微膨胀高铝砖的应用

冶金行业近年来对特种钢的冶炼要求越来越严格,钢包用特种高铝砖也已成为占领市场的主打产品,特别是微膨胀高铝砖已拥有一席之地。微膨胀高铝砖是以高铝矾土为主体原料,添加叶蜡石和“三石”精矿,按照高铝砖生产工艺流程制成。为使高铝砖在使用过程中适量膨胀,要选择好适宜粒度的膨胀原料,控制好烧成温度,使所选的“三石”矿物部分莫来石化,残留部分“三石”矿物。利用材料的膨胀性来调节基质结构以平衡热负荷下的砖体收缩,使制品在低温烧成过程中尺寸呈微胀趋势,可以减少裂纹的产生。矾土中加入叶蜡石,可以形成富SiO2的莫来石相,在使用中,矾土中的Al2O3与叶蜡石中游离的SiO2继续反应,形成二次莫来石化;残留的“三石”矿物在使用过程中进一步莫来石化(一次或二次莫来石化),伴随着膨胀反应,选择的“三石”矿物以复合材料为好。因“三石”矿物的分解温度各不相同,莫来石化产生的膨胀也各有差异,利用此特征,高铝砖因工作温度不同而有相应的膨胀效应,挤紧砖缝,提高砖的整体密实性,提高制品的热震稳定性等性能,从而提高高铝砖的抗熔渣渗透能力,提高钢包的使用寿命。

微膨胀高铝砖原材料的选择

在生产微膨胀高铝砖时,采用阳泉高铝矾土熟料为主要原料,采用“三石”矿物和叶蜡石为膨胀剂,另加入部分高铝细粉、刚玉细粉等作添加剂。

所选用的主体原料——阳泉高铝矾土熟料,其矿物成分为水铝石和高岭石,还有少量的三水铝石、勃姆石和多水高岭石,杂质含量较低,质量稳定,烧结充分,体积密度较高,物料吸水率均不大于4%。

对膨胀剂及其特性论述如下。

(1) “三石”的特性:“三石”是一种优良的天然无水硅酸铝质原料,其化学分子式为:Al2O3·SiO2或Al2SiO5,理论组成是:Al2O362.93%,SiO237.07%。“三石”矿物在高温下均不可逆转化为3Al2O3·2SiO2和SiO2,其体积膨胀效应分别为:蓝晶石16%~18%,红柱石7%~8%,硅线石3%~5%。从其转化后体积膨胀效果来看,蓝晶石膨胀性大,因而膨胀剂选定为蓝晶石。

蓝晶石斜方晶系,晶体常沿C轴延伸呈长柱状、针状、纤维状,具有玻璃光泽,比重3.53~3.65g·cm-3,硬度6.5~7.0,熔点1850℃。矿物主成分为蓝晶石和少量硅线石,副矿物成分为石英,次矿物成分为黑云母、金云母、绿泥石。蓝晶石在1300℃下开始发生莫来石化反应,产生体积膨胀,抵消软质黏土的收缩作用,确保制品的体积稳定性。

红柱石在1400~1500℃高温下主要是莫来石化转化期,不可逆地转化成莫来石和石英的混合物,并伴随着3%~5%体积膨胀。其间于1400℃时的膨胀值大,即1400℃时莫来石化作用强烈。莫来石为针状、柱状晶体,其化学性质稳定、高温力学性能好,是高质量的高温耐火原料。

红柱石的莫来石化作用通常由颗粒边沿或颗粒裂隙开始,逐步向颗粒的中部发展。在相同的烧成制度下,小颗粒的红柱石较大颗粒红柱石的莫来石化程度高。大颗粒红柱石只在其周边发生莫来石化,所形成的莫来石晶体由于时间和温度的限制,不可能发育成粗大的莫来石晶体,而只能呈针状并交织成网络结构。材料中加入红柱石主要为了利用其高温下分解产生莫来石,从而在结构中形成红柱石-莫来石网状结构,提高材料性能。

(2) 叶蜡石的特性:叶蜡石是一种含水的铝硅酸盐,化学分子式为Al2O3·4SiO2·H2O,其中Al2O3的理论含量为28.3%,SiO2为66.7%,H2O为5.0%。其矿物组成为叶腊石、石英、高岭石和绢云母等。密度2.65~2.90g·cm-3,耐火度>1700℃,其质地细腻,硬度1~2,化学性能稳定,具有较好的耐热隔热性和电绝缘性。我们利用其熔点高、在高温下不收缩、制品表面光滑不挂渣、抗侵蚀性和整体性好等优点做原料,既降低成本,又充分利用资源。

(3) 膨胀原料的烧成试验:原料在不同烧成温度下的尺寸变化。

(4) 膨胀料的粒度:一般情况下,膨胀原料的膨胀率随其粒度的增大而增大。我们通过多次对比试验,为满足产品性能需求,高膨胀原料选用0.088mm,低膨胀原料选用1~0.5mm,效果较好。

(5) 添加剂的作用:化学结合,促进低温烧结,提高制品耐压强度、耐磨性、侵蚀性。

微膨胀高铝砖的生产过程控制

微膨胀高铝砖采取多级配料,共磨细粉工艺,预先将各种原料的细粉在双螺旋搅拌机中混匀后使用。泥料的混炼使用Φ2750型强力搅拌机制备。坯体经300~500t摩擦压砖机高压成型。成型后砖坯送入隧道式干燥器充分干燥,控制干坯残余水分≤1.5%,后经隧道窑烧成。出窑后的微膨胀高铝砖严格按GB/T10326-2001《定型耐火制品尺寸、外观及断面的检查方法》及用户合同标准分级拣选。

对拣选后的微膨胀高铝砖遵循GB/T10325-2001《定型耐火制品抽样验收规则》及用户要求抽样验收,进行各项性能检测,检验合格的产品方能包装发运。我公司严格控制每道工序的质量,保证制品的性能和外形尺寸,确保用户满意。

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