宝钢1号高炉使用的硅线石砖

　　我国宝钢1号高炉，容积为4063m3。高炉内衬耐材采用了当时认为是先进的技术，大部分为国外引进。

　　在炉缸炭砖上的铁口、风口区使用硅线石砖。炉缸炭砖上排列着36个风口。为确保内衬结构的稳定性、密封性，避免碱性物的侵入和析出，或风口漏风，在出铁口、风口部位，内衬耐火材料选择大块型组合砖结构。在材质选择上，采用热震稳定性、耐剥落性良好的硅线石质大型组合砖（H31）砌筑。

　　H31硅线石砖最关键的技术指标是显气孔率。因为是大型组合砖，每块砖一般重10kg，大者不小于15kg，所以达到此技术指标难度很大。 再者上述规格值指标是最基本指标，典型值或实物指标远比规格值指标大。只有材质致密，气孔率低，才能有效承受气流和熔体的冲击。

　　为了获得高密度低气孔率的制品，除了合理选择原料、颗粒级配、煅烧温度等外，选择高压成型是至关重要的。

　　武钢3200m3高炉出铁口、风口部位也参照宝钢1号高炉H31技术指标，此外，还要求抗碱金属侵蚀性能良好。显然此技术要求是合理的，因为在风口和出铁口区，耐火材料要承受碱、锌、碳及铁水、炉渣的侵蚀。

　　高炉用硅线石砖生产实例

　　原山东耐火材料厂

　　山东耐火材料厂是我国开发高炉用硅线石砖较早的企业。该厂在剖析国外J 国H31硅线石砖的基础上，于1986年9月成功研制出符合要求的产品。

　　该厂生产的高炉硅线石砖用硅线石为基质，莫来石、矾土熟料、焦宝石熟料作骨料，加入适量结合黏土以适当的比例与颗粒混合，经混炼、高压成型和适当烧成温度而成。

　　硅线石砖的烧成温度在1350 ~1400℃之间。这是工艺参数上的一大特色。烧成是在隧道窑中进行的。

　　综上所述，在高铝物料（矶土、莫来石等）中添加硅线石可以制得优质耐火材料。

　　原河南焦作耐火材料厂

　　原冶金部建筑研究总院与原焦作耐火材料厂合作，为宝钢二期、三期工程生产了高炉用硅线石砖。使用部位是炉底保护砖、炉喉内衬及风口组合砖。

　　该砖是以硅线石、红柱石和烧结莫来石为主要原料，加入部分超微粉和结合剂，采用高压成型或震动加压成型，在隧道窑烧成。烧成温度为1390-1400℃，保温10 ~ 16h。

　　硅线石砖配料比：硅线石30% ~ 40%，红柱石+莫来石为35% ~ 55%，特级矾土 10% ~ 15%，生黏土5% ~ 10%。

　　该厂生产的硅线石砖，使用硅线石和红柱石复合材料。硅线石精矿粒度：0.250 ~ 0.149mm 约10%~20%，0.149 ~ 0.104mm 约27% ~ 60%，0.104 ~ 0.074mm约12% ~28%，小于0.074mm约30%?48%。此种粒度在制砖时作为中间颗粒使用。

　　红柱石与硅线石分解温度不同，在约1400℃煅烧温度下，制品中硅线石晶体尚未转化，红柱石晶体转化未完全，因此在使用过程中，这些晶体继续莫来石化伴随的微量膨胀，又足以抵消制品在高温下液相量增多而产生的收缩，提高制品的荷重软化温度。同时高压成型又起到降低气孔率，增加强度的作用。

　　巩义市第五耐火材料总厂

　　由原武汉钢铁学院研制，巩义市第五耐火材料总厂生产的硅线石砖（H31）， 也达到或超过国外J国H31的技术要求。该砖用于武钢3200m3高炉。

　　根据硅线石砖（H31）的使用部位对硅线石砖的要求，在研制与生产高炉用硅线石砖（H31）时须掌握以下几个问题：

　　（1） 材料选择上。材料选用Al2O3-SiO2-ZrO2系富铝区，此处刚玉、莫来石是重要的一个系列。两个端元材料都有高温结构强度大或抗热震和抗侵蚀等特 点。如果添加ZrO2组分，对抗侵蚀性更有利。

　　（2） 显微结构控制。研究与生产耐火材料，显微结构是重要的问题。通过显微结构控制，改善和提高产品的性能。H31牌号的硅线石砖，主要是在物相上控制：1）减少玻璃相量，提高制品的抗侵蚀性；2）增加晶相含量，尽量使制品成为全晶质结构。结晶相选用莫来石为主的莫来石-刚玉复合材料，另外还有斜锆石（ZrO2）相。

　　（3） 采用合理的颗粒级配及高压成型和加压振动成型，以降低气孔率，提高强度。

　　根据以上对H31牌号硅线石砖研制与生产思路，采用莫来石-刚玉为骨料，硅线石为主要基质，类似高铝砖的生产工艺，在低于1550℃温度下煅烧，可制得高炉用的硅线石制品。

　　H31硅线石砖使用在高炉出铁口-风口区。该区碱性物对砖侵蚀较剧烈。为了检验砖的抗碱性，系统作了以下对比试验。

　　（一）对比用耐火砖的理化指标

　　选择试验室及工业生产的H31硅线石砖与某厂高铝砖及山东耐火材料厂的H21低蠕变砖（1550℃，50h，蠕变率不大于1%）做对比试验，各砖的理化指标见表13-7。

　　（二）抗碱试验方法与结果

　　分别把砖样制成25mm×25mm×5mm和25mm×25mm×125mm的试样，放入自制的坩埚中，加入K2CO3和焦炭的混合物（比例1.1:1），在硅炭棒炉中在1100℃、1200℃及1300℃并各恒温10h进行抗侵蚀试验，自然冷却到低于300℃时取出砖样，测定耐压强度、常温及高温抗折强度。其结果见表13-8。

　　通过抗碱对比试验可以看出，H31硅线石砖的抗碱能力明显高于普通高铝砖，但低于山东耐火材料厂生产的H21莫来石质低蠕变砖（1550℃，50h，蠕变率不大于1%）。H21砖由碱侵蚀前常温耐压强度243. 3MPa降至1300℃、10h、碱侵蚀后的72. 7MPa，强度下降率为70.12% ；而H3n2及工业生产的H31分别由166. 3MPa和134.4MPa降至1200℃、10h、碱侵蚀后的37.8MPa和30.5MPa，强度下降率分别为77.25%与77.32%； 1300℃、10h、碱侵蚀后强度下降率为80.32%与81.18%。H31硅线石砖在碱侵蚀后强度虽然下降，但仍保持较大的强度。对用来作对比的普通高铝砖，不可能与之相提并论。H31硅线石砖抗碱性能较高铝砖好。

　　有资料指出，为了与高炉15~20年的炉龄相匹配，在大、中型高炉装料系统和炉身中上部用Sialon结合硅线石砖代替致密黏土砖内衬。Sialon-硅线石砖是以莫来石、硅线石、红柱石、金属硅等为主要原料，采用与生产Sialon结合刚玉制品相类似的生产工艺，在高纯氮气气氛下烧成而制得。由于是Sialon结合，故产品的高温强度、抗注、抗渣、抗铁水性、抗热震性等高温实用性能较普通硅线石砖有了很大的提高。其理化指标见表13-9。

　　以上提到20世纪70年代末，我国宝钢1号高炉出铁口一风口区使用硅线石砖；90年代拉丁美洲在出铁口一风口区仍使用硅线石砖。但是随着科技的发展，已逐渐由新产品代替，如宝钢1号高炉（第二代）铁口区、风口区分别用大块超微孔炭砖、刚玉质浇注料；2号高炉（炉容4063m3）铁口区、风口区分别用 Al2O3-SiC-C砖、自结合SiC砖；某些钢厂用Si3N4-SiC砖、微孔刚玉砖等。这些砖更能抗碱、抗渣的侵蚀。