摘要:铬刚玉砖作为一种重要的耐火材料，广泛应用于钢铁、有色金属、玻璃等行业的高温窑炉。结合剂的选择对铬刚玉砖的生产工艺和最终性能具有决定性影响。本文研究了磷酸二氢铝和木质素两种结合剂对铬刚玉砖生产工艺参数、物理性能及高温性能的影响机制，通过对比分析揭示了两种结合剂的优缺点及适用场景。

作者简介:周珍妮：女，1988.4年生，大专，工程师。E-mail:791736471@qq.com;

铬刚玉砖是以刚玉(α-Al₂O₃)和三氧化二铬(Cr₂O₃)为主要成分的耐火材料，具有高温化学稳定性好、抗热震性强等特点。随着工业技术的发展，铬刚玉砖的应用领域已从传统的玻璃窑蓄热室扩展到有色金属冶炼炉、危废焚烧炉等更严苛的工业环境。在这一背景下，结合剂的选择成为优化铬刚玉砖性能的关键因素之一。

磷酸二氢铝和木质素是目前铬刚玉砖生产中常用的两类结合剂，磷酸二氢铝作为一种无机粘结剂，以其优异的粘结性能和高温稳定性在铬刚玉砖中得到广泛应用，而木质素溶液则因其良好的塑化效果和暂时的结合性能，常被用作铬刚玉砖的成型助剂。它们在工艺适应性、成本控制和性能表现上各具特色。本研究旨在系统分析这两种结合剂对铬刚玉砖生产过程和最终性能的影响机制，为工业应用提供理论依据和技术参考。

1 实验

1.1 原料

本实验采用的原料为白刚玉、高纯莫来石、氧化铬绿、氧化铝微粉和苏州土，所用原料的化学组成如表1所示。

表1 原料的化学组分(w)%

1.2 配比

本次实验以白刚玉A、高纯莫来石B、氧化铬绿C、氧化铝微粉D和苏州土E为骨料和细粉，以比重为1.26的木质素溶液F和比重为1.35的磷酸二氢铝G为结合剂制备了四组铬刚玉砖试样。1#和2#配方主要针对的垃圾焚烧炉用的铬刚玉砖，3#和4#主要针对有色冶炼用的铬刚玉砖，原料配比如表2。

表2 原料配比(w)%

1.3 试样的制备和性能检测

按照表2的原料配比称取物料，加入3.5%的两种不同的结合剂，进行混碾，在630T的电控压力机上进行压制成型，1#、2#、3#、4#配方采用相同机压设备，相同加压参数，同模具（理论尺寸230*115*65mm），压制后的砖坯进入干燥器，在110-120℃的温度下干燥24h，干燥后检测残余水分，符合要求后装车（统一装在中间垛中部），进入111米的天燃气超高温隧道窑烧成，烧成制度为1600℃*5h，出窑后对各个编号的样砖进行外观颜色记录和尺寸测量，然后按照国标检测体积密度、显气孔率、常温耐压强度、热震稳定性、抗侵蚀性能等试验。

2 结果与分析

2.1 强度

不同结合剂对两种不同系列的铬刚玉砖的未干燥半成品强度的影响，见图1。

图1 不同结合剂未干燥半成品强度对比

从半成品强度可以看出在铬刚玉砖半成品造坯过程中，木质素溶液作为结合剂可显著提升砖体的常温耐压强度。木质素结合体系形成的三维网络结构能有效增强颗粒间的结合力，其强度较磷酸二氢铝结合剂体系提升。

2.2 体积密度和显气孔率

不同结合剂对不同系列铬刚玉砖体积密度和显气孔率的影响，见图2。

图2 相同烧成温度下不同结合剂对试样体积密度和气孔率的对比

根据图2显示使用磷酸二氢铝的铬刚玉砖的体积密度比使用木质素的体积密度高，因为磷酸二氢铝在1300℃左右形成磷酸铝玻璃相，该玻璃相能有效填充颗粒间隙，使材料气孔率降低，从而提升体积密度。其高温烧结过程中产生的化学结合力可增强颗粒间结合强度，进一步优化致密性。木质素在分解过程中生成的碳骨架虽能提高强度，但会残留约2-3%的有机孔隙，导致体积密度较磷酸盐体系低，木质素结合剂在800-1000℃的热解阶段可能产生微裂纹，影响材料的最终致密度。

2.3 耐压强度

不同结合剂对不同系列铬刚玉砖常温耐压强度的影响，见图3。

图3 相同烧成温度下不同结合剂试样常温耐压强度的对比

根据图3显示，使用磷酸二氢铝的烧后铬刚玉砖的常温耐压强度比使用木质素的常温耐压强度高，磷酸二氢铝在1300℃形成磷酸铝玻璃相，进一步增强材料致密性，烧后强度提升至120MPa以上。木质素结合体系在800℃以上热解后，强度因碳骨架脆性和孔隙率增加而下降。

2.4 热震稳定性

不同结合剂对不同系列铬刚玉砖1100℃水冷热震稳定性的影响，见图4。

图4 不同结合剂的试样1100℃水冷热震稳定性的对比

根据图4结果显示，使用木质素溶液的铬刚玉砖的1100℃水冷热震次数比使用磷酸二氢铝的次数多，因为磷酸二氢铝在高温烧成是形成玻璃相填充了颗粒间隙，使材料气孔率降低，使制品较致密，从而热震稳定性降低，而木质素在高温烧成时部分碳化形成一些气孔，产生的碳骨架可进一步改善材料的抗热震性。

2.5 不同结合剂对不同系列铬刚玉砖抗侵蚀性能的影响，见图5

图5 不同结合剂试样抗侵蚀性能的对比

根据图5结果显示，使用磷酸二氢铝的铬刚玉砖的抗侵蚀性比使用木质素的抗侵蚀性优良，磷酸二氢铝体系在高温下形成致密的磷酸铝陶瓷相，形成连续的保护层，可有效阻隔熔渣渗透。木质素在800℃以上热解后残留碳骨架，其多孔结构更易被熔渣渗透侵蚀。

3 结论

综上所述：（1）使用磷酸二氢铝做结合剂的铬刚玉砖具有更高的耐压强度和优异的抗侵蚀性能，比较适合一些高机械负荷和高侵蚀环境的工业窑炉，如一些有色冶炼窑炉。

(2）使用木质素做结合剂的铬刚玉砖表现出更好的热震稳定性，比较适合一些抗侵蚀性能要求较低，但是热震稳定性要求比较高的工业窑炉，如一些垃圾焚烧炉。（来源：中国知网）