.3 使用性能

各試(shi)樣(yang)的使用性能檢測結果見表5。

表(biao)5  各試樣的使用性(xing)能

注：①耐火度檢測爐最大測值為1800℃，高于最大測點而尚未融軟變形者檢測中心均以＞1800℃出具報告；

②抗渣侵蝕為1550℃ⅹ5hr、抗鐵侵蝕為1570℃ⅹ5hr，均為靜態坩堝試驗檢測值。

4  分析與討論

從各試樣的(de)(de)化(hua)(hua)學(xue)成分組成（見表1）角度看，某廠用(yong)于(yu)高(gao)爐陶瓷(ci)杯(bei)杯(bei)底(di)、杯(bei)壁、風(feng)口(kou)的(de)(de)燒(shao)(shao)成磚(zhuan)(zhuan)S與瑞爾(er)用(yong)于(yu)高(gao)爐風(feng)口(kou)的(de)(de)理化(hua)(hua)再(zai)(zai)(zai)(zai)結(jie)(jie)合(he)(he)磚(zhuan)(zhuan)F，兩者(zhe)的(de)(de)化(hua)(hua)學(xue)成分相近，具有較強的(de)(de)可比性或(huo)曰可比基礎；而瑞爾(er)用(yong)于(yu)高(gao)爐陶瓷(ci)杯(bei)杯(bei)壁的(de)(de)理化(hua)(hua)再(zai)(zai)(zai)(zai)結(jie)(jie)合(he)(he)磚(zhuan)(zhuan)B，與B再(zai)(zai)(zai)(zai)經1550℃燒(shao)(shao)成的(de)(de)制備樣BS，系理化(hua)(hua)再(zai)(zai)(zai)(zai)結(jie)(jie)合(he)(he)磚(zhuan)(zhuan)1550℃高(gao)溫(wen)燒(shao)(shao)前、燒(shao)(shao)后試樣。

4.1 體積密(mi)度與(yu)顯氣孔率的對比

圖1是各試樣體積密度的檢測值圖示，圖2是各試樣顯氣孔率的檢測值圖示。可見：

1)用于(yu)風(feng)口的(de)(de)(de)理化再結合磚(zhuan)F的(de)(de)(de)體積密度(du)(du)明顯高于(yu)機壓成(cheng)型燒成(cheng)磚(zhuan)S的(de)(de)(de)體積密度(du)(du)；

2)用(yong)于(yu)風口的理化(hua)再結合磚F的顯(xian)氣孔(kong)率(lv)(lv)顯(xian)著低于(yu)機壓(ya)成型(xing)燒成磚S的顯(xian)氣孔(kong)率(lv)(lv)。

耐材(cai)的(de)(de)(de)體(ti)積密度(du)、氣(qi)(qi)孔(kong)率與它的(de)(de)(de)抗(kang)高(gao)溫(wen)剝落(luo)、抗(kang)氣(qi)(qi)體(ti)或液(ye)體(ti)介(jie)質(zhi)侵(qin)(qin)蝕(shi)(shi)(shi)具(ju)有極強的(de)(de)(de)關聯性(xing)，而耐材(cai)抗(kang)高(gao)溫(wen)剝落(luo)和抗(kang)介(jie)質(zhi)侵(qin)(qin)蝕(shi)(shi)(shi)能(neng)力又是影(ying)響耐材(cai)壽命(ming)的(de)(de)(de)主要因素之一。當體(ti)積密度(du)較(jiao)高(gao)、氣(qi)(qi)孔(kong)率較(jiao)低時，耐材(cai)具(ju)有較(jiao)好的(de)(de)(de)抗(kang)高(gao)溫(wen)剝落(luo)、抗(kang)氣(qi)(qi)體(ti)或液(ye)體(ti)介(jie)質(zhi)侵(qin)(qin)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)能(neng)力。據此可推斷(duan)，瑞爾用于(yu)高(gao)爐風口的(de)(de)(de)理化(hua)再結合磚F的(de)(de)(de)抗(kang)高(gao)溫(wen)剝落(luo)性(xing)、抗(kang)氣(qi)(qi)體(ti)或液(ye)體(ti)侵(qin)(qin)蝕(shi)(shi)(shi)能(neng)力優(you)于(yu)機壓成(cheng)(cheng)型燒(shao)成(cheng)(cheng)磚S。

從(cong)圖1、圖2也可看(kan)出：瑞(rui)爾用于高爐陶瓷杯杯壁的(de)理化(hua)再結合磚(zhuan)，1550℃燒前（B）、燒后（BS）的(de)體積密度、氣(qi)孔率差(cha)異不大，表(biao)明1550℃的(de)高溫燒成與否，對理化(hua)再結合磚(zhuan)的(de)抗(kang)高溫剝落(luo)性、抗(kang)氣(qi)體或液體侵蝕性應當(dang)沒有影響。

4.2 中(zhong)溫(wen)強度

中(zhong)溫耐(nai)壓強(qiang)度(du)(du)、抗折強(qiang)度(du)(du)下(xia)降，即耐(nai)材中(zhong)溫主要物理性能下(xia)降是機壓成型燒成磚的(de)傳統弊病，其(qi)原因在(zai)于此(ci)類(lei)耐(nai)材畢(bi)竟(jing)主要靠非高溫熔融的(de)玻璃相為(wei)其(qi)結合基礎。

圖(tu)(tu)3、圖(tu)(tu)4是各(ge)試(shi)樣強度(du)的(de)檢測值圖(tu)(tu)示。由圖(tu)(tu)3、圖(tu)(tu)4可顯見，S即機壓成型燒成磚的(de)中溫耐壓強度(du)、抗(kang)折強度(du)呈下(xia)降(jiang)(jiang)(jiang)趨勢，其(qi)下(xia)降(jiang)(jiang)(jiang)幅度(du)雖然(ran)不算太大(da)但畢竟仍然(ran)存(cun)在(zai)，對實(shi)際(ji)使用效果有(you)負面影響。F即用于高爐(lu)風(feng)口、B即用于高爐(lu)陶瓷杯杯壁的(de)理化再(zai)結(jie)合(he)磚，顯無中溫耐壓強度(du)、抗(kang)折強度(du)下(xia)降(jiang)(jiang)(jiang)現象(xiang)(xiang)。將(jiang)B再(zai)經1550℃燒成的(de)BS的(de)中溫耐壓強度(du)、抗(kang)折強度(du)也無下(xia)降(jiang)(jiang)(jiang)現象(xiang)(xiang)，其(qi)機理在(zai)于它們主(zhu)要(yao)是靠理化再(zai)結(jie)合(he)而(er)非玻璃相(xiang)結(jie)合(he)。

從圖3可見，F、B試樣的常溫耐壓強(qiang)(qiang)度低于S和(he)BS試樣，但它(ta)們的耐壓強(qiang)(qiang)度已(yi)經達(da)到100MPa以上，如此高的強(qiang)(qiang)度，已(yi)足以滿足轉運、砌(qi)筑和(he)使用之要求。

4.3 使用(yong)性能

試(shi)驗(yan)檢測了各磚樣(yang)(yang)的荷重軟化(hua)溫度(du)、耐火度(du)、抗(kang)(kang)渣(zha)(zha)和(he)抗(kang)(kang)鐵(tie)侵(qin)蝕性、抗(kang)(kang)堿性。在荷重軟化(hua)溫度(du)、耐火度(du)、抗(kang)(kang)堿性方(fang)(fang)面，各磚性能差(cha)別不大，但在抗(kang)(kang)渣(zha)(zha)、抗(kang)(kang)鐵(tie)侵(qin)蝕性能方(fang)(fang)面存在一定差(cha)別。圖(tu)5、圖(tu)6是采(cai)用靜態坩堝法進行抗(kang)(kang)渣(zha)(zha)鐵(tie)侵(qin)蝕試(shi)驗(yan)后的試(shi)樣(yang)(yang)實物照(zhao)片。

圖5  各試樣抗渣侵后(hou)的(de)形(xing)貌(mao)(上：出爐時；下：縱剖面)

圖6  各試樣抗鐵侵(qin)后的形貌(上(shang)：出爐時；下：縱剖(pou)面)

4.4 綜(zong)合評述

綜合(he)(he)化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)、物(wu)理(li)、使(shi)用即決定耐材壽命的(de)三大性能，理(li)化(hua)(hua)(hua)(hua)再(zai)結(jie)合(he)(he)磚(zhuan)(zhuan)與高(gao)溫(wen)(wen)燒(shao)成磚(zhuan)(zhuan)相比，除了(le)常溫(wen)(wen)耐壓強度略低(di)但已滿足(zu)需要外(wai)，其余(yu)性能毫無(wu)遜色(se)，在(zai)體積密度、顯(xian)氣孔率上甚至(zhi)明顯(xian)優(you)于燒(shao)成磚(zhuan)(zhuan)。可(ke)以(yi)認為(wei)兩者雖有某些性能上的(de)些許差(cha)別，但無(wu)本質或曰影響使(shi)用之差(cha)異，即便是這微(wei)許的(de)優(you)劣也是各有千(qian)秋。究(jiu)其原因(yin)要義有三：①恰(qia)當的(de)超微(wei)粉物(wu)理(li)結(jie)合(he)(he)與適配(pei)的(de)化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)結(jie)合(he)(he)劑(ji)化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)結(jie)合(he)(he)，兩者有機(ji)配(pei)合(he)(he)，確(que)保了(le)理(li)化(hua)(hua)(hua)(hua)再(zai)結(jie)合(he)(he)磚(zhuan)(zhuan)的(de)常溫(wen)(wen)、中溫(wen)(wen)、高(gao)溫(wen)(wen)必(bi)具的(de)物(wu)理(li)性能；②（≥1750℃）甚高(gao)溫(wen)(wen)電弧熔融料(liao)為(wei)原材料(liao)，避免了(le)耐材制品在(zai)其使(shi)用過程的(de)中、高(gao)溫(wen)(wen)期因(yin)組分相變誘發的(de)缺(que)陷，重燒(shao)線(xian)變化(hua)(hua)(hua)(hua)（見圖7）及荷重軟(ruan)化(hua)(hua)(hua)(hua)溫(wen)(wen)度（見表5）即為(wei)可(ke)信力證；③理(li)化(hua)(hua)(hua)(hua)再(zai)結(jie)合(he)(he)磚(zhuan)(zhuan)的(de)工藝技術(shu)匹配(pei)了(le)相適應(ying)的(de)中溫(wen)(wen)熱處理(li)時(shi)間(jian)、溫(wen)(wen)度曲線(xian)。

值得注意的(de)(de)是(shi)：理(li)化再結合(he)磚摒棄了燒成(cheng)磚中(zhong)(zhong)溫(wen)(wen)物(wu)(wu)理(li)性(xing)(xing)能(neng)(neng)下降(jiang)的(de)(de)通病，更是(shi)對(dui)耐(nai)材使用壽命有(you)較大的(de)(de)助益。因為：一(yi)，在(zai)高爐(lu)耐(nai)材爐(lu)襯的(de)(de)不(bu)同部位及高爐(lu)冶煉的(de)(de)不(bu)同爐(lu)役期(qi)，會有(you)較大比(bi)例的(de)(de)耐(nai)材是(shi)處(chu)(chu)于中(zhong)(zhong)溫(wen)(wen)帶(dai)或中(zhong)(zhong)溫(wen)(wen)區間，也就是(shi)說此時決(jue)定它們壽命的(de)(de)并非其(qi)常溫(wen)(wen)和高溫(wen)(wen)性(xing)(xing)能(neng)(neng)，乃(nai)是(shi)其(qi)恰處(chu)(chu)弱勢的(de)(de)中(zhong)(zhong)溫(wen)(wen)性(xing)(xing)能(neng)(neng)；二，這種性(xing)(xing)能(neng)(neng)起伏性(xing)(xing)波動又并非一(yi)次性(xing)(xing)，乃(nai)是(shi)隨著(zhu)其(qi)所受溫(wen)(wen)度(du)(du)場(chang)的(de)(de)高、低溫(wen)(wen)度(du)(du)變動而(er)性(xing)(xing)能(neng)(neng)相應(ying)呈現高低、低高反復波動。在(zai)中(zhong)(zhong)、高溫(wen)(wen)承載(zai)期(qi)的(de)(de)這種性(xing)(xing)能(neng)(neng)反復波動，必將對(dui)其(qi)基體有(you)所損傷。所以減輕機壓成(cheng)型燒成(cheng)磚中(zhong)(zhong)溫(wen)(wen)物(wu)(wu)理(li)性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)下降(jiang)幅(fu)度(du)(du)，一(yi)向是(shi)耐(nai)材界十分關注的(de)(de)課題。

本文實驗室試驗檢測(ce)時發現：S即某廠用于高(gao)(gao)(gao)爐陶瓷杯(bei)杯(bei)底(di)、杯(bei)壁、風(feng)口的燒(shao)成磚，抗鐵水(shui)侵(qin)蝕(shi)能力較差（見(jian)圖(tu)6）。筆者(zhe)認為此磚用于高(gao)(gao)(gao)爐風(feng)口組合磚尚可(ke)，若用于風(feng)口以(yi)(yi)下(xia)部(bu)位甚至爐底(di)，就顯見(jian)其(qi)嚴(yan)重不恰當，因為它將肯定會直接(jie)導(dao)致(zhi)高(gao)(gao)(gao)爐風(feng)口以(yi)(yi)下(xia)的耐材壽(shou)命顯著(zhu)降低(di)。

5  結論

1) 理化(hua)再結合磚與燒成磚相比，其化(hua)學、物理、使用(yong)即(ji)決(jue)定耐材壽命的(de)三(san)大性能，雖有(you)某些(xie)性能上(shang)的(de)些(xie)許(xu)(xu)差(cha)別，但無本(ben)質或曰(yue)影響使用(yong)之差(cha)異(yi)，即(ji)便是(shi)這(zhe)微許(xu)(xu)的(de)優劣也是(shi)各(ge)有(you)千秋。

2) 理化再結合(he)磚，在體積(ji)密(mi)度和顯(xian)氣孔率上(shang)所具(ju)有的明顯(xian)優(you)勢，以及其中溫性能無降的特(te)性，是對高爐爐襯壽命具(ju)較大助(zhu)益(yi)的獨有特(te)征。

3) 高(gao)爐爐襯耐材配(pei)置中，對(dui)于a以(yi)渣(zha)(zha)液(ye)為(wei)主、鐵水較少(shao)；b鐵水為(wei)主、渣(zha)(zha)液(ye)較少(shao)；c甚至基本僅有鐵水而(er)幾乎無渣(zha)(zha)液(ye)的(de)不同(tong)區域，材質選取上(shang)應有區分(fen)方(fang)為(wei)恰當(dang)。

上一篇：整體式陶瓷杯爐缸內襯的設計實踐和應用效果

下一篇：高爐鐵口區域安全與壽命的主要對策