耐火材料與燃燒概論6

1、第第6 6章章 含鋯質(zhì)耐火材料含鋯質(zhì)耐火材料 含鋯質(zhì)耐火材料是指含有氧化鋯含鋯質(zhì)耐火材料是指含有氧化鋯(ZrO(ZrO2 2) )或鋯英石或鋯英石(ZrO(ZrO2 2SiOSiO2 2) )的耐火材的耐火材料。料。 鋯英石質(zhì)耐火材料是以鋯英石精礦砂為主要原料制成的，其中包括鋯英石質(zhì)耐火材料是以鋯英石精礦砂為主要原料制成的，其中包括純鋯英石耐火制品和鋯英石與其他耐火組分組成的復(fù)合制品。這些制品純鋯英石耐火制品和鋯英石與其他耐火組分組成的復(fù)合制品。這些制品既可用燒結(jié)法制得，也可用熔粒再結(jié)合法制成。前者稱燒結(jié)鋯英石制品；既可用燒結(jié)法制得，也可用熔粒再結(jié)合法制成。前者稱燒結(jié)鋯英石制品；后者稱熔粒再結(jié)

2、合鋯英石制品。另外，還有鋯英石不定形耐火材料。后者稱熔粒再結(jié)合鋯英石制品。另外，還有鋯英石不定形耐火材料。 6.1 6.1 鋯英石質(zhì)耐火材料鋯英石質(zhì)耐火材料6.1.1 6.1.1 鋯英石鋯英石 鋯英石鋯英石(ZrO(ZrO2 2SiOSiO2 2) )是是ZrOZrO2 2-SiO-SiO2 2二元系統(tǒng)的唯一二元化合物，其理論二元系統(tǒng)的唯一二元化合物，其理論組成為組成為ZrOZrO2 267.2%67.2%，SiOSiO2 232.8%32.8%。 在自然界中的鋯英石實(shí)際上常含有少量化在自然界中的鋯英石實(shí)際上常含有少量化學(xué)性質(zhì)與學(xué)性質(zhì)與ZrOZrO2 2相近的氧化鉿相近的氧化鉿(HfO(HfO

3、2 20.5-3.0%) 0.5-3.0%) 和氧化釷和氧化釷(ThO(ThO2 20-2.0%)0-2.0%)。 鋯英石屬四方晶體，真密度為鋯英石屬四方晶體，真密度為4.6-4.8g/cm4.6-4.8g/cm3 3，鋯英石的熱膨脹性很低，鋯英石的熱膨脹性很低，室溫至室溫至14001400平均熱膨脹系數(shù)約為平均熱膨脹系數(shù)約為4.54.51010-6-6/，比莫來石還低。導(dǎo)熱性，比莫來石還低。導(dǎo)熱性較高，隨溫度升高而降低，較高，隨溫度升高而降低，100100時(shí)為時(shí)為6.69W/m6.69W/m；400400為為5.0W/m5.0W/m；1000 1000 為為4.18W/m4.18W/m。6.

4、1.1.1 6.1.1.1 鋯英石的性質(zhì)鋯英石的性質(zhì) 鋯英石的常溫和高溫強(qiáng)度都很高，常溫耐壓強(qiáng)度約鋯英石的常溫和高溫強(qiáng)度都很高，常溫耐壓強(qiáng)度約150MPa150MPa，荷重軟，荷重軟化溫度大于化溫度大于15001500。彈性模量較高，室溫下約為。彈性模量較高，室溫下約為2.32.310105 5MPaMPa；11501150為為1.01.010105 5MPaMPa。 鋯英石難于與酸發(fā)生作用，也不易被一些熔融金屬潤濕和與之發(fā)生反鋯英石難于與酸發(fā)生作用，也不易被一些熔融金屬潤濕和與之發(fā)生反應(yīng)。對(duì)爐渣、玻璃液等都有良好的抵抗性。但易受堿金屬、堿土金屬的作應(yīng)。對(duì)爐渣、玻璃液等都有良好的抵抗性。但易受

5、堿金屬、堿土金屬的作用而分解。用而分解。 鋯英石在鋯英石在16761676分解為四方型分解為四方型ZrOZrO2 2和方石英，如圖和方石英，如圖6-16-1所示。此所示。此ZrOZrO2 2溶溶有不大于的有不大于的0.1%SiO0.1%SiO2 2，即，即0.3%ZrSiO0.3%ZrSiO4 4，故為四方型，故為四方型ZrOZrO2 2固溶體。當(dāng)溫度達(dá)固溶體。當(dāng)溫度達(dá)687687時(shí)，熱分解產(chǎn)物除了四方型時(shí)，熱分解產(chǎn)物除了四方型ZrOZrO2 2以外，開始出現(xiàn)液相。以外，開始出現(xiàn)液相。 鋯英石發(fā)生熱分解的溫度，這可能與其分解所形成的產(chǎn)物在冷卻時(shí)又鋯英石發(fā)生熱分解的溫度，這可能與其分解所形成的產(chǎn)

6、物在冷卻時(shí)又重新化合為鋯英石有關(guān)。另外，鋯英石的熱分解溫度受加熱溫度與加熱時(shí)重新化合為鋯英石有關(guān)。另外，鋯英石的熱分解溫度受加熱溫度與加熱時(shí)間影響。如間影響。如CurtisCurtis和和SowmanSowman用美國佛羅里達(dá)州產(chǎn)的高純鋯英石在電爐中加用美國佛羅里達(dá)州產(chǎn)的高純鋯英石在電爐中加熱并保溫?zé)岵⒈? 2小時(shí)，測得不同溫度下鋯英石離解為小時(shí)，測得不同溫度下鋯英石離解為ZrOZrO2 2的量的量( (從從15401540開始，開始，到到18701870時(shí)達(dá)時(shí)達(dá)95%)95%)，如圖，如圖6-26-2所示。若受熱時(shí)保溫時(shí)間延長，例如保溫所示。若受熱時(shí)保溫時(shí)間延長，例如保溫6 6小小時(shí)，則鋯

7、英石在時(shí)，則鋯英石在17601760即可熱分解完畢。若鋯英石中有雜質(zhì)，則熱分解溫即可熱分解完畢。若鋯英石中有雜質(zhì)，則熱分解溫度更有所降低。度更有所降低。6.1.1.2 6.1.1.2 鋯英石的熱穩(wěn)定性鋯英石的熱穩(wěn)定性150016001700180019002000020406080100ZrOZrO2 2 / % / %溫度溫度/ / 圖圖 6-2 6-2 鋯英石分解鋯英石分解ZrOZrO2 2生成量與溫度的關(guān)系（各溫度保溫生成量與溫度的關(guān)系（各溫度保溫2h2h） 鋯英石分解產(chǎn)物之一方石英的真密度比原來的鋯英石小得多，故產(chǎn)鋯英石分解產(chǎn)物之一方石英的真密度比原來的鋯英石小得多，故產(chǎn)生較大的體積膨

8、脹，導(dǎo)致其耐熱震性降低。若將鋯英石加熱到很高溫度，生較大的體積膨脹，導(dǎo)致其耐熱震性降低。若將鋯英石加熱到很高溫度，SiOSiO2 2一旦揮發(fā)逸出，則由于殘留的一旦揮發(fā)逸出，則由于殘留的ZrOZrO2 2在溫度變化時(shí)因晶型轉(zhuǎn)化產(chǎn)生不規(guī)在溫度變化時(shí)因晶型轉(zhuǎn)化產(chǎn)生不規(guī)則熱膨脹，使其耐熱震性變壞。則熱膨脹，使其耐熱震性變壞。 鋯英石開始分解，其強(qiáng)度降低。為避免鋯英石耐火制品受此危害，鋯英石開始分解，其強(qiáng)度降低。為避免鋯英石耐火制品受此危害，鋯英石耐火材料使用溫度應(yīng)控制在鋯英石耐火材料使用溫度應(yīng)控制在16701670以下為宜。以下為宜。 鋯英石熱分解后形成的鋯英石熱分解后形成的ZrOZrO2 2和和Si

9、OSiO2 2，在溫度降低時(shí)，還可重新結(jié)合為，在溫度降低時(shí)，還可重新結(jié)合為鋯英石，特別是緩冷時(shí)更是如此。如熔融熱分解的試樣在鋯英石，特別是緩冷時(shí)更是如此。如熔融熱分解的試樣在14501450下保溫下保溫3 3小時(shí)，可全部再結(jié)合為鋯英石。若鋯英石在加熱時(shí)已有小時(shí)，可全部再結(jié)合為鋯英石。若鋯英石在加熱時(shí)已有75%75%游離游離ZrOZrO2 2的材的材料在料在15001500保溫一星期，即可完全再結(jié)合。保溫一星期，即可完全再結(jié)合。6.1.1.3 6.1.1.3 鋯英石的再結(jié)合鋯英石的再結(jié)合12002285225024301687167614701170867573ZrO2(單)+ZrSiO4ZrO

10、2(四)+ZrSiO4ZrO2(四) + 液相ZrO2(四) + 方石英ZrSiO4 + 方石英ZrSiO4 + 鱗石英ZrSiO4 + 石英ZrSiO4 + 石英雙液液相ZrO2(立)+ 液相ZrSiO4 400800160020002400280040206080ZrO2SiO2Mass/%溫度/圖圖6-1 ZrO6-1 ZrO2 2-SiO-SiO2 2體系相圖體系相圖6.1.2 6.1.2 純鋯英石耐火制品純鋯英石耐火制品 純鋯英石耐火制品是以鋯英石為主晶相，簡稱鋯英石耐火制品，是純鋯英石耐火制品是以鋯英石為主晶相，簡稱鋯英石耐火制品，是含鋯質(zhì)耐火材料的重要種類之一。含鋯質(zhì)耐火材料的重

11、要種類之一。 (1) (1) 原料處理原料處理。鋯英石耐火制品的原料是精選的鋯英石礦砂，簡稱。鋯英石耐火制品的原料是精選的鋯英石礦砂，簡稱鋯砂。其中含鋯英石約鋯砂。其中含鋯英石約90%90%。 鋯英石精礦砂粒度很細(xì)，而且單一，一般為鋯英石精礦砂粒度很細(xì)，而且單一，一般為0.1-0.2mm0.1-0.2mm，不宜直接制，不宜直接制磚。欲制成有粗顆粒的純鋯英石制品，通常要對(duì)精礦砂預(yù)先煅燒或高溫磚。欲制成有粗顆粒的純鋯英石制品，通常要對(duì)精礦砂預(yù)先煅燒或高溫熔融制成鋯英石熟料團(tuán)塊。煅燒熟料時(shí)首先將一部分精礦砂磨成細(xì)粉，熔融制成鋯英石熟料團(tuán)塊。煅燒熟料時(shí)首先將一部分精礦砂磨成細(xì)粉，與另一部分精礦砂混合，

12、用暫時(shí)性有機(jī)結(jié)合劑粘結(jié)制成料球或荒坯，在與另一部分精礦砂混合，用暫時(shí)性有機(jī)結(jié)合劑粘結(jié)制成料球或荒坯，在1500-17001500-1700（低于鋯英石分解溫度）下煅燒成密實(shí)的團(tuán)塊。若存在堿金（低于鋯英石分解溫度）下煅燒成密實(shí)的團(tuán)塊。若存在堿金屬氧化物或?qū)傺趸锘騇gOMgO、CaOCaO等礦化劑，則可在等礦化劑，則可在10501050以上的較低溫度下煅燒。以上的較低溫度下煅燒。鋯英石砂在煅燒時(shí)從鋯英石砂在煅燒時(shí)從900900開始產(chǎn)生收縮，約到開始產(chǎn)生收縮，約到13501350趨于停止，此后反趨于停止，此后反而有所膨脹，在而有所膨脹，在17001700以后又急劇收縮。鋯英石精礦砂團(tuán)塊經(jīng)煅燒后致以

13、后又急劇收縮。鋯英石精礦砂團(tuán)塊經(jīng)煅燒后致密性提高，體積密度可達(dá)密性提高，體積密度可達(dá)3.5g/cm3.5g/cm3 3以上。以上。 若以細(xì)粉料生產(chǎn)純鋯英石制品，則可直接將精礦砂在若以細(xì)粉料生產(chǎn)純鋯英石制品，則可直接將精礦砂在14501450下煅燒，下煅燒，經(jīng)急冷使其疏松，然后再磨細(xì)。經(jīng)急冷使其疏松，然后再磨細(xì)。6.1.2.1 6.1.2.1 純鋯英石耐火制品的生產(chǎn)純鋯英石耐火制品的生產(chǎn) (2) (2) 制品生產(chǎn)制品生產(chǎn)。生產(chǎn)純鋯英石制品宜采用暫時(shí)性的結(jié)合劑，如亞硫。生產(chǎn)純鋯英石制品宜采用暫時(shí)性的結(jié)合劑，如亞硫酸鹽紙漿廢液、糊精和木質(zhì)素等，也可用乙基硅酸鹽、烷基酸鈣和磷酸酸鹽紙漿廢液、糊精和木質(zhì)

14、素等，也可用乙基硅酸鹽、烷基酸鈣和磷酸以及水玻璃等。若用可塑耐火粘土作結(jié)合劑，制品便于成型和燒結(jié)，但以及水玻璃等。若用可塑耐火粘土作結(jié)合劑，制品便于成型和燒結(jié)，但往往會(huì)引起制品耐火度和體積穩(wěn)定性的降低。特別是當(dāng)配料中加入的粘往往會(huì)引起制品耐火度和體積穩(wěn)定性的降低。特別是當(dāng)配料中加入的粘土量較高時(shí)，影響尤為顯著，如圖土量較高時(shí)，影響尤為顯著，如圖6-36-3所示。所示。 為促進(jìn)純鋯英石制品的燒結(jié)，在配料中常加入少量為促進(jìn)純鋯英石制品的燒結(jié)，在配料中常加入少量CaOCaO、 Ca(OH)Ca(OH)2 2、 MgOMgO或或MgFMgF2 2以及其他礦化劑。這種添加劑在高溫下促使以及其他礦化劑。這

15、種添加劑在高溫下促使ZrOZrO2 2SiOSiO2 2分解，分解，并與并與ZrOZrO2 2形成形成ZrOZrO2 2固溶體和進(jìn)入玻璃相中，從而促進(jìn)燒結(jié)。固溶體和進(jìn)入玻璃相中，從而促進(jìn)燒結(jié)。A A SiO SiO2 2/Al/Al2 2O O3 33.23.2，堿含量極少，耐火度堿含量極少，耐火度16701670，以石蠟為主成，以石蠟為主成分的粘土；分的粘土；B B SiO SiO2 2/Al/Al2 2O O3 33.53.5， 堿含量堿含量4.5%4.5%，耐火度，耐火度15201520，系游離石英的，系游離石英的硅質(zhì)粘土；硅質(zhì)粘土；C C SiOSiO2 2/Al/Al2 2O O3

16、31.31.3，堿含量在堿含量在0.8%0.8%以下，耐以下，耐火度火度17501750，硬質(zhì)粘，硬質(zhì)粘 土。土。圖圖6-3 6-3 粘土對(duì)鋯英石耐火度的影響粘土對(duì)鋯英石耐火度的影響6.1.2.2 6.1.2.2 純鋯英石制品的性質(zhì)和應(yīng)用純鋯英石制品的性質(zhì)和應(yīng)用 （1 1）制品的性質(zhì)）制品的性質(zhì)。純鋯英石制品含。純鋯英石制品含ZrOZrO2 265%65%左右，幾乎由全部鋯英石晶左右，幾乎由全部鋯英石晶體組成，只有極少量玻璃相和游離體組成，只有極少量玻璃相和游離ZrOZrO2 2。真密度。真密度4.55g/cm4.55g/cm3 3左右，最高達(dá)左右，最高達(dá)4.62g/cm4.62g/cm3 3

17、，普通制品體積密度，普通制品體積密度3.6-3.8g/ cm3.6-3.8g/ cm3 3，顯氣孔率大于，顯氣孔率大于13%13%；致密制；致密制品體積密度品體積密度3.8-4.0g/ cm3.8-4.0g/ cm3 3；顯氣孔率；顯氣孔率5%5%左右；高致密性制品，體積密度大左右；高致密性制品，體積密度大于于4.1g/ cm4.1g/ cm3 3，顯氣孔率小于，顯氣孔率小于1.0%1.0%。 由于此種制品幾乎全由鋯英石晶體組成，僅含極少量玻璃相，在高溫由于此種制品幾乎全由鋯英石晶體組成，僅含極少量玻璃相，在高溫下粘度也很高，故耐火度很高，大于下粘度也很高，故耐火度很高，大于18251825。

18、制品的常溫耐壓強(qiáng)度。制品的常溫耐壓強(qiáng)度100-100-430MPa430MPa，抗折強(qiáng)度達(dá)，抗折強(qiáng)度達(dá)17.8-76.3MPa17.8-76.3MPa。荷重軟化溫度。荷重軟化溫度16501650以上，并隨礦化以上，并隨礦化劑減少和燒成溫度提高而增加，高者可達(dá)劑減少和燒成溫度提高而增加，高者可達(dá)17501750。因而，它。因而，它是一種在高溫是一種在高溫下抵抗熱重負(fù)荷共同作用的優(yōu)良而耐磨性較好的耐火制品下抵抗熱重負(fù)荷共同作用的優(yōu)良而耐磨性較好的耐火制品。 由于鋯英石的熱膨脹性較低，又經(jīng)高溫?zé)?，故制品的體積穩(wěn)定性由于鋯英石的熱膨脹性較低，又經(jīng)高溫?zé)?，故制品的體積穩(wěn)定性較高。由室溫至較高。由室溫

19、至14001400，熱膨脹率僅為，熱膨脹率僅為0.5%0.5%。15001500下下2 2小時(shí)重?zé)?，殘存小時(shí)重?zé)瑲埓媸湛s率僅為收縮率僅為0.04-0.20%0.04-0.20%。有的制品經(jīng)。有的制品經(jīng)16501650重?zé)裏o任何殘存收縮。重?zé)裏o任何殘存收縮。 高致密性的鋯英石制品，當(dāng)其中無粗顆粒時(shí)，耐熱震性較差。高致密性的鋯英石制品，當(dāng)其中無粗顆粒時(shí)，耐熱震性較差。在使在使用時(shí)必須緩慢加熱或冷卻。當(dāng)制品由多級(jí)顆粒構(gòu)成時(shí)，耐熱震性會(huì)顯著提用時(shí)必須緩慢加熱或冷卻。當(dāng)制品由多級(jí)顆粒構(gòu)成時(shí)，耐熱震性會(huì)顯著提高。高。 此種制品不易受金屬液和熔渣的潤濕與侵蝕，特別是不易受鋁及其合此種制品不易受金屬液和熔渣

20、的潤濕與侵蝕，特別是不易受鋁及其合金潤濕。故具有良好的耐熔渣、金屬液和玻璃液侵蝕的性能。高致密的制金潤濕。故具有良好的耐熔渣、金屬液和玻璃液侵蝕的性能。高致密的制品性能更佳，例如受堿性熔渣侵蝕的程度只相當(dāng)于莫來石制品的三分之一。品性能更佳，例如受堿性熔渣侵蝕的程度只相當(dāng)于莫來石制品的三分之一。 （2 2）制品的應(yīng)用）制品的應(yīng)用。鋯英石制品可用作連鑄用盛鋼桶中的內(nèi)襯以及其。鋯英石制品可用作連鑄用盛鋼桶中的內(nèi)襯以及其他受熔渣侵蝕極嚴(yán)重的部位，也可用作銅、鋁冶煉爐的鑄口等。還可用于他受熔渣侵蝕極嚴(yán)重的部位，也可用作銅、鋁冶煉爐的鑄口等。還可用于玻璃熔窯與玻璃液直接接觸之處和上部結(jié)構(gòu)以及用作電熔鋯剛玉

21、磚與硅磚玻璃熔窯與玻璃液直接接觸之處和上部結(jié)構(gòu)以及用作電熔鋯剛玉磚與硅磚之間的隔離磚。之間的隔離磚。 6.1.3 6.1.3 其他含鋯英石燒結(jié)耐火材料其他含鋯英石燒結(jié)耐火材料 (1) (1) 鋯鋁磚鋯鋁磚。鋯英石。鋯英石氧化鋁耐火制品簡稱鋯鋁磚。在鋯英石的配料中氧化鋁耐火制品簡稱鋯鋁磚。在鋯英石的配料中添加氧化鋁質(zhì)材料添加氧化鋁質(zhì)材料( (如電熔剛玉或高鋁礬土熟料如電熔剛玉或高鋁礬土熟料) )，生產(chǎn)普通燒結(jié)耐火制品，生產(chǎn)普通燒結(jié)耐火制品，經(jīng)高溫?zé)啥?。與致密的純鋯英石耐火制品相比，含經(jīng)高溫?zé)啥谩Ｅc致密的純鋯英石耐火制品相比，含ZrOZrO2 2低低( (如當(dāng)含如當(dāng)含A1A12 2O O3

22、 3為為26-13%26-13%時(shí)，時(shí)，ZrOZrO2 2為為37-54%)37-54%)；體積密度較小，氣孔率略高，顯氣孔率一般；體積密度較小，氣孔率略高，顯氣孔率一般為為15-24%15-24%；強(qiáng)度稍低。當(dāng)加入的電熔剛玉細(xì)粒度含量很高時(shí)，強(qiáng)度較高；強(qiáng)度稍低。當(dāng)加入的電熔剛玉細(xì)粒度含量很高時(shí)，強(qiáng)度較高；荷重軟化溫度相近或稍低；耐火度有所降低，如其中荷重軟化溫度相近或稍低；耐火度有所降低，如其中A1A12 2O O3 3較高者，其低限較高者，其低限為為17901790；熱膨脹性和導(dǎo)熱系數(shù)相近；制品氣孔率較高，耐熱震性有明顯；熱膨脹性和導(dǎo)熱系數(shù)相近；制品氣孔率較高，耐熱震性有明顯提高；抗金屬液

23、和熔渣性略低。提高；抗金屬液和熔渣性略低。 (2) (2) 鋯鋁鉻磚鋯鋁鉻磚。鋯英石。鋯英石氧化鋁氧化鋁氧化鉻耐火制品簡稱鋯鋁鉻磚。這是氧化鉻耐火制品簡稱鋯鋁鉻磚。這是在鋯英石和氧化鋁配料中加入少量超細(xì)氧化鉻粉而制成的耐火制品。加入在鋯英石和氧化鋁配料中加入少量超細(xì)氧化鉻粉而制成的耐火制品。加入氧化鉻超細(xì)粉，既有利于坯體密度的提高，強(qiáng)化基質(zhì)的耐高溫性，又降低氧化鉻超細(xì)粉，既有利于坯體密度的提高，強(qiáng)化基質(zhì)的耐高溫性，又降低熔渣的滲透性，增強(qiáng)抗渣性。此種制品的許多性質(zhì)與鋯英石熔渣的滲透性，增強(qiáng)抗渣性。此種制品的許多性質(zhì)與鋯英石氧化鋁耐火制氧化鋁耐火制品相近，但其抗渣性較好。品相近，但其抗渣性較好。

24、 (3) (3) 鋯英石碳化硅磚鋯英石碳化硅磚。鋯英石碳化硅磚是在純鋯英石磚配料中加入碳。鋯英石碳化硅磚是在純鋯英石磚配料中加入碳化硅而制成。加入碳化硅可提高制品的抗渣性和耐磨性。在錳鋼盛鋼桶中化硅而制成。加入碳化硅可提高制品的抗渣性和耐磨性。在錳鋼盛鋼桶中使用，壽命較長。使用，壽命較長。 此外，在一些普通酸性耐火材料配料中加入一定量鋯英石，組成復(fù)合此外，在一些普通酸性耐火材料配料中加入一定量鋯英石，組成復(fù)合耐火材料，可使這些普通耐火材料的性質(zhì)耐火材料，可使這些普通耐火材料的性質(zhì)( (特別是抗渣性特別是抗渣性) )，得到一定的改，得到一定的改善。善。 6.2 6.2 鋯質(zhì)熔鑄耐火制品鋯質(zhì)熔鑄耐

25、火制品 鋯質(zhì)熔鑄耐火制品以含鋯質(zhì)熔鑄耐火制品以含ZrOZrO2 2的材料為主要原料，經(jīng)熔化、澆注、凝固的材料為主要原料，經(jīng)熔化、澆注、凝固和退火并經(jīng)機(jī)械加工而制成。鋯質(zhì)熔鑄耐火制品，依其主要組成，可分為和退火并經(jīng)機(jī)械加工而制成。鋯質(zhì)熔鑄耐火制品，依其主要組成，可分為鋯莫來石制品和鋯剛玉制品。鋯莫來石制品和鋯剛玉制品。 6.2.1 6.2.1 熔鑄鋯剛玉制品的礦物組成熔鑄鋯剛玉制品的礦物組成 熔鑄鋯剛玉制品按其組分論，屬于熔鑄鋯剛玉制品按其組分論，屬于A1A12 2O O3 3-ZrO-ZrO2 2-SiO-SiO2 2系統(tǒng)的耐火材料，系統(tǒng)的耐火材料，簡稱為簡稱為熔鑄熔鑄AZSAZS制品制品。由

26、于具體組成和熔融液的熔化以及冷卻過程的差別，。由于具體組成和熔融液的熔化以及冷卻過程的差別，析出的礦物晶體、制品的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)也不盡一致。析出的礦物晶體、制品的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)也不盡一致。 熔鑄鋯剛玉制品的組成一般都處在熔鑄鋯剛玉制品的組成一般都處在A1A12 2O O3 3-ZrO-ZrO2 2-SiO-SiO2 2三元系的三元系的ZrOZrO2 2初晶初晶區(qū)內(nèi)，如圖區(qū)內(nèi)，如圖6-46-4所示。熔融液在正常冷卻過程中，所示。熔融液在正常冷卻過程中，ZrOZrO2 2晶體首先析出，然后晶體首先析出，然后沿沿ZrOZrO2 2-A1-A12 2O O3 3二元共晶線析出二元共晶線析出ZrOZrO2 2與

27、與A1A12 2O O3 3的共晶體，最后當(dāng)冷卻到的共晶體，最后當(dāng)冷卻到 A1A12 2O O3 3- -ZrOZrO2 2-SiO-SiO2 2的共晶溫度時(shí)，析出莫來石。由于組分中含有少量的共晶溫度時(shí)，析出莫來石。由于組分中含有少量R R2 2O O3 3，使熔融，使熔融液在冷卻時(shí)一般并未析出莫來石，而以玻璃相形式殘留于制品中。如含液在冷卻時(shí)一般并未析出莫來石，而以玻璃相形式殘留于制品中。如含ZrOZrO2 2近近33%33%的制品，隨著熔融液中的制品，隨著熔融液中NaNa2 2O O含量增加，鋯剛玉基質(zhì)中莫來石的形含量增加，鋯剛玉基質(zhì)中莫來石的形成受到抑制，而玻璃相卻增加，約在成受到抑制，

28、而玻璃相卻增加，約在NaNa2 2O1.5%O1.5%附近，莫來石完全消失，玻附近，莫來石完全消失，玻璃相含量可達(dá)璃相含量可達(dá)20%20%，如圖，如圖6-56-5所示。故所示。故熔鑄鋯剛玉制品的礦物組成為熔鑄鋯剛玉制品的礦物組成為ZrOZrO2 2晶晶體和剛玉，另外還有玻璃相體和剛玉，另外還有玻璃相。 圖圖6-4 Al6-4 Al2 2O O3 3-ZrO-ZrO2 2-SiO-SiO2 2三元相圖三元相圖圖圖6-5 Na6-5 Na2 2O O對(duì)對(duì)AZSAZS熔鑄制品礦物組成的影響熔鑄制品礦物組成的影響 ZrO ZrO2 2晶體在常溫下為單斜鋯石，其真密度為晶體在常溫下為單斜鋯石，其真密度為

29、5.56g/cm5.56g/cm3 3，加熱到約，加熱到約11001100轉(zhuǎn)化為四方轉(zhuǎn)化為四方ZrOZrO2 2，真密度為，真密度為5.74g/cm5.74g/cm3 3，體積收縮。此四方，體積收縮。此四方ZrOZrO2 2冷卻冷卻到約到約950950左右又轉(zhuǎn)化為單斜鋯石，體積膨脹，如圖左右又轉(zhuǎn)化為單斜鋯石，體積膨脹，如圖6-66-6所示。故熔鑄鋯剛所示。故熔鑄鋯剛玉制品在常溫下的礦物組成為斜鋯石、剛玉、斜鋯石與剛玉的共晶體，玻玉制品在常溫下的礦物組成為斜鋯石、剛玉、斜鋯石與剛玉的共晶體，玻璃相介于其間。制品的性能，取決于這些物相的性質(zhì)、數(shù)量、分布及結(jié)合璃相介于其間。制品的性能，取決于這些物相

30、的性質(zhì)、數(shù)量、分布及結(jié)合狀態(tài)。狀態(tài)。 在上述在上述AZSAZS制品中玻璃相的化學(xué)組成近于鈉長石制品中玻璃相的化學(xué)組成近于鈉長石(Na(Na2 2OAlOAl2 2O O3 36SiO6SiO2 2) )。因少量因少量ZrOZrO2 2溶于其中，其軟化溫度約為溶于其中，其軟化溫度約為850850，比鈉鈣硅酸鹽玻璃的軟化，比鈉鈣硅酸鹽玻璃的軟化溫度高得多，見圖溫度高得多，見圖6-76-7。而且，此種玻璃相在高溫下的粘度也非常大，在。而且，此種玻璃相在高溫下的粘度也非常大，在12001200下，約為同溫度下鈉鈣硅酸鹽玻璃的數(shù)萬倍，提高下，約為同溫度下鈉鈣硅酸鹽玻璃的數(shù)萬倍，提高4 4個(gè)數(shù)量級(jí)，幾個(gè)數(shù)

31、量級(jí)，幾乎與固體相似。上述性質(zhì)，對(duì)制品的耐高溫性能雖有不利影響，但并不甚乎與固體相似。上述性質(zhì)，對(duì)制品的耐高溫性能雖有不利影響，但并不甚嚴(yán)重。而且玻璃相介于各種晶體的間隙中，在高溫下，對(duì)嚴(yán)重。而且玻璃相介于各種晶體的間隙中，在高溫下，對(duì)AZSAZS制品中晶相制品中晶相轉(zhuǎn)化所帶來的異常變形，還可起緩沖作用。但應(yīng)指出，此種制品中玻璃相轉(zhuǎn)化所帶來的異常變形，還可起緩沖作用。但應(yīng)指出，此種制品中玻璃相一般含量較高。如含一般含量較高。如含ZrOZrO2 233%33%的普通制品，玻璃相達(dá)的普通制品，玻璃相達(dá)20%20%左右。因此，此種左右。因此，此種玻璃相的性狀，特別是其中雜質(zhì)含量和其所處的價(jià)態(tài)，影響玻

32、璃相在高溫玻璃相的性狀，特別是其中雜質(zhì)含量和其所處的價(jià)態(tài)，影響玻璃相在高溫下的行為，進(jìn)而對(duì)制品的性質(zhì)有重要影響，應(yīng)予以嚴(yán)格控制。下的行為，進(jìn)而對(duì)制品的性質(zhì)有重要影響，應(yīng)予以嚴(yán)格控制。圖圖6-6 6-6 鋯剛玉磚熱膨脹曲線鋯剛玉磚熱膨脹曲線6.2.2 6.2.2 熔鑄鋯剛玉耐火制熔鑄鋯剛玉耐火制品品6.2.2.1 6.2.2.1 熔鑄鋯剛玉制品的生產(chǎn)要點(diǎn)熔鑄鋯剛玉制品的生產(chǎn)要點(diǎn) (1) (1) 制品的生產(chǎn)過程制品的生產(chǎn)過程。熔鑄鋯剛玉耐火制品是以精選的鋯英石礦砂或。熔鑄鋯剛玉耐火制品是以精選的鋯英石礦砂或鋯英石砂再經(jīng)脫硅處理的產(chǎn)品和工業(yè)氧化鋁為原料。首先將粉狀原料混合鋯英石砂再經(jīng)脫硅處理的產(chǎn)品和

33、工業(yè)氧化鋁為原料。首先將粉狀原料混合制成料球，在電弧爐內(nèi)制成料球，在電弧爐內(nèi)( (約約2000)2000)熔化。然后，將熔融液澆注入砂?；蚪鹑刍Ｈ缓?，將熔融液澆注入砂模或金屬模內(nèi)，鑄成具有一定形狀的粗坯或制品，并經(jīng)退火處理。最后，經(jīng)切割屬模內(nèi)，鑄成具有一定形狀的粗坯或制品，并經(jīng)退火處理。最后，經(jīng)切割和磨平等機(jī)械加工制成具有一定形狀和和磨平等機(jī)械加工制成具有一定形狀和尺寸尺寸的制品。的制品。 (2) (2) 熔化熔化。熔化時(shí)除應(yīng)保證適當(dāng)?shù)娜刍瘻囟纫酝?，氣氛?duì)熔融液的組。熔化時(shí)除應(yīng)保證適當(dāng)?shù)娜刍瘻囟纫酝?，氣氛?duì)熔融液的組成和性質(zhì)以及制品的性質(zhì)影響很大，應(yīng)嚴(yán)格控制。當(dāng)熔化采用埋弧操作，成和性質(zhì)以及

34、制品的性質(zhì)影響很大，應(yīng)嚴(yán)格控制。當(dāng)熔化采用埋弧操作，即在還原氣氛下進(jìn)行時(shí)，稱還原熔化法，簡稱還原法此時(shí)，由于電極存即在還原氣氛下進(jìn)行時(shí)，稱還原熔化法，簡稱還原法此時(shí)，由于電極存在而未充分氧化的在而未充分氧化的COCO和和C C，在高溫下還原熔融物料和熔融液中的部分組分，在高溫下還原熔融物料和熔融液中的部分組分，即可能發(fā)生以下反應(yīng)：即可能發(fā)生以下反應(yīng)：SiOSiO2 2+C Si+CO+C Si+CO2 2FeFe2 2O O3 3+C 2FeO+CO+C 2FeO+CO2TiO2TiO2 2+C Ti+C Ti2 2O O3 3+CO+CO 這些組分的還原，使系統(tǒng)中的組分增加，液相線下降，制品

35、中玻璃相的這些組分的還原，使系統(tǒng)中的組分增加，液相線下降，制品中玻璃相的軟化溫度和粘度下降，容易從制品內(nèi)部滲出，使制品的晶體易受侵蝕。另外，軟化溫度和粘度下降，容易從制品內(nèi)部滲出，使制品的晶體易受侵蝕。另外，此種被還原的組分易從與其接觸的熔融物中奪取氧，使溶于熔融液中各成分此種被還原的組分易從與其接觸的熔融物中奪取氧，使溶于熔融液中各成分的溶解度降低，或變成不溶物，如當(dāng)此種制品與玻璃液接觸時(shí)，溶于玻璃液的溶解度降低，或變成不溶物，如當(dāng)此種制品與玻璃液接觸時(shí)，溶于玻璃液中的中的SOSO3 3變成變成SOSO2 2，因，因SOSO2 2在玻璃中的溶解度降低而成為氣泡。在玻璃中的溶解度降低而成為氣泡

36、。 當(dāng)熔化是采用長弧或吹氧操作，即在氧化條件下進(jìn)行時(shí)，電極中的碳充當(dāng)熔化是采用長弧或吹氧操作，即在氧化條件下進(jìn)行時(shí)，電極中的碳充分氧化，稱為氧化熔融法，簡稱氧化法分氧化，稱為氧化熔融法，簡稱氧化法。此時(shí)，熔融液和制品基質(zhì)中的金屬。此時(shí)，熔融液和制品基質(zhì)中的金屬氧化物處于高價(jià)態(tài)，玻璃相軟化溫度和粘度都較高，不易由制品中滲出，制氧化物處于高價(jià)態(tài)，玻璃相軟化溫度和粘度都較高，不易由制品中滲出，制品耐侵蝕性良好。對(duì)與其接觸的熔融物的發(fā)泡危害也小。故生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)制品一品耐侵蝕性良好。對(duì)與其接觸的熔融物的發(fā)泡危害也小。故生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)制品一般皆采用氧化熔融法。兩種熔融方法所制的熔鑄鋯剛玉制品在玻璃液中受侵般皆采用氧

37、化熔融法。兩種熔融方法所制的熔鑄鋯剛玉制品在玻璃液中受侵蝕的情況如圖蝕的情況如圖6-86-8所示。所示。 (3) (3) 澆注與退火澆注與退火。熔鑄耐火制品的熔融液澆注后，在凝固過程中，因體。熔鑄耐火制品的熔融液澆注后，在凝固過程中，因體積收縮而在澆注口下方形成積收縮而在澆注口下方形成縮孔縮孔?？s孔附近雜質(zhì)富集，結(jié)構(gòu)疏松，耐侵蝕性?？s孔附近雜質(zhì)富集，結(jié)構(gòu)疏松，耐侵蝕性極差。縮孔愈大危害愈嚴(yán)重。為盡量減輕其危害，在澆注時(shí)可采用兩次澆注極差?？s孔愈大危害愈嚴(yán)重。為盡量減輕其危害，在澆注時(shí)可采用兩次澆注法、傾斜澆注法、切去縮孔法。法、傾斜澆注法、切去縮孔法。圖圖6-8 AZS6-8 AZS磚受侵蝕情況磚受侵蝕情況 11還原法；還原法；22氧化法氧化法 6.2.2.2 6.2.2.2 熔鑄鋯剛玉制品的性質(zhì)熔鑄鋯剛玉制品的性質(zhì) (1) (1) 制品的性質(zhì)制品的性質(zhì)。熔鑄鋯剛玉制品是當(dāng)前生產(chǎn)和使用最廣泛的熔鑄耐。熔鑄鋯剛玉制品是當(dāng)前生產(chǎn)和使用最廣泛的熔鑄耐火制品。根據(jù)其中火制品。根據(jù)其中ZrOZrO2 2含量的高低，劃分若干品種。如含含量的高低，劃分若干品種。如含ZrOZrO2 2在在33%33%左右者，左右者，通稱通稱33#33#鋯剛玉制品；含鋯剛玉制品；含36%36%者稱者稱36#36#鋯剛玉制品，含鋯剛玉制品，含41%41%者稱者稱41#4