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黏土質(zhì)耐火磚物理性能波動(dòng)及晶體相變的機(jī)理
發(fā)布時(shí)間：2020/9/4 11:49:58 點(diǎn)擊率： 來(lái)源:高鋁磚廠家 作者：榮盛耐材
黏土質(zhì)耐火磚
黏土質(zhì)耐火磚是以耐火黏土為原料生產(chǎn)的耐火制品。在工業(yè)上使用十分廣泛。黏土磚分為普通黏土磚、多熟料黏土磚、全生料黏土磚和高硅質(zhì)黏土磚等品種。
黏土磚是偏酸性的耐火材料，隨著磚中Al2O3含量的增加其酸性逐漸減弱。它的熱導(dǎo)率是所有耐火材料中低的。其耐火度雖然高達(dá)1700°C，但荷重軟化溫度只有1300°C左右，這是黏土磚的大缺點(diǎn)，因此在高溫使用時(shí)不能承重、不能受壓。當(dāng)其受到大量R2O侵蝕時(shí)，其軟化溫度還要進(jìn)一步下降到1050°C左右，所以只能用在池壁的下部或池底溫度較低處。黏土磚的熱膨脹率是常用耐火材料中小的。同時(shí)由于黏土磚結(jié)晶細(xì)小、氣孔小而分布均勻，使應(yīng)力較容易得到緩沖，因此在很大范圍內(nèi)抗熱沖擊性強(qiáng)。蓄熱室下部溫度較低處格子磚、煙道及日用玻璃池爐上供料機(jī)附近的耐火材料配件如沖頭、料碗等要求抗熱沖擊性好的地方，可以充分發(fā)揮作用。
黏土磚制造方法較多，可以手工成型、搗打成型、擠壓機(jī)成型、泥漿澆注成型和三力機(jī)高壓成型等。不同的成型方法，制品的性質(zhì)有很大差別。即使是化學(xué)成分、原料種類(lèi)完全相同，也會(huì)由于其成型方法不同造成磚的性質(zhì)不同。根據(jù)不同的使用部位采用不同的成型方法。蓄熱室格子磚，用磚尺寸小，用高壓壓力機(jī)成型制品為好;對(duì)于大型的池壁磚、料槽磚等使用真空排氣的泥漿鑄造法好;而對(duì)尺寸要求準(zhǔn)確的制品用搗打法成型較好。
黏土磚物理性能波動(dòng)
黏土磚屬于硅酸鋁制品中的一個(gè)主要品種，是以黏土熟料作骨料、耐火黏土作結(jié)合劑制成的Al2O3含量為30%?48%的耐火制品。黏土磚的耐火度波動(dòng)在
1580?1770℃之間，荷重軟化溫度因化學(xué)礦物組成和致密度不同有很大差異，抗熱震性較好。一般用于工作溫度在1300℃以下的玻璃窯爐部位。
黏土質(zhì)制品的熟料比例通常波動(dòng)于50%?90%，制造高致密、高強(qiáng)度和良好高溫性能的制品，宜采用多熟料配方，即80%?90%，這就需要相應(yīng)地合理調(diào)整粒度組成，采取高壓成型和適當(dāng)?shù)母邷責(zé)�，制品可以得到很好的物理性能。由于工藝參�?shù)變化幅度很大，制品性能也在很大范圍內(nèi)變動(dòng)，黏土磚物理性能通常波動(dòng)。
黏土磚在玻璃窯使用中晶體相變的機(jī)理
黏土磚在玻璃熔窯中用量較大，是偏酸性的耐火材料，多用來(lái)做爐底磚、流液洞蓋板磚、池爐后墻(八字磚)料道及蓄熱室格子磚等。它是以熟料為骨料，并以同成分的生黏土做結(jié)合劑而制成的。
黏土磚的晶相組成主要為莫來(lái)石(3Al203與石英(SiO2)結(jié)晶。石英以方石英為主，并有少量鱗石英。玻璃相主要是SiO2、Al2O3,黏土磚耐火度為1700℃左右但在荷重下其軟化溫度只有1300℃左右，當(dāng)受到R2O侵蝕時(shí)，其軟化溫度下降到1050℃,這是造成侵蝕的重要因素。如流液洞處的火焰溫度很高，黏土磚長(zhǎng)期與爐氣氛中的R2O作用，它與磚中的莫來(lái)石反應(yīng)可生成小黏度的霞石而流掉了。剩下的是耐高溫富硅燒流物。也可見(jiàn)到尖晶石及少量剛玉，以及低熔點(diǎn)的鐵橄欖石(2FeO·SiO2),呈不定形包圍在方石英周?chē)?/div>
由于玻璃熔體中堿的成分?jǐn)U散侵入黏土磚中深達(dá)1%?4%時(shí)在1200?1500℃促使莫來(lái)石部分分解生成剛玉和富硅液相。
此外黏土磚中的結(jié)晶莫來(lái)石為一次莫來(lái)石。當(dāng)玻璃液與黏土磚長(zhǎng)時(shí)間的反應(yīng)就產(chǎn)生二次針狀莫來(lái)石晶體，為重結(jié)晶。黏土磚的質(zhì)量遠(yuǎn)不如高鋁磚及鋯剛玉磚。特別是質(zhì)量較差的磚更容易被侵蝕變質(zhì)。料糟和闡板部位的溫度并不很高，但是燒流下來(lái)大量的結(jié)石影響玻璃制品的質(zhì)量也很?chē)?yán)重。
黏土磚被堿(R2O)侵蝕后分解產(chǎn)生各種結(jié)石，結(jié)石中晶體成分含量見(jiàn)表1所列。
各種晶體的相變機(jī)理如下所述。
1、剛玉(α-Al2O3)
剛玉結(jié)石來(lái)自黏土磚、高鋁磚及電熔鋯剛玉磚。它們各有不同的晶形及組合結(jié)構(gòu)。黏土質(zhì)耐火材料結(jié)石中的剛玉是由莫來(lái)石分解而來(lái)。玻璃中堿金屬氧化物對(duì)莫來(lái)石具有強(qiáng)烈的分解作用。生成物為剛玉和霞石。
3Al2O3·2SiO2→α-Al2O3+液相(霞石)
莫來(lái)石 剛玉
莫來(lái)石分解出來(lái)的剛玉為粒狀。突起很高，稱為一次剛玉這種剛玉晶體與玻璃液繼續(xù)熔蝕反應(yīng)，重結(jié)晶生成了二次剛玉。為板狀、針狀、六方片狀的剛玉。
剛玉晶體主要來(lái)源于耐火材料，很少來(lái)自原料(含鋁氧高的玻璃除外)作為玻璃析晶更少見(jiàn)。來(lái)自高鋁磚的剛玉結(jié)石，其晶形為高突起的六方晶形。與來(lái)自黏土磚的剛玉結(jié)石相區(qū)別是后者常在剛玉附近伴有黏土粒子，或粒狀一次剛玉。電熔鋯剛玉磚的結(jié)晶有兩種。國(guó)產(chǎn)AZS磚引入的剛玉為重結(jié)晶的六方片狀。而日本產(chǎn)的1711?1681AZS磚引入的結(jié)石為塊狀或一次剛玉，其晶體常見(jiàn)。
2、β-Al2O3(Na2O·11Al2O3) β-Al2O3在玻璃中形成結(jié)石的情況不多，在氧化鈉少的情況下透拿分解成剛玉。
莫來(lái)石與過(guò)剩的Na2O等堿金屬氧化物作用，一部分Na2O進(jìn)入由莫來(lái)石分解出來(lái)的剛玉晶格中形成六方片狀β-Al2O3,與剛玉的區(qū)別是有較強(qiáng)的雙折射和稍低的主折射率，外形為大而薄的六方片狀，常與剛玉、莫來(lái)石、霞石共存。
3、霞石和三斜霞石(Na2O·Al2O3·2SiO2)霞石是高鋁質(zhì)，黏土磚及電熔鋯剛玉磚與鈉鈣玻璃趄反應(yīng)的生成物，是玻璃中常見(jiàn)的一種結(jié)石。莫來(lái)石分解為剛玉及玻璃相。這玻璃相就是霞石玻璃相。由于所處的溫度條件，液流穩(wěn)定狀態(tài)、在玻璃中停留的時(shí)間以及固熔其他堿金屬氧化物量等，不同玻璃中霞石晶體的形貌也就多種多樣。
霞石分高溫型(α-型)與低溫型(β-型)兩種變體。高溫霞石在1240℃以上穩(wěn)定為等軸晶系。溫度降至680℃時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槿本怠?/div>
低溫霞石即一般所說(shuō)的霞石，在1200℃以下穩(wěn)定為六方晶系。晶形為短柱狀、六方狀、骨架狀、階梯狀、板狀等。
4、鈉長(zhǎng)石(Na2O·Al2O3·6SiO2)—般情況下不常見(jiàn)。但在安瓿玻璃管壁上多次發(fā)現(xiàn)形狀似小結(jié)點(diǎn)拖有條紋的鈉長(zhǎng)石鏡下觀察晶形很小、為生長(zhǎng)良好的四方片狀晶體。晶體表面純凈透明。(快進(jìn)入玻璃相)鈉長(zhǎng)石有高溫型與低溫型，它是玻璃中的堿類(lèi)侵蝕黏土質(zhì)耐火材料后的生成物。其來(lái)源主要為料道中黏土質(zhì)材料(如閘板)或黏土質(zhì)旋轉(zhuǎn)管的反應(yīng)帶，長(zhǎng)時(shí)間保持在900?1200℃溫度范圍內(nèi)經(jīng)特殊的化學(xué)反應(yīng)形成的結(jié)石。
5、尖晶石(Mg·Fe·Zn)O·Al2O3熔化光學(xué)玻璃的黏土坩堝反應(yīng)帶與熔化含2%以上ZnO安瓿玻璃窯爐料道，黏土耐火材料及加料口附近黏土磚侵蝕帶中，都發(fā)現(xiàn)有無(wú)色、淺綠色和暗棕色尖晶石的白形品和不定形粒狀晶體。有時(shí)在安瓿玻管壁上會(huì)出現(xiàn)一串串黑色結(jié)石。在鏡下觀察為高突起的小尖晶石。
在安瓿玻璃熔爐的料道部位，在黏土質(zhì)耐火材料反應(yīng)帶中，產(chǎn)生的尖晶石(ZnO·Al2O3),主要是ZnO與熔融的Al2O3反應(yīng)生成物。其顏色為淺綠色和黑色。晶形為規(guī)則的八面體和不定形的小塊狀兩種。熔化光學(xué)玻璃用的黏土坩堝反應(yīng)帶中的尖晶石是(MgO·Al2O3)鎂鋁尖晶石，MgO來(lái)源于玻璃及黏土材料中的雜質(zhì)。
鐵尖晶石在橫火焰噴火口附近的AZS磚與黏土磚侵蝕帶中，呈黑色或暗紅色不定形。
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