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1、一了&。7r3低蠕变高铝砖的莫来石化控制石干 孙庚辰洛阳曼叁材料研究院，洛阳471039摘要低蠕变高铝砖在制作过程中有不同类型的莫采石化行为，重要的是设计和控制这些莫来石化行为。1前言低蠕变高铝质耐火材料的主晶相是莫来石和刚玉相，制品在烧成过程中会发生不同方式的奠来 石化反应，必须合理设计和控制这些莫来石化行为。正象早年人们对1I等高铝砖的认识一样，只有控 制好高铝砖生产中的莫来石化反应，才能生产出优质低蠕变高铝砖。2低牌号低蠕变高铝砖低牌号低蠕变高铝砖的蠕变温度一般在1200一350 C，这类制品可完全采用矾土熟料来生产。对于矾土材料的基础高温蠕变性能的研究表明“1，抗蠕变性与材料的氧化铝含
2、量相关，其优劣顺 序为11等I等：1II等，II等矾土的优异的抗蠕变性取决于它柱状的莫来石网络结构组织。但事实 上用块法煅烧的ll等矾土熟料来生产低蠕变砖是有困难的，其原因除了矾土熟料烧结程度较差外， 与，】等矾土熟料本身的化学组成不均匀有关。图1是等矾土熟科的显微结构照片左上部的致密 区与右下部的疏松区的化学组成差异较大(见表1)，即这种11等料有相当部分实际上是I等与III等 料的不均匀混台物。由此造成原料本身在烧成过程中进行莫来石化反应t颗粒与细粉问、细粉与细粉 问)，并拌随着体积膨胀，致使制品的烧后气孔率偏离，及其它物理性能下降。因此采用II等矾土熟料 制备低蠕变砖，首先选用烧结程度较
3、好的原料(吸水率36)，加强工艺控制如提高细粉的细度， 延长烧成保温时间，以减弱奠来石化的膨胀效应，生产出高质量的低蠕变砖(见表2中No1)。一圈l矾土熟料的显做结构照片表J矾土熟料的能潜分析(面扫描)当用lII等矾土料制造低蠕变高铝砖时为了提高抗蠕变性可在基质中加入一些1等或lI等矾土料。基质的氧化铝含量应接近奠来石组成的氧化铝含量而不要超过莫来石组成。32,5表2低蠕变高铝砖理化性能密度 耐压强度 蠕变率3h主要原料?m 3MPa48 790544(1 30(I C) II等矾土熟料，粘土90l 60一0 4 98(】4(10C) 矾土熟料、蓝晶石62 76 一0578(1450C) 红柱
4、石、烧结奠来石、电熔剐玉7392 一0457(1 4S0(、) 矾土熟料、硅线石，矾土刚玉92 1 37一008(1500【、) 矾土刚玉、硅线石、矾土熟料69 96 一0425(1500C) 烧结莫来石，电熔白刚玉、硅石j8 85 一帆634(J 450() 矾土熟料、电熔自剐玉、棕刚玉，硅石3添加硅线石族矿物的低蠕变高铝砖蠕变温度在1400 C以上的高牌号低蠕变砖一般要加入硅线石族矿物或硅石。 硅线石、红柱石、蓝晶石的莫来石转化的开始温度和完成温度是不同的“】。根据x射线衍射分析结果，蓝晶石的开始和完成温度较低，分别为1100(1和1300C；红柱石的开始和完成温度分别为1260 C和l5
5、0(：；硅线石的较高，分别为1 400C和1750C。表3是硅线石族原料分别与特级矾土熟料、电熔刚玉、粘土组成的试样，经不同温度煅烧后x射 线衍射定量分析棚组成结果。由表得知：(1)KDKC、KCC试样在1300C(蓝晶石完成转化温度)以上 在相当大的温度范围内莫来石相含量随煅烧温度提高而继续大幅度增加，刚玉相含量则下降。AD KC、ACC试样也有类似现象。说明伴随蓝晶石、红柱石莫来石化产生的二氧化硅与试样中矾土熟料 里的游离刚玉或与试样中的电熔刚玉形成二次奠来石，导致试样莫来石化滞后。(2)比较KDKC与 KCC试样，其二次莫来石完成温度不同。KDKC试样在1500C已基本完成，而KCC试样
6、的完成温度表3试样相组成的X射线衍射定量分析*编号 试样配比 煅烧温度C奠来石 刚玉 蓝品石 红柱石 硅线石1005,521 微蓝晶石 40300 66 1 9oKDKC 矾土熟料4。 40075 12 o粘土 lj500 86 606【1087501 2(j0 38 43 3蓝晶石4l】130n 44 40 0KCC电熔刚玉 45I 4005 33lO粘土 l 51 3f)()67 2l0t600 7714 o红柱石40300 4315 22ADKC矾土熟料 j 500 774 0粘土 15 72080 微 o红柱石40i300 ?724 25ACC电熔剐玉 牺 1j(加 561 6 0粘土
7、 l 51 72n 7390硅线石 d 0300 30 16 37SDKC矾土熟料5 500 60 710粘土 1 5 72078 00硅线石 4t)1 309 2323 37SCC电熔刚五 j 150l32 1823牯土 I 5 1 72070 l 3 3*：a一石英、方石英、钛酸铝等少量矿物相束列出在1600C以上(-次莫来石化完成后，试样中Nt,相应小于10)。同样ADKC试样的完成温度约1500C，而ACC试样则在约1720C。说明硅线石族原料与矾土熟料和与电熔刚玉组成试样的二次莫 来石化完成温度存在着差别。前者低于后者，(3)硅线石族原料与矾土熟料和硅线石族原料与电熔刚 玉组成的试样
8、在高温区和低温区的奠来石化进程不同，见表4。温度区间约200C，试样奠来石进程的 共同特征为：硅线石族矿物与矾土熟料组成的试样在低温区的奠来石增量大于硅线石族矿物。o电虻 刚玉组成的试样；在高温区则相反。表4试样在不同温度区间奠来石增量编号 SDKCSCC，ADKC ACCKDKC K(、(、低温区间C 1 30f)l 500 1 900j00 莫来石增量AM30 ：9 34 2920 l 5 高温区间C1 500l 720 00】600 奠来石增量4M 18 38 3 1 7】224对试样的线变化趋势的研究表明，硅线石的二次奠来石化较一次奠来石化的线膨胀大。蓝晶石的 二次奠来石化较一次奠来石
9、化的线变化小。由于上述硅线石旗矿物莫来石化行为的差异，选用硅线石族矿物的制砖工艺是不同的。如以矾 土熟料为基料，添加蓝晶石制备低蠕变高铝砖，需要坯体在15201 550C，长时间保温(3j50小 时)，并增加蓝晶石的细度，以确保蓝晶石的莫来石化反应完全，莫来石晶体得到良好发育。显微结构 照片(图2)反映制品基质中柱状奠来石晶体连续网络结构形貌。这种莫来石网络结构能较好抑制晶 界滑移，改善制品的抗蠕变性。制品性能(No2)见表2。在矾土熟料中添加硅线石或红柱石制备低蠕变砖，则在控制制品烧结的前提下使硅线石或红柱 石仅部分莫来石化，一方面抑制硅线石或红柱石的莫来石化带来的膨胀效应(这种膨胀效应会阻
10、碍制 品的致密化)，另一方面硅线石潜在的莫来石化“势能”将补偿制品使用时高温荷载下的压缩大大增 强了制品的抗蠕变性。显微结构照片(图3)显示添加硅线石制品蘑质的形藐，柱状莫来石晶体发育不 良。由于红柱石的奠来石化温度较硅线石低。因此添加红柱石的制品烧成温度较舔加硅线石的制品 低。制品性能(No3、No4、No5)览表2。7囤2添加蓝晶石制品基质的扫描电镜照片 围3添加硅线石制品基质的扫描电设照片传统的高铝耐火材料生产要求原料化学成分基本均匀，尽可能避免“混级”，特别忌用“隔级”料， 以减小原料之间在烧成时的莫来石化反应引起膨胀，列制品带来负面效应。然而近些年来耐火材料工 作者有目的的在生产低蠕
11、变高铝砖时进行“混级”。如上所述只要对制品中奠来石化进行有放控制。 就能利用这种奠来石化效应，提高耐火材料的抗蠕变性能。3874添加硅石的低蠕变高铝砖另一个做法是在高铝材料中添加硅石原料来制备低蠕变高铝砖，主要原料有烧结或电熔莫来石 颗粒、矾土熟料颗粒、电熔刚玉细粉。石英颗粒与基质中的剐玉反应时，其反应产物莫来石与二氧化硅 接触的界面上存在一层液相n1。根据A1。O。一SiO：相图液相出现的温度为1595 C，但实际上由于少量 杂质的存在，1250C即出现液相“1。奠来石化反应将一直在液相参与下进行，这就削弱了莫来石化体 积膨胀的不利影响。基质中逐渐形成莫来石的网络结构刚玉和石英被消耗。但这是
12、个不完全反应的 过程。图4的显微结构照片表示制品基质的形貌，中间部位是残留的方石英，其外围周边有几个微米 到几十个微米的玻璃相，外侧是奠来石和刚玉相。这种实际相组成同相圈所预示的结果不相吻合的现 象，是由于某些动力学因素的限制而不能或尚未达到平衡所致。某钢厂四年后对热风炉设备检修时对 使用的低蠕变高铝砖取样进行检测，发现制品中仍有残留的方石英(对添加硅线石的低蠕变高铝砖检 测，也发现残留有硅线石)。表明这种莫来石化过程的漫长。制砖时硅石的粒度以中颗粒为宜，若以硅石细粉加人，则由于烧成时莫来石化反应的剧烈进行， 伴随的膨胀效应难以控制。为降低生产成本，可使用棕刚玉细粉部分替代电熔白刚玉，但应注意
13、控制 烧成时的体积黟胀，带j品(No，6、No7)的性能指标见表2，目添#硅若部品基质的扫描电镜照片5结论根据生产低蠕变高锅砖原料的典来石化行为不同，合理设计不融的低蠕变高铝砖的生产工艺，控 制这些不同的莫来石化进程。这些材料可分为两类：一类使其奠来石化充分完全反应，奠来石晶粒得 以发育长大。如垒矾土熟料生产的低蠕变高铝砖添加蓝晶石生产的低蠕变高锚砖。另一类使其莫隶 石化部分反应，如添加硅线石、添加硅石生产的低蠕变高铝砖。控带j制品烧成时的膨胀性是制砖工艺 的重要环节。参考文献【1】钟香崇等硅酸盐学报13(3)343 1985【2】石千等耐火材料26 t 6)311l 992 31谈家琪等硅酸盐学报16(3)274 1 988 41魏珉山等耐火材料21i)13 i9873RK
