低蠕變高鋁磚的莫來石化控制

1、一了&。7r3低蠕變高鋁磚的莫來石化控制石干 孫庚辰洛陽曼叁材料研究院，洛陽471039摘要低蠕變高鋁磚在制作過程中有不同類型的莫采石化行為，重要的是設(shè)計和控制這些莫來石化行為。1前言低蠕變高鋁質(zhì)耐火材料的主晶相是莫來石和剛玉相，制品在燒成過程中會發(fā)生不同方式的奠來 石化反應，必須合理設(shè)計和控制這些莫來石化行為。正象早年人們對1i等高鋁磚的認識一樣，只有控 制好高鋁磚生產(chǎn)中的莫來石化反應，才能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)低蠕變高鋁磚。2低牌號低蠕變高鋁磚低牌號低蠕變高鋁磚的蠕變溫度一般在1200一350 c，這類制品可完全采用礬土熟料來生產(chǎn)。對于礬土材料的基礎(chǔ)高溫蠕變性能的研究表明“1，抗蠕變性與材料的氧化鋁含

2、量相關(guān)，其優(yōu)劣順 序為11等i等：1ii等，ii等礬土的優(yōu)異的抗蠕變性取決于它柱狀的莫來石網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組織。但事實 上用塊法煅燒的ll等礬土熟料來生產(chǎn)低蠕變磚是有困難的，其原因除了礬土熟料燒結(jié)程度較差外， 與，】等礬土熟料本身的化學組成不均勻有關(guān)。圖1是等礬土熟科的顯微結(jié)構(gòu)照片左上部的致密 區(qū)與右下部的疏松區(qū)的化學組成差異較大(見表1)，即這種11等料有相當部分實際上是i等與iii等 料的不均勻混臺物。由此造成原料本身在燒成過程中進行莫來石化反應t顆粒與細粉問、細粉與細粉 問)，并拌隨著體積膨脹，致使制品的燒后氣孔率偏離，及其它物理性能下降。因此采用ii等礬土熟料 制備低蠕變磚，首先選用燒結(jié)程度較

3、好的原料(吸水率36)，加強工藝控制如提高細粉的細度， 延長燒成保溫時間，以減弱奠來石化的膨脹效應，生產(chǎn)出高質(zhì)量的低蠕變磚(見表2中no1)。一圈l礬土熟料的顯做結(jié)構(gòu)照片表j礬土熟料的能潛分析(面掃描)當用lii等礬土料制造低蠕變高鋁磚時為了提高抗蠕變性可在基質(zhì)中加入一些1等或li等礬土料?；|(zhì)的氧化鋁含量應接近奠來石組成的氧化鋁含量而不要超過莫來石組成。32,5表2低蠕變高鋁磚理化性能密度 耐壓強度 蠕變率3h主要原料?m 3mpa48 790544(1 30(i c) ii等礬土熟料，粘土90l 60一0 4 98(】4(10c) 礬土熟料、藍晶石62 76 一0578(1450c) 紅柱

4、石、燒結(jié)奠來石、電熔剮玉7392 一0457(1 4s0(、) 礬土熟料、硅線石，礬土剛玉92 1 37一008(1500【、) 礬土剛玉、硅線石、礬土熟料69 96 一0425(1500c) 燒結(jié)莫來石，電熔白剛玉、硅石j8 85 一帆634(j 450() 礬土熟料、電熔自剮玉、棕剛玉，硅石3添加硅線石族礦物的低蠕變高鋁磚蠕變溫度在1400 c以上的高牌號低蠕變磚一般要加入硅線石族礦物或硅石。 硅線石、紅柱石、藍晶石的莫來石轉(zhuǎn)化的開始溫度和完成溫度是不同的“】。根據(jù)x射線衍射分析結(jié)果，藍晶石的開始和完成溫度較低，分別為1100(1和1300c；紅柱石的開始和完成溫度分別為1260 c和l5

5、0(：；硅線石的較高，分別為1 400c和1750c。表3是硅線石族原料分別與特級礬土熟料、電熔剛玉、粘土組成的試樣，經(jīng)不同溫度煅燒后x射 線衍射定量分析棚組成結(jié)果。由表得知：(1)kdkc、kcc試樣在1300c(藍晶石完成轉(zhuǎn)化溫度)以上 在相當大的溫度范圍內(nèi)莫來石相含量隨煅燒溫度提高而繼續(xù)大幅度增加，剛玉相含量則下降。ad kc、acc試樣也有類似現(xiàn)象。說明伴隨藍晶石、紅柱石莫來石化產(chǎn)生的二氧化硅與試樣中礬土熟料 里的游離剛玉或與試樣中的電熔剛玉形成二次奠來石，導致試樣莫來石化滯后。(2)比較kdkc與 kcc試樣，其二次莫來石完成溫度不同。kdkc試樣在1500c已基本完成，而kcc試樣

6、的完成溫度表3試樣相組成的x射線衍射定量分析*編號 試樣配比 煅燒溫度c奠來石 剛玉 藍品石 紅柱石 硅線石1005,521 微藍晶石 40300 66 1 9okdkc 礬土熟料4。 40075 12 o粘土 lj500 86 606【1087501 2(j0 38 43 3藍晶石4l】130n 44 40 0kcc電熔剛玉 45i 4005 33lo粘土 l 51 3f)()67 2l0t600 7714 o紅柱石40300 4315 22adkc礬土熟料 j 500 774 0粘土 15 72080 微 o紅柱石40i300 ?724 25acc電熔剮玉 犧 1j(加 561 6 0粘土

7、 l 51 72n 7390硅線石 d 0300 30 16 37sdkc礬土熟料5 500 60 710粘土 1 5 72078 00硅線石 4t)1 309 2323 37scc電熔剛五 j 150l32 1823牯土 i 5 1 72070 l 3 3*：a一石英、方石英、鈦酸鋁等少量礦物相束列出在1600c以上(-次莫來石化完成后，試樣中nt,相應小于10)。同樣adkc試樣的完成溫度約1500c，而acc試樣則在約1720c。說明硅線石族原料與礬土熟料和與電熔剛玉組成試樣的二次莫 來石化完成溫度存在著差別。前者低于后者，(3)硅線石族原料與礬土熟料和硅線石族原料與電熔剛 玉組成的試樣

8、在高溫區(qū)和低溫區(qū)的奠來石化進程不同，見表4。溫度區(qū)間約200c，試樣奠來石進程的 共同特征為：硅線石族礦物與礬土熟料組成的試樣在低溫區(qū)的奠來石增量大于硅線石族礦物。o電虻 剛玉組成的試樣；在高溫區(qū)則相反。表4試樣在不同溫度區(qū)間奠來石增量編號 sdkcscc，adkc acckdkc k(、(、低溫區(qū)間c 1 30f)l 500 1 900j00 莫來石增量am30 ：9 34 2920 l 5 高溫區(qū)間c1 500l 720 00】600 奠來石增量4m 18 38 3 1 7】224對試樣的線變化趨勢的研究表明，硅線石的二次奠來石化較一次奠來石化的線膨脹大。藍晶石的 二次奠來石化較一次奠來石

9、化的線變化小。由于上述硅線石旗礦物莫來石化行為的差異，選用硅線石族礦物的制磚工藝是不同的。如以礬 土熟料為基料，添加藍晶石制備低蠕變高鋁磚，需要坯體在15201 550c，長時間保溫(3j50小 時)，并增加藍晶石的細度，以確保藍晶石的莫來石化反應完全，莫來石晶體得到良好發(fā)育。顯微結(jié)構(gòu) 照片(圖2)反映制品基質(zhì)中柱狀奠來石晶體連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形貌。這種莫來石網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能較好抑制晶 界滑移，改善制品的抗蠕變性。制品性能(no2)見表2。在礬土熟料中添加硅線石或紅柱石制備低蠕變磚，則在控制制品燒結(jié)的前提下使硅線石或紅柱 石僅部分莫來石化，一方面抑制硅線石或紅柱石的莫來石化帶來的膨脹效應(這種膨脹效應會阻

10、礙制 品的致密化)，另一方面硅線石潛在的莫來石化“勢能”將補償制品使用時高溫荷載下的壓縮大大增 強了制品的抗蠕變性。顯微結(jié)構(gòu)照片(圖3)顯示添加硅線石制品蘑質(zhì)的形藐，柱狀莫來石晶體發(fā)育不 良。由于紅柱石的奠來石化溫度較硅線石低。因此添加紅柱石的制品燒成溫度較舔加硅線石的制品 低。制品性能(no3、no4、no5)覽表2。7囤2添加藍晶石制品基質(zhì)的掃描電鏡照片 圍3添加硅線石制品基質(zhì)的掃描電設(shè)照片傳統(tǒng)的高鋁耐火材料生產(chǎn)要求原料化學成分基本均勻，盡可能避免“混級”，特別忌用“隔級”料， 以減小原料之間在燒成時的莫來石化反應引起膨脹，列制品帶來負面效應。然而近些年來耐火材料工 作者有目的的在生產(chǎn)低蠕

11、變高鋁磚時進行“混級”。如上所述只要對制品中奠來石化進行有放控制。 就能利用這種奠來石化效應，提高耐火材料的抗蠕變性能。3874添加硅石的低蠕變高鋁磚另一個做法是在高鋁材料中添加硅石原料來制備低蠕變高鋁磚，主要原料有燒結(jié)或電熔莫來石 顆粒、礬土熟料顆粒、電熔剛玉細粉。石英顆粒與基質(zhì)中的剮玉反應時，其反應產(chǎn)物莫來石與二氧化硅 接觸的界面上存在一層液相n1。根據(jù)a1。o。一sio：相圖液相出現(xiàn)的溫度為1595 c，但實際上由于少量 雜質(zhì)的存在，1250c即出現(xiàn)液相“1。奠來石化反應將一直在液相參與下進行，這就削弱了莫來石化體 積膨脹的不利影響?；|(zhì)中逐漸形成莫來石的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)剛玉和石英被消耗。但這是

12、個不完全反應的 過程。圖4的顯微結(jié)構(gòu)照片表示制品基質(zhì)的形貌，中間部位是殘留的方石英，其外圍周邊有幾個微米 到幾十個微米的玻璃相，外側(cè)是奠來石和剛玉相。這種實際相組成同相圈所預示的結(jié)果不相吻合的現(xiàn) 象，是由于某些動力學因素的限制而不能或尚未達到平衡所致。某鋼廠四年后對熱風爐設(shè)備檢修時對 使用的低蠕變高鋁磚取樣進行檢測，發(fā)現(xiàn)制品中仍有殘留的方石英(對添加硅線石的低蠕變高鋁磚檢 測，也發(fā)現(xiàn)殘留有硅線石)。表明這種莫來石化過程的漫長。制磚時硅石的粒度以中顆粒為宜，若以硅石細粉加人，則由于燒成時莫來石化反應的劇烈進行， 伴隨的膨脹效應難以控制。為降低生產(chǎn)成本，可使用棕剛玉細粉部分替代電熔白剛玉，但應注意控制 燒成時的體積黟脹，帶j品(no，6、no7)的性能指標見表2，目添#硅若部品基質(zhì)的掃描電鏡照片5結(jié)論根據(jù)生產(chǎn)低蠕變高鍋磚原料的典來石化行為不同，合理設(shè)計不融的低蠕變高鋁磚的生產(chǎn)工藝，控 制這些不同的莫來石化進程。這些材料可分為兩類：一類使其奠來石化充分完全反應，奠來石晶粒得 以發(fā)育長