烧结锆莫来石砖

是以莫来石、氧化锆为原料，熔铸而成的耐火砖。锆莫来石熔铸砖具有致密的晶体结构、较高的软化温度、良好的热稳定性、在常温和高温下的机械强度、较高的耐磨性、良好的导热性和耐腐蚀性能。

用工业氧化铝和锆英石精矿为原料，采用反应烧结工艺，将ZrO2引入莫来石基质中，制得了一种高级耐火砖，其反应公式为：3A12O3十2ZrSiO4→3A12O3·2SiO2+2ZrO2莫来石陶瓷具有许多优异的性能，如耐高温、耐热震、耐高温蠕变、化学稳定性好等。在莫来石陶瓷中引入ZrO2，利用ZrO2的相变增韧能显著提高材料的高温力学性能。在莫来石材料中加入ZrO2可促进烧结，ZrO2的加入可使坯体在1530℃下的相对体积密度提高至98%，而当ZrO2的摩尔分数为30%时，坯体在1530℃下的烧结相对体积密度可提高至98%，强度可达378MPa，韧性可达4.3MPa·m1/2。不同组分的ZrO2材料对强韧化的作用不同。当体积分数为15%-30%时，ZrO2材料主要表现为应力诱导相变增韧；当体积分数大于30%时，ZTM材料主要表现为微裂纹增韧。粉体的粒度对ZrO2材料的力学性能有较大的影响。在ZTM材料的基体中，ZrO2的颗粒尺寸较大，大多数ZTM材料以m—ZrO2的形态存在，材料主要为微裂纹增韧。结果表明，t-ZrO3在ZTM材料中的相对含量较高，其对材料力学性能的改善主要来源于t-ZrO3相变增韧。制备烧结锆莫来石砖有两种工艺：一是在制备耐火砖的过程中完成反应烧结，获得完全相变的显微结构；二是在保持不平衡的情况下，部分相变保持相结合。两者生产工艺各具特色，均可生产出性能优良的耐火砖。为降低工业生产中耐火砖的价格，常采用高铝矾土代替工业氧化铝生产含锆的莫来石砖。

电熔莫来石制砖

以高铝矾土或工业氧化铝、粘土或硅石为原料，经电弧炉熔融、再浇注成型和退火后制成的耐火砖，其主要矿物成分为莫来石。

一、构成。

莫来石组成3AI2O3-2SiO2-2A12O3-SiO2组，其熔点在1827-1890℃之间，且硬度较高。在高温熔液中冷却析晶时，由于结晶粗大不均匀，容易使莫来石电熔砖产生裂纹。在低共熔体系中，熔融后的熔液流动性好，能在莫来石析晶过程中产生均匀的细结晶，降低了铸件开裂的可能性。所以电熔莫来石砖的组成应以Al2O3/SiO2的质量比为79/21时为宜。但是在生产中也需要考虑到原料中含有大量的杂质，这些杂质与AI2O3,SiO2在高温下发生反应，因此A12O3和SiO2的比例也会发生变化。因此，实际使用的AI2O3/SiO2之比要略低一些。

掺杂对电熔莫来石砖生产的影响主要有：

铁的氧化物与TiO2一样，可以部分地进入莫来石固溶体，虽然对莫来石的熔点影响不大，但会增加玻璃含量，使铸件的玻璃相部分染黑，降低制品的耐火砖性能。

碱金属氧化物对莫来石的结晶和熔化过程影响很大，可以降低莫来石的含量，生成更多的玻璃相。

(3)氧化钙对铰链有影响，但对莫来石析晶也有阻碍作用。

(4)氧化镁对莫来石析晶的影响低于氧化钙，在少量存在时，使铝尖晶石、堇青石和刚玉等析晶混合物的含量在少量存在时，相应地减少了莫来石的含量。

在熔融还原过程中，加入木炭或焦炭还原剂的Fe2O3可以去除，其余杂质无法还原去除，主要是进入熔融液中保存在玻璃相中。

二、原材料

高铝矾土、铁矾土、工业氧化铝和粘土是常用的原料。使用高铝矾土和铁矾土时，AI2O3/SiO2的比值应>3.2,Fe2O3<1.5%,TiO2<3.0%,CaO<1.0%。铝铝土矿的原料要进行预烧，排除结构水，以避免由于水蒸气集中分解在电弧炉中排放而引起的爆鸣和飞溅。

三、成分。

合理地选择材料的成分是制造莫来石含量高、刚玉和玻璃相含量低的电熔莫来石砖的重要工艺条件。铝硅系数(AI2O3/SiO2质量比)用来表示AI2O3和SiO2在配料中的相对含量。对莫来石固溶体临界组成时的硅铝系数(2.8-2.9)，从理论上进行了分析。而高温熔融时，SiO2挥发性与还原性降低，部分SiO2被消耗，使成分中Al2O3含量相对增加。所以在实际配料中，铝硅系数的控制值要低于理论控制值，一般可取2.50左右。

还原剂的添加量取决于原料中Fe2O3的含量，不能过多，通常还原铁约需0.225kg活性炭。如果添加量过大，必然导致SiO2被还原的量过多，从而影响莫来石量。为了使熔化过程中产生的气体容易逸出，原料中也应加入适量的木屑。

四是熔化。

电弧炉是电弧炉的主要熔化设备，有固定式和倾斜式。倾动式单相或三相电弧炉在工业生产中普遍使用。一般电压为150~190V，采用低电压大电流系统，电流强度在1600~2000A之间。融化温度介于1900-2200℃。电力消耗量约为2500-3000kWh/t。

五、浇注

在一定形状和尺寸的模型中注入熔液，冷却后形成具有相同形状和尺寸的致密、均匀组织的产品。铸造的尺寸应该尽可能准确，这样加工量就会小。浇铸模型采用高纯度石英砂(型砂中SiO2含量>96%)、适员(57%)粘合剂(水玻璃、纸浆废液、亚麻油和棉籽油等)混合成型。

六、热处理

用来制造含有大量给定结晶相和少量玻璃的铸块。经过热处理的铸块应具有足够的强度，且不会产生过大的内应力。通常，热处理分为结晶和退火两个阶段。

a)结晶；对电熔莫来石砖来说，希望莫来石制品内部结晶为纤维状或细小颗粒，分布均匀。冷却速度是影响晶粒度的主要因素。通过对Al2O3系SiO2的平衡图研究，发现莫来石是一种一致熔融化合物，直接从熔液中凝固析晶，而不会预先析出刚玉。但在熔液中含有一定量的熔剂时，熔体在冷却时先析出刚玉，而莫来石晶在1750~1800℃下才开始稳定析出。因此，应该在熔体开始析晶到1800℃的温度范围内快速冷却，而在莫宋石开始析晶的温度低于此温度时，应给予适当的保温时间，或充分缓慢冷却，以便使刚析出的刚玉晶粒有足够的时间与熔体作用形成莫来石，从而使制品中的莫来石含量达到高。

二、退火(铸件冷却)。结晶后铸件在冷却过程中，由于各部分散热不均，导致铸件内部有温度梯度，产生较大的应力，导致铸件发生开裂、脱棱角等现象。冷速越快，产生废物的可能性越大。所以铸件需要慢速冷却。

有两种退火方式：自退火和外热退火。自退火依赖于铸模外部良好的绝缘层，常用蛭石作为保温隔热材料层。冷速可以通过隔热层的厚度调节为正数。慢冷温度范围，主要在1800~1100℃，一般控制在每小时60~70℃。隧道式退火炉常用于室外热退火，冷却速度可控制在<100-150℃/h。

第七，机械加工。

因模具形状不正确，浇注时上下收缩不一致，产生缩孔，以及铸口和铸面起皱等，都需要切削加工后才能使用。但是铸造硬度很高，加工困难。常用粗粒金刚石砂轮切削加工工艺及设备。 

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