我国电炉盖用耐火材料
50年代初，我国电炉盖采用大块特异形硅质组合砖，砌筑方便、严密，整个炉盖应力分布较均勻。但这种砖成型比较困难，且因硅砖难于适应强化冶炼作业的需要，以后逐渐不再使用。我国最早研究使用髙铝质电炉盖砖，由唐钢耐火厂生产的髙铝砖在抚钢15t电炉上使用达到150〜200炉。以后相继开发出了各种结合剂(水玻璃、磷酸、磷酸二氢铝等)制备的不烧髙铝砖，或在配料中引入硅线石族矿物原料，添加微粉、尖晶石、碳化硅等，近年来又研制了各类耐火浇注料，以满足超高功率电炉发展的需要。
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高铝砖炉盖
我国髙铝矾土资源丰富、品种齐全，为开发高级高铝质耐火材料提供了有利条件。在50年代中期就开发使用了DK型水铝石-高岭石，I级矾土熟料(Al2O3>80%)为基料的高铝砖，该砖选用组织结构均勻，杂质少，烧结好(体积密度3.1〜3.2g/cm3)的矾土熟料为原料，用可塑性好的粘土作结合剂，控制熟料细粉(<0.088mrn>90%)的加入量(40%〜50%)，以缓冲坯体在烧成过程中因二次莫来石化反应所引起的体积膨胀，防止制品结构松散。1987年唐钢耐火厂生产Al2O3>85%的髙铝砖,在舞铜75t电炉成功地使用了193炉，耐火材料每吨钢单耗1.34kg。主晶相为刚玉的烧成高铝砖，用于超高功率电炉盖，使用寿命大约150炉，广州钢厂40tUHP电炉盖采用水冷小炉盖用1等高铝砖寿命达300~400炉。烧成高铝砖理化性能见表2-11。
对炉盖使用后残砖显微结构的分析，表明该砖的损毁机理为化学侵蚀和剥片。喷溅到炉盖上的炉渣(主要成分为CaO和FeO)和补炉料及炉壁镁质耐火材料的熔解和挥发的MgO等碱件组分与高铝砖发生化学反应，产生化学侵蚀。炉盖砖受高温下的化学侵蚀作用，形成熔渣、渗透层和原砖层的层带结构，在周期性温度激变条件下,在渗透层和原砖层之间形成横向裂纹直到剥片，剥片厚度有时会达到50〜100mm;少则也在10〜30mm,发生在炉役初期阶段的剥片，有时更厚、面积亦较大。防止剥落和提高抗侵蚀性是延缓耐火砖损毁的关键。
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含“三石”的炉盖砖
三石”包括硅线石、蓝晶石、红柱石，属硅线石族矿物，为同质异形体。其理论组成为Al2O363.l%、SiO236.9%、化学分子式为Al2O3.SiO2或Al2SiO3。因生成条件和结构不同表现在阳离子配位上的差异，使理化性能既有共性又有差别，3种矿物原料均属高铝矿物，具有髙铝矿物的性能，但其独特性能又不为普通高铝原料所具备^。“三石”被加热至一定温度不可逆的转变为莫来石晶体(呈短柱状、针状的网络结构，一般长约3微米，最长可达20微米)，并析出SiO2，在加热反应过程中，伴随莫来石化引起体积膨胀，其中以蓝晶石膨胀率为大，红柱石居中。转化温度与膨胀率见表2-12。
“三石”膨胀率与各自矿物的纯度、粒度大小、杂质组成与含量等有关。红柱石、硅线石因 转变为莫来石时体积膨胀小，体积稳定性好，可不经预烧直接制砖或部分引入使用。利用蓝 晶石体积膨胀大可以作不定形耐火材料的膨胀剂或部分引入制砖。
电炉盖砖的使用实践表明,砖的少许膨胀可以缩小砖缝，保持砌体的结构完整性，在一定程度上可以防止片状剥落。为此在铝硅系中引入具膨胀特性的“三石”材料是有效途径之 一。如含蓝晶石的电炉盖砖在抚钢、舞钢超高功率电炉上使用，寿命在150炉以上。
合理利用莫来石转化产生的体积膨胀效应，可生产硅线石蓝晶石为原料的低蠕变砖与微膨胀高铝砖，由于硅线石与红柱石的转化温度不同将两种原料配合使用，控制制品的烧成 温度，使部分红柱石转化成莫来石，硅线石还保持原晶体形态，这种制品在温度升髙时或长 期使用中硅线石逐渐转化，或长时间发挥体积膨胀效应。加入红柱石40%的制品在髙温下 的膨胀效应为：400℃，0.07%;800℃，0.2%;1200℃，0.52%;1500℃，0.7%。用电镜观察断 面呈现大量片状、针状莫来石晶体，形成网络结构。制品略具微膨胀，体积变化稳定强度高， 不烧砖的损毁主要表现为钢渣的熔蚀作用，而烧成砖则表现为钢和渣与砖的反应和渗透所 造成的结构差异以及热震所产生的剥落，并且由剥落可产生的损毀程度要比单一熔蚀更剧 烈，这是不烧砖使用效果优于烧成砖的主要原因。A砖用于冶炼合金钢的50t超高功率电炉 盖平均使用寿命为152次。C砖用于冶炼合金钢、不锈钢30t超高功率电炉盖平均寿命为 113次，炉盖砖性能见表2-13。
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不烧炉盖砖
不烧电炉盖砖是近年开发的新品种，其优点是生产工艺简化、节能、抗 热震性和抗侵蚀性能较好，但结构强度略差,性能及贮存期受包装方法和环境影响较大。对 高铝不烧砖采用添加物SiC、MgO、Al2O3、C等或经轻烧油浸处理亦是提高炉盖砖高温性能 的有效措施。不烧砖性能见表2-14。
加入SiC的化学结合砖具有好的抗热震性和抗侵蚀性，用于抚钢50t电炉盖平均寿命 为224炉、最高为374炉。以渑池一级矾土熟料配入复合膨胀剂,经800℃热处理(再油浸和 退火)的化学结合髙铝砖显气孔率降低55%，耐压强度提高65.5%耐热震性能良好,用于 5t电炉盖，无任何剥落现象。
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整体浇注炉盖
20世纪60年代，我国电炉盖三角区已运用了耐火预制块，主要材质有刚玉质、铬刚玉质、髙铝质、莫来石质等。耐火预制块因整体性和抗侵蚀性较好，砌筑施工 简便、施工质量相对有保证，使电炉盖整体质量有了很大提髙。
一般超高功率电炉盖三角区采用刚玉(铬刚玉)质预制件。某耐火材料公司生产的制品 A与C,主要采用电熔白刚玉或致密刚玉，临界颗粒为5mm，以氧化铝水泥(Al2O3>80%)作 结合剂。为提高刚玉制品烧结性能，加入了一定量超细粉和外加剂。铬刚玉制品则加入部分优 质氧化铬粉(Cr2O3>95%)或铬刚玉粉(Cr2O3含量约13%左右)，以提高高温使用过程中渣 的粘度，减薄熔渣渗透层，改善制品的抗渣蚀性。太耐刚玉与铬刚玉质预制块用于张家港润忠 钢铁公司、淮阴钢厂、南京钢厂的超高功率电炉盖三角区，寿命均在150炉左右。
丹东某厂生产的刚玉浇注料B的主要原料为刚玉(Al2O3 98.9%)，以电熔纯铝酸钙水泥为结合剂(Al2O3 80%,Fe2O3 0.7%,SiO2 0.5%)。为提高浇注料中温强度和改善其流动性， 加入部分α-Al2O3超细粉(小于1微米占60%以上)，其比表面积为6.8m2/g,为增加水泥的 分散性，减少浇注料加水量，加入有机减水剂，外加水量5. 5%。经1500℃,5h煅烧的试样， 在显微镜下观察制品组织结构致密，颗粒分布均匀，基质相中细颗粒周围为微粉包围，具有良好的耐碱蒸汽侵蚀性，抗剥落和足够的中温强度，该浇注料用于天律钢管公司超髙功率电炉三角区，共捣制28个炉盖，使用寿命最高为117炉，最短92炉，平均使用寿命103炉，达到了钢厂的技术要求，取代了进口产品。
高铝质和莫来石质预制块广泛用于高功率电炉盖三角区。某耐火材料厂的制品D和F采用矾 土或莫来石作骨料，以氧化铝水泥(Al2O3>80%)作结合剂，以低水泥形式结合，CaO含量 一般为1.0%〜2.0%之间，配以超细粉和高效外加剂。因CaO含量较低，在高温下产生的液 相量少，各温度阶段强度较高。制品抗渣蚀性强，耐热震性好。
洛阳某厂生产的高铝浇注料E以特级矾土熟料为骨料，烧结刚玉粉掺合料，铝酸钙水 泥为结合剂，外掺少量的外加剂和一定数量的耐热钢纤维。经浇注养护、干燥的制品，具有好 的耐热震性和高温体积稳定性。在10t电炉顶(φ3.8m)电极孔(φ420m)区域使用，比I等高 铝砖寿命33炉提高15%。
为提高耐火浇注料的质量，可采取以下工艺措施：
1)集料起骨架和支撑作用，基质则起 填充孔隙、包裹集料及连接骨料的桥梁作用，因此纯度高、杂质少、高溫体积稳定的原料是首 要条件。
2)为获得良好的高温性能尽量控制CaO含量，亦即尽量减少水泥用量。CaO含量增 加液相量则随温度升高大幅度增加;
3)添加适量Al2O3以提高中温强度。在中溫阶段α -Al2O3 与CaO 和 CA 发生以下反应:CaO+Al2O3→CaO · Al2O3体膨胀为19.6%。CaO·Al2O3 +Al2O3→CaO· 2Al2O3 体膨胀为12.86%。此膨胀作用弥补浇注料因脱水和晶型 转化引起的体积收缩，改善了中温强度;
4)加入适量软质粘土作烧结剂，促进液相生成和烧结作用以期形成陶瓷结合;
5)改善料在烧结过程中产生的体积收缩，掺入在高温下产生膨胀效应的添加剂(蓝晶石、硅线石等);
6)加入耐热不锈钢纤维提高热稳定性增强韧性。
7)加入适量抗爆剂以利水汽顺利排出和改善烘烤质量。
从长期实践看，尽管炼钢新技术发展可能导致电炉盖对碱性材料的部分选择，但是，经过精心挑选的优质原料制成的高铝质炉盖材质，包括含“三石”的新品种，刚玉质、莫来石质等以及采用超细粉结合的浇注料和铬刚玉质等新材料均适应新技术发展的需要。各种炉盖耐火材料的比较见表2-17。
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