王京京，潘 磊，王 允，王 成

（濮陽濮耐高溫材料（集團(tuán)）股份有限公司，河南 濮陽 457100）

目前市場(chǎng)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(jìn)行，燒成溫度1 250～1 380℃，燒成保溫時(shí)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(guó)家節(jié)能環(huán)保政策進(jìn)一步趨嚴(yán)，如果能開發(fā)出免燒的黏土磚，不僅簡(jiǎn)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?gòu)U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(jí)高鋁礬土、黏土為主要原料，采用不含磷的無機(jī)結(jié)合劑與有機(jī)結(jié)合劑相復(fù)合，添加少量的膨脹劑，以半干法機(jī)壓成型的方式制備了免燒黏土磚。研究了螺旋壓力機(jī)的成型工藝對(duì)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(yàn)

1.1 原料

本試驗(yàn)采用三級(jí)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(jí)高鋁礬土骨料和膨脹劑放入輪碾機(jī)中干混2 min，加入1%的水混和2 min，再加入混合粉（黏土、三級(jí)高鋁<0.5 mm細(xì)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(qiáng)度試驗(yàn)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(cè)試樣的常溫耐壓強(qiáng)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(yàn)方法》檢測(cè)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(dòng)螺旋壓磚機(jī)參數(shù)設(shè)置對(duì)磚坯成型性能及烘干后常溫物理的影響

電動(dòng)螺旋壓力機(jī)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(shí)的壓力也越大。在本組試驗(yàn)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(jī)壓成磚坯，磚坯編號(hào)分別標(biāo)記為P1、P2、P3。

表3 成型磚坯P1時(shí)螺旋壓力機(jī)設(shè)定的參數(shù)（輕壓）

表4 成型磚坯P2時(shí)螺旋壓力機(jī)設(shè)定的參數(shù)（中壓）

表5 成型磚坯P3時(shí)螺旋壓力機(jī)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?？梢钥闯觯捎帽?（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?yàn)樵谥貕撼尚拖到y(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(shí)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(shí)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(shí)結(jié)合力時(shí)，磚坯就會(huì)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(qiáng)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(qiáng)度對(duì)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(qiáng)度較低；采用重壓成型的磚坯P3因?yàn)檫^壓引起層裂，從而降低磚坯的常溫耐壓強(qiáng)度。綜合來看，采用中壓成型時(shí)磚坯既能獲得較高的常溫耐壓強(qiáng)度，又可避免產(chǎn)生層裂。

3 應(yīng)用

以三級(jí)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(dòng)螺旋壓力機(jī)，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(hù)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(qiáng)度≥35 MPa。

我公司本次試驗(yàn)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(shí)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(duì)包殼進(jìn)行清理并檢查，有坑洼或鋼殼焊接不平之處要修補(bǔ)，修補(bǔ)時(shí)使用包底澆注料。砌筑第二層永久襯磚前要對(duì)第一層永久襯磚表面殘泥進(jìn)行清理并檢查，使用黏土火泥修補(bǔ)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(zhǎng)度方向垂直于水平面），磚縫要求≤2 mm。砌磚時(shí)，灰縫必須錯(cuò)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(dòng)螺旋壓力機(jī)成型時(shí)，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(qiáng)度較低，顯氣孔率較高，成型壓力過高時(shí)磚坯又會(huì)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。