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矾土基M70均质料在红柱石高铝砖的应用

      钟香崇基于我国优质高铝矾土日益匮乏矿山铝矾土矿石利用率低,低品位废弃,分矿无法煅烧,不同矿品位混级严重煅烧质量差,为了提高耐火原料质量稳定性,提出了采用均化工艺生产均质料。均化工艺有利于质量升级,因为原料的成分、结构和性能都更加均匀稳定。均质料应用于不定形耐火材料的研究很多并取得了很好的效果。均质料应用于烧成耐火材料的研究还很少。
      以高铝矾土熟料为主要原料,黏土为结合剂生产的烧成砖叫做高铝砖。为了提高高铝砖的抗蠕变性加入一定量的红柱石,该高铝砖称作红柱石质高铝砖。本工作采用矾土基M70均质料(3~1 mm)代替大颗粒的矾土熟料,加入中颗粒的红柱石(≤0.5 mm),研究生产低蠕变高铝砖(DRL-135)的可行性。
      1 实验方法
      本研究采用的主要原料的化学成分列于表1。

      本研究采用的配方列于表2

      按一般高铝砖的生产工艺进行,在湿碾机内配料、混碾,然后压砖机成型为标砖(230 mm×114 mm×65mm),烘箱干燥,电炉1450℃保温5 h烧成。烧成后的砖按国家标准取样进行理化性能检验。对烧成砖的显微结构进行电子扫描显微镜(SEM)分析。
      2 结果与讨论
      烧成红柱石质高铝砖的理化性能检验指标列于表3。

      由表可见,该砖的理化性能指标完全达到了低蠕变高铝砖(DRL-135)理化性能指标的要求。砖的抗蠕变性能远好于一般高铝砖(只是由矾土熟料加粘土构成),这与砖的显微结构密切相关,砖的电子扫描显微镜照片示于图1.

      图中M70为矾土基均质料粗颗粒,An为红柱石中颗粒,其它为基质的显微结构形貌。砖的抗蠕变由下述三个部分构成。矾土基M70均质料粗颗粒的高倍显微镜结构照片示于图2.

      由图可以看出,M70均质料主晶相为莫来石,少量玻璃相,微量刚玉,莫来石晶体呈柱状,并形成交错网络结构,因此其抵抗蠕变能力强。
      砖的基质的中倍显微镜结构照片示于图3.

      由图可以看出,基质中的红柱石(≤0.088mm,占比36.74%)全部分解,即莫来石化,红柱石分解后形成莫来石和游离SiO2,游离SiO2与基质中85高铝矾土熟料中的Al2O3和α-Al2O3微粉反应形成二次莫来石。因此基质中的主晶相为莫来石,少量玻璃相,微量刚玉相。因此,基质抗蠕变的能力也很强。

      中颗粒的红柱石(0.5-0.088mm,占比63.26%)边缘分解带最厚50μm,未完全分解的红柱石的显微结构照片示于图4。


      红柱石开始分解温度1200℃,完全分解温度1450℃。本研究红柱石质高铝砖烧成温度1450℃,因此,细颗粒(≤0.088 mm)的红柱石完全分解莫来石化,中颗粒(0.5~0.088 mm)的红柱石在1450℃烧成过程中只是边缘分解莫来石化了。

      可以推测,在1350℃,0.2 MPa(0~50 h)蠕变检验过程中,未分解的红柱石中颗粒还会继续莫来石化,红柱石的莫来石化会产生体积膨胀(△v=5%)。因此,红柱石在蠕变检验过程中的莫来石化体积膨胀效应,会产生膨胀抵缩的作用,这有助于砖的抗蠕变性的增强。该观点有待于今后工作验证。

      3 结论

      (1)矾土基M70均质料的红柱石质高铝砖的性能完全达到了DRL-135低蠕变高铝砖的性能指标。

      (2)矾土基M70均质料莫来石化程度高抗蠕变性好。

      (3)矾土基高铝砖中加入红柱石有利于进一步改善砖的抗蠕变性。

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