混铁车用烧成铝碳砖及其制造方法技术领域
本发明涉及一种工业炉窑设备用耐火材料，尤其涉及一种烧成铝碳砖及其
制造方法。
背景技术
混铁车通常在运送铁水的同时对铁水进行单脱硫处理，内衬工作层耐材使
用铝-碳化硅-碳质不烧砖(Al2O3-SiC-C)。近年来实行在混铁车内进行“三脱”
铁水预处理新工艺，“三脱”是指脱硫、脱磷、脱硅，铁水“三脱”纯净钢生
产工艺，生产效率高，石灰等原辅料消耗少，过程温降小，生产周期短，使生
产成本明显低于钢水精炼工艺，且该方法适用于冶炼超纯净钢；同时铁水“三脱”
工艺脱磷的热力学、动力学条件明显优于钢水精炼工艺；因此“三脱”比例在
不断提高，同时“三脱”对混铁车内衬的耐侵蚀性等要求也在不断提高。目前，
脱硫率已达100％，脱硅达15％，脱磷约10％左右，在进行三脱后，混铁车内
衬工作层铝-碳化硅-碳砖熔损明显加快，尤其是采用Na系三脱剂、单侧斜插式
脱硫、脱磷新工艺的投入使用，更加剧了耐材的熔损，直筒部上部砖熔损速度
比原来增加了十几倍，甚至导致混铁车在该部位出现异常熔损，甚至烧穿的情
况，严重威胁到混铁车的在线安全运行和正常检修工作。
经过对混铁车运行过程调查分析后，目前二炼钢三脱工艺下混铁车顶部工
作层砖的熔损机理如下：
(A)三脱方式的改变。
炼钢厂用脱硫枪，一炼钢采用直插式，而二炼钢采取斜插式单侧脱硫技术，
如图1、2所示，单侧顶部受铁水和渣严重冲刷混铁车顶部砖。二炼钢斜插式
铁水“三脱”新工艺对混铁车顶部的损速度比一炼钢“三脱”工艺要高出十几
倍，且呈不稳定状态。
(B)三脱剂的改变。
原先采用Ca系处理剂进行铁水预处理时，SiC是作为C的抗氧化剂而加
入到铝-碳化硅-碳砖中的。但由于现在采用Na系处理剂，其中的Na2CO3会与
铝-碳化硅-碳砖中的炭化硅发生如下直接反应：
上述反应会导致砖中的C失去抗氧化剂SiC的保护，脱碳层形成的速度加
快，渗入的熔渣与砖中的Al2O3和SiO2反应生成低熔相，造成砖的侵蚀速度加
快，使用寿命下降。
此外由于Na系处理剂产生的渣的碱度远大于Ca系处理剂的碱度，所以这
也加剧了碱性渣对砖的侵蚀。
(C)吹氧工艺的影响。
由于三脱过程造成铁水温降，因此在三脱过程中又增加了混铁车内的吹氧
工艺，使得车内直筒部顶部的铝-碳化硅-碳砖氧化速度加快，加快了顶部砖的
损坏。
目前国内外在混铁车顶部上基本采用铝-碳化硅-碳不烧砖，材质基本相同，
配方差别不大，使用性能也相差不多。
经联机检索，在其它与铁水接触的炉窑设备中，如高炉混铁炉等已开始使
用铝碳砖。目前开发的铝碳砖主要针对高炉耐材抗铁水侵蚀和抗碱金属的熔损
机理而研制开发的，这与三脱工艺下混铁车主要的熔损机理有较大的不同，所
以至今还没有三脱工艺下的混铁车上的使用实例。
发明内容
鉴于上述状况，本发明的目的在于提供一种混铁车用烧成铝碳砖及其制造
方法。从而降低混铁车顶部的熔损速率，提高使用寿命，达到降低检修费用、
保证混铁车的安全运行。
本发明针对二炼钢三脱新工艺下混铁车的顶部耐材熔损机理，以及原先采用
的铝-碳化硅-碳砖在此工艺条件下易氧化，抗碱性渣侵蚀差等不足，通过调整
砖的材质和制作工艺，研制一种具有良好抗氧化、良好耐碱性渣侵蚀性能的混
铁车顶部用砖。
本发明的混铁车用烧成铝碳砖组成重量百分比为：
电熔致密刚玉 20-35％
烧结板状刚玉 20-35％
特级矾土 10-25％
高纯石墨 8-12％
金属硅 3-10％
添加剂 5-10％
抗氧化剂 1-3％
结合剂 4-6％
其中所述的添加剂是氧化铝微粉和二氧化硅微粉，所述的抗氧化剂是硼玻
璃，所述的结合剂是酚醛树脂。
本发明的混铁车用烧成铝碳砖制造方法按如下步骤进行：
(1)各原料按配方中的配比要求进行称量；
(2)将树脂和特级矾土分别进行水浴和加热；
(3)混炼、困料，困料时间≥24小时；
(4)模压成型；
(5)干燥后，在还原气氛下烧成、保温。
其中步骤(2)中，当气温低于10℃时，需对树脂和特级矾土分别进行水
浴和加热处理；特级矾土加热温度为：80-110℃，树脂水浴温度为：60-80℃。
其中步骤(5)中干燥温度为：200℃-300℃；烧成温度为：1500-1600℃，
保温时间为：24-40小时。
高纯石墨的纯度＞98％。
本发明的铝碳砖使用于混铁车中。
附图说明
图1一炼钢直插式脱硫枪示意图
图2二炼钢斜插式脱硫枪示意图
具体实施方式
实施例
按下述操作步骤、按表1的配比及工艺参数制备本发明的烧成铝碳砖，以及烧
成铝碳砖的理化性能指标。
(1)各原料按配方中的配比要求进行称量；
(2)将树脂和特级矾土分别进行水浴和加热；
(3)混炼、困料，困料时间≥24小时；
(4)模压成型；
(5)干燥后，在还原气氛下烧成、保温。
表1
参数
实施例1
实施例2
实施例3
成
分
「
重
量
％
」
电熔致密刚玉
22
28
32
|
烧结板状刚玉
34
30
28
特级矾土
20
16
12
高纯石墨
(纯度＞98％)
9
10
12
硼玻璃
1
2
2
氧化铝微粉
5
6
7
金属硅
4
5
5
二氧化硅微粉
5
3
2
酚醛树脂(结合剂)
4.2
4.2
4.5
困料时间 (h)
32
26
26
树脂水浴温度(℃)
春、冬水浴温度65℃，夏、秋不需水浴
干燥温度 (℃)
220
260
260
烧成温度 (℃)
1450
1580
1580
保温时间 (h)
24
36
36
砖坯密度 (g/cm3)
2.98
3.03
3.08
烧
成
后
耐压强度 (Mpa)
56.53
48.38
67.24
|
显气孔率 (％)
13.14
12.85
12.81
铁水熔损指数
(％)
0.42
0.37
0.31
热震稳定性(次)
＞100
＞100
＞100
氧化率 (％)
0.35
0.32
0.30
具体使用情况
宝钢混铁车
寿命＞450炉
宝钢混铁车
寿命＞500炉
该铝碳砖以刚玉和石墨为主要原料，并特别添加了板状刚玉以提高抗渣侵
蚀性和热震稳定性能；以酚醛树脂作为结合剂，以硼玻璃为特殊抗氧化剂，并
添加了一定量的添加剂组成的。
由于不烧砖在使用前没有经过高温处理过程，所以材料在使用初期没有完
全烧结和形成完整的晶相，所以其使用性能在这阶段往往较低，也极易氧化，
熔损速率也是最快的。因砖的背部氧化造成砌体结构松动后掉砖，最后产生铁
壳烧穿漏铁也基本在这个阶段。所以在本发明中增加了烧成工艺，以期提高其
初期的使用性能和抗氧化性能。
烧成铝碳砖的理化性能指标要求，参见表2
表2 烧成铝碳砖的理化性能指标
项目
指标
典型值
耐压强度(Mpa)
45～85
60
体积密度(g/cm3)
2.8～3.2
3.03
显气孔率(％)
12～18
12.81
铁水熔损指数(％)
0.3～1
0.37
氧化率％
≤1
0.30
抗碱后强度下降(Mpa)
≤10％
7.62
热震稳定性 1100℃水冷(次)
≥80
大于100
化学成分(％)
Al2O3
65～75
73.2
|
C
8～12
9.5
与现有技术的区别：
表3 与现有技术的区别
比较项目
混铁车用
铝-碳化硅-碳砖
本发明
烧成铝碳砖
|
材质
铝-碳化硅-碳质
铝碳质
原料纯度
较高
高
抗氧化剂
SiC
添加了特殊抗
氧化剂B2O3
|
是否烧成
不烧砖
烧成砖
抗氧化性
较差
好
抗碱性渣
较差
好
热震稳定性
较差
好
使用部位
混铁车顶部
混铁车顶部
将本发明的烧成铝碳砖分别在宝钢09#、55#混铁车熔损最严重的MG反侧
顶部砌筑了共计6.06吨，该砖的实测指标见表4，使用情况详见如下：
09#TPC H30P部位：
![]()
55#TPC H30P部位：
![]()
以上两台车，均按上述混铁车现行检修模式，经过半年多的现场运行，55#混铁
车的烧成铝碳砖使用了456炉；09#混铁车使用540炉，两台混铁车的烧成铝碳
砖的平均使用寿命498炉，比铝-碳化硅-碳砖提高40％，参见表5。
表4
序号
项目
指标实测值
常
规
指
标
1
显气孔率 ％
12
|
2
体积密度 g/cm3
2.97
3
常温耐压强度 Mpa
48.38
4
常温抗折强度 Mpa
16.2
5
化学成分
％
Al2O3
75.92
|
C
9.83
特
性
指
标
1
氧化率 ％
0.32
|
2
抗炉渣侵蚀性 ％
21.62
3
抗
碱
性
原耐压强度MPa
48.38
|
后耐压强度MPa
46.97
强度变化率％
-2.91
体积膨胀率％
5.59
表5
部位
(H30P)
烧成铝碳砖
不烧铝-碳化硅-碳质
09#TPC
55#TPC
A厂
B厂
C厂
炉龄(炉)
456
540
296
285
252
平均炉龄
(炉)
498
290
在利用Na系处理剂进行铁水“三脱”处理的工艺条件下，混铁车用烧成
铝碳砖在使用过程中熔损均匀、无背部氧化现象，表现出良好的抗碱性渣侵蚀
性和抗氧化性，并且将使用寿命提高了40％以上。从该砖的使用情况看，烧成铝
碳砖在混铁车的使用对提高整台混铁车的炉龄、降低铁水单耗和节省检修成本
都有相当大的作用。