連鑄功能耐火材料的材料體系,由最初簡單的熔融石英質、鋁碳材質,逐步開發應用了高耐蝕的鋯碳(渣線、棒頭)、鎂碳(棒頭、水口碗口、快換水口端面)、尖晶石碳(棒頭、水口內壁)、高耐磨高碳化硅含量的質量好的莫來石磚或鋯英石碳(快換水口端面)、透氣材料(長水口碗口、內壁)及眾多浸入式水口防堵塞襯體材料(莫來石質、尖晶石質、白云石質、鋯酸鈣質等)。所用原材料更是品種廣泛,主原料使用各種氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、氧化硅及合成陜西輕質莫來石磚莫(mo)來(lai)石、尖晶(jing)石、碳化(hua)(hua)硅(gui)、賽隆、阿隆等,碳源有(you)鱗片石墨(mo)、無(wu)定形碳、瀝(li)青、石墨(mo)微粉(fen)(fen)等;輔料發展更為(wei)全面、細微,各種防(fang)氧化(hua)(hua)劑(ji)(硅(gui)粉(fen)(fen)、碳化(hua)(hua)硅(gui)、低熔點玻璃粉(fen)(fen)、含硼材料、鋁粉(fen)(fen)、鋯化(hua)(hua)合物等)、增強(qiang)劑(ji)、成型助劑(ji)、防(fang)潮劑(ji)等;結合劑(ji)雖仍以(yi)酚醛樹脂(zhi)為(wei)主,有(you)的(de)輔以(yi)瀝(li)青混合結合,酚醛樹脂(zhi)的(de)引入形態、稀釋調(diao)和劑(ji)、各種改(gai)(gai)性(xing)體(硼改(gai)(gai)性(xing)、鎳改(gai)(gai)性(xing)、碳化(hua)(hua)硅(gui)改(gai)(gai)性(xing)、白炭黑或有(you)機硅(gui)改(gai)(gai)性(xing)等)等各公司不一,發展變化(hua)(hua)較大。
連鑄功能耐火材料以含碳為其特色,這是由陜西輕質莫來石磚耐火材料的應用要求決定的。鱗片石墨的主要功能可概括為兩條:增強抗熱震性,因其較高的熱導率和較低的膨脹系數,提高了熱擴散能力,緩解熱應力集聚;另外是其不與耐火氧化物產生陶瓷結合,大量的質量好的莫(mo)來石磚(zhuan)對(dui)緊密(mi)的(de)氧化(hua)物陶瓷基質及(ji)結合網絡起到了(le)阻(zu)斷隔離作(zuo)用(yong)(yong),就像氣孔(kong)(kong)一樣,使(shi)熱應力掉(diao)進了(le)“黑(hei)洞”,因而能夠阻(zu)止(zhi)裂紋擴展(zhan),其比氣孔(kong)(kong)絕熱更可(ke)貴的(de)一點(dian)是,不(bu)(bu)(bu)對(dui)熔(rong)渣(zha)潤(run)濕,不(bu)(bu)(bu)會吸收液渣(zha)“填坑”。要說明的(de)是,不(bu)(bu)(bu)同(tong)于常見的(de)金屬及(ji)其氧化(hua)物等,石墨的(de)熱導(dao)率隨溫(wen)(wen)度(du)的(de)升高(gao)(gao)反而降(jiang)低,在(zai)極高(gao)(gao)溫(wen)(wen)度(du)下(xia)趨于不(bu)(bu)(bu)導(dao)熱狀態,這對(dui)石墨作(zuo)為連鑄功能耐(nai)(nai)火材(cai)料的(de)應用(yong)(yong)也(ye)大有裨(bi)益,在(zai)持(chi)續高(gao)(gao)溫(wen)(wen)應用(yong)(yong)條件下(xia)可(ke)以(yi)使(shi)材(cai)料保持(chi)基本恒定的(de)溫(wen)(wen)度(du)梯(ti)度(du)。增(zeng)強抗侵(qin)蝕性,因其對(dui)渣(zha)、熔(rong)劑及(ji)鋼(gang)水的(de)不(bu)(bu)(bu)潤(run)濕性,不(bu)(bu)(bu)僅自身不(bu)(bu)(bu)容(rong)易被(bei)侵(qin)蝕,還進而能夠保護包裹(guo)纏繞的(de)基質顆粒。另外,就是石墨特異的(de)耐(nai)(nai)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)性能,與一般耐(nai)(nai)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)材(cai)料不(bu)(bu)(bu)同(tong),石墨的(de)強度(du)是隨溫(wen)(wen)度(du)的(de)升高(gao)(gao)而增(zeng)高(gao)(gao),這也(ye)賦予基質顆粒乃至基體材(cai)料較(jiao)高(gao)(gao)的(de)抗侵(qin)蝕性。
質量好的耐火磚加工溫度控制不好,造成燒成溫度波動太大,就會使有些車位溫度高有些溫度低。排煙機拉力過大,使火焰無法到達窯爐頂部時就被拉力以水平方向拉出高溫帶,造成頂部和底部的溫差太大,所燒制質量好的輕質莫來石磚耐火磚的溫差可達50度,以至于有時下部制品粘連變形產生廢品,而上部卻仍然沒有達到燒結溫度。除了燒制過程中的工藝影響外,陜西耐火(huo)磚(zhuan)出(chu)窯(yao)之后隨(sui)著存放(fang)時間、存放(fang)環(huan)境(jing)的影(ying)響,在其表面也會(hui)慢慢產生一些(xie)化學的反應(ying),最終造成(cheng)(cheng)隔熱耐火(huo)磚(zhuan)顏色上的差(cha)別。除了(le)燒制過程中的工(gong)藝影(ying)響外,隔熱耐火(huo)磚(zhuan)出(chu)窯(yao)之后隨(sui)著存放(fang)時間、存放(fang)環(huan)境(jing)的影(ying)響,在其表面也會(hui)慢慢產生一些(xie)化學的反應(ying),最終造成(cheng)(cheng)耐火(huo)磚(zhuan)顏色上的差(cha)別。
長水口一般不予預熱,且體型較大,抗熱震要求最為苛刻。當前主要有兩大技術來應對該問題。一是歐洲的內壁氧化方式,以外國公司為例,長水口燒成采用裸燒方式,外部施釉,碗口遮蔽,內孔體處于氧化氣氛,形成1~2mm厚的氧化層和1.5mm左右的變質層以緩沖熱震,鋼包到1500℃以上的高溫鋼水直接沖擊該透氣絕熱層,延緩了對外部鋁碳本體的直接熱沖擊,抗熱震性得到保證;二是國內開發的絕熱內壁方式,使用高鋁聚輕磚或氧化鋯的空心球或陜西漂珠磚等低導熱材料預成型內壁,也起到了很好的抗熱震效果,但制造工藝略為復雜。另外,一些無碳防堵塞技術,如莫來石、輕質莫來石磚廠家尖晶石(shi)、鋯酸鈣等內襯材料的引(yin)入,因(yin)為無石(shi)墨或極大地降低了碳含量,從而對開澆熱(re)沖擊不(bu)敏感,在(zai)一(yi)定程度上也提(ti)高了水口(kou)的抗熱(re)震性(xing)。
抗鋼液侵蝕性越高越好,尤其是棒頭材料。這是因為棒頭區域承受高湍流鋼水的持續沖刷侵蝕,蝕損較快會導致控流不好或失控終澆。現多采用陜西隔熱耐火磚或鋯碳復合料(適用于大多數碳素鋼)及鎂碳料。質量好的輕質莫來石磚廠家高(gao)溫強度(du)(du)指標要求不(bu)高(gao),因為塞(sai)棒壁相(xiang)對較厚,有足夠強度(du)(du),故(gu)而幾乎所有廠家均把生產過程中的廢品、廢料(liao)(liao)(liao)、車(che)削料(liao)(liao)(liao)、集塵回(hui)收料(liao)(liao)(liao)經過破碎、分篩、烘烤(或燒(shao)成除(chu)碳)回(hui)加進(jin)塞(sai)棒本體(ti)(ti)料(liao)(liao)(liao),可(ke)以引入50%(w)左右。由于(yu)塞(sai)棒使用(yong)中需要垂直(zhi)固(gu)定,且進(jin)行高(gao)頻(pin)往復沖(chong)動,對強度(du)(du)也(ye)有最低(di)要求,一般(ban)而論,本體(ti)(ti)材料(liao)(liao)(liao)燒(shao)后常溫抗(kang)折強度(du)(du)不(bu)得低(di)于(yu)4MPa。