免燒黏土磚的成型工藝及其在鐵水包永久襯上的應(yīng)用

王京京，潘 磊，王 允，王 成

（濮陽濮耐高溫材料（集團）股份有限公司，河南 濮陽 457100）

目前市場上所用黏土磚大多為燒成黏土磚，其燒成一般在倒焰窯或隧道窯進行，燒成溫度1 250～1 380℃，燒成保溫時間一般為2～10 h。不僅消耗了大量能源，增加了燒成成本，也產(chǎn)生大量的廢氣排放，造成較大的環(huán)保壓力。近年來，國家節(jié)能環(huán)保政策進一步趨嚴，如果能開發(fā)出免燒的黏土磚，不僅簡化了黏土磚的生產(chǎn)工藝，還降低了生產(chǎn)能耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本，減少廢棄物排放，緩解了耐火材料企業(yè)的環(huán)保壓力[1]。

本文以三級高鋁礬土、黏土為主要原料，采用不含磷的無機結(jié)合劑與有機結(jié)合劑相復(fù)合，添加少量的膨脹劑，以半干法機壓成型的方式制備了免燒黏土磚。研究了螺旋壓力機的成型工藝對免燒黏土磚性能的影響，并跟蹤了免燒黏土磚在120 t鐵水包永久襯上的應(yīng)用效果。

1 試驗

1.1 原料

本試驗采用三級高鋁礬土（粒度5～2 mm、2～0.5 mm、≤0.5 mm和<0.088 mm）、黏土（<0.1 mm）為主要原料，PN21為結(jié)合劑，其化學(xué)組成見表1。

表1 原料的化學(xué)組成 （w%）

1.2 試樣制備

根據(jù)表2配比配制試樣。先將5～2 mm和2～0.5 mm的三級高鋁礬土骨料和膨脹劑放入輪碾機中干混2 min，加入1%的水混和2 min，再加入混合粉（黏土、三級高鋁<0.5 mm細粉與PN21結(jié)合劑）混和2 min，再加入2%的水輪碾混和10 min。將泥料的揮發(fā)分控制在4.1%～4.5%。

表2 試樣配比

根據(jù)GB/T 5072-2008《耐火材料常溫耐壓強度試驗方法》，將成型標(biāo)磚烘干后，切割為50 mm×50 mm×50 mm的立方體，檢測試樣的常溫耐壓強度。根據(jù)GB/T 2997-2000《致密定型耐火制品體積密度、顯氣孔率和真氣孔率試驗方法》檢測試樣120℃烘干后的體積密度和顯氣孔率。

2 結(jié)果與討論

2.1 電動螺旋壓磚機參數(shù)設(shè)置對磚坯成型性能及烘干后常溫物理的影響

電動螺旋壓力機通過調(diào)整錘頭的速度與起升高度來控制成型壓力，錘頭速度越快、起升高度越高，成型時的壓力也越大。在本組試驗中取三份相同的泥料（揮發(fā)分4.1%～4.5%），分別按表3、表4、表5所示的成型參數(shù)機壓成磚坯，磚坯編號分別標(biāo)記為P1、P2、P3。

表3 成型磚坯P1時螺旋壓力機設(shè)定的參數(shù)（輕壓）

表4 成型磚坯P2時螺旋壓力機設(shè)定的參數(shù)（中壓）

表5 成型磚坯P3時螺旋壓力機設(shè)定的參數(shù)（重壓）

磚坯側(cè)面（與受壓面垂直）如圖1所示?？梢钥闯?，采用表3（輕壓）和表4（中壓）中的參數(shù)所成型的磚坯P1和P2，外觀沒有缺陷，而采用表5（重壓）中的參數(shù)所成型的磚坯P3則產(chǎn)生較明顯的層裂。這是因為在重壓成型系統(tǒng)中，一方面泥料中的顆粒受到較大的壓力產(chǎn)生裂紋甚至破碎，在磚坯內(nèi)部形成明顯的結(jié)構(gòu)缺陷，另一方面錘頭速度過快，壓力過大，泥料在較短的時間內(nèi)瞬間受到過高的壓力，混合料內(nèi)殘存的氣體無法從模腔內(nèi)及時排出，產(chǎn)生彈性膨脹，當(dāng)這種彈性膨脹力大于物料間的臨時結(jié)合力時，磚坯就會因過壓在磚的側(cè)面出現(xiàn)水平裂紋。

圖1 磚坯P1、P2、P3的側(cè)面圖

試樣的體積密度及顯氣孔率如圖2所示，120℃烘干后的常溫耐壓強度如圖3所示。

圖2 磚坯的體積密度及顯氣孔率

圖3 磚坯的常溫耐壓強度對比圖

從圖2和圖3中可以看出，采用輕壓成型的磚坯雖沒有層裂，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，顯氣孔率較高、體積密度與常溫耐壓強度較低；采用重壓成型的磚坯P3因為過壓引起層裂，從而降低磚坯的常溫耐壓強度。綜合來看，采用中壓成型時磚坯既能獲得較高的常溫耐壓強度，又可避免產(chǎn)生層裂。

3 應(yīng)用

以三級高鋁礬土、黏土為主要原料，PN21為結(jié)合劑等，制備揮發(fā)分為4.1%～4.5%的泥料，采用400 t電動螺旋壓力機，按照表4的控制參數(shù)成型，在室溫（約30℃）、環(huán)境濕度為70%的條件下養(yǎng)護7 d，先經(jīng)55℃烘干15 h，再經(jīng)120℃烘干15 h，制得鐵水包用免燒黏土磚，產(chǎn)品的合格率≥99.5%，烘干后抽檢（抽檢率為10%）的常溫耐壓強度≥35 MPa。

我公司本次試驗磚所砌筑鐵水包為120 t鐵水包，為5 000 m3高爐服務(wù)，鐵水溫度1 400～1 450℃。鐵水包底部為圓形，施工時底部采用澆注料澆筑，包壁沿鋼殼砌筑兩層厚度為40 mm厚的免燒黏土磚做永久襯，再砌筑一層鋁碳化硅碳磚做工作襯（如圖4所示）。

圖4 鐵水包砌筑示意圖

砌筑包壁永久層前，要對包殼進行清理并檢查，有坑洼或鋼殼焊接不平之處要修補，修補時使用包底澆注料。砌筑第二層永久襯磚前要對第一層永久襯磚表面殘泥進行清理并檢查，使用黏土火泥修補磚縫。將黏土磚成型面（230 mm×114 mm）涂滿火泥，平貼于鋼殼表面（230 mm長度方向垂直于水平面），磚縫要求≤2 mm。砌磚時，灰縫必須錯開并壓縫，上下層不得有垂直通縫，多層砌磚不得有里外通縫，永久襯砌筑完畢后按圖紙要求砌筑工作層磚。

該產(chǎn)品砌筑過程順利，所砌筑的鐵水包已正常上線使用，使用效果良好，可以替代之前所用的燒成黏土磚及燒成葉臘石磚。

4 結(jié)論

（1）采用400 t電動螺旋壓力機成型時，需合適的控制參數(shù)，采用中壓成型。成型壓力過低磚坯的體積密度與強度較低，顯氣孔率較高，成型壓力過高時磚坯又會因過壓而產(chǎn)生層裂。

（2）免燒黏土磚在鋼廠120 t鐵水包永久襯上使用效果良好，可以替代燒成黏土磚及燒成葉臘石磚。