高铝质耐火材料组成、势及烧结机理介绍

 

高铝质耐火材料的矿物组成、结构与其工艺性能的关系 

高铝质耐火材料的矿物组成，随着原料中Al203的含量不同而不同。一般根据高铝砖中Al203含量的不同，可分为三级高铝砖：一级含Al203大于75％；二级为75—60％；三级为60—48％。因此，根据高铝砖的化学成分和矿物组成不同，高铝砖又可分为莫来石砖、莫来石一刚玉砖、刚玉一莫来石砖和刚玉砖。根据A1203和SiO2含量的不同，结合Al203-SiO2系统状态图可以看出，三级高铝砖在高温下稳定的矿物为莫来石，而多余的硅酸则和原料中的低熔点杂珠成硅酸盐玻璃。在高温下，这些物质就变为液相。同时，从图中可看出，其生成液相的温度约为1800℃，但实际上由于低熔点杂质的存在，其液相出现的温度要比此温度低。二级高铝砖则因其化学成分逐渐接近莫来石的成份(Al203 72％，SiO2 28％)，砖中液相的数量逐渐减少，其高温稳定矿物除有莫来石外，若含A1203较高，则可出现刚玉。A1203含量大于75％的一级高铝砖，其主要矿物为刚玉和莫来石。

由上可知，高铝砖的矿物组成，由于其A1203含量不同而变化很大。其组成矿物主要有莫来石、刚玉、方石英以及无定形的隐晶质铝硅酸盐和硅酸盐玻璃等。

在高铝砖中随着A120。含量增加，其莫来石针状晶体的生成量也增加，液相量则相对减少。这对增强砖的热稳定性和抗渣性有明显的效果。当然，纯刚玉砖的抗渣性能更为良好。

高铝砖中的杂质与加入物，对于砖的荷重变形温度有一定的影响。SiO2的含量如由2％增至10％，则荷重变形温度由1880℃降至1630℃。碱金属与碱土金属氧化物，使莫来石发生同成分熔融，对高铝砖的高温强度有不利影响。至于TiO2和Fe203如同时存在，则可降低变形温度。       

高铝质耐火材料的四大势

在耐火材料行业中，应用广泛的耐火材料当属高铝质耐火材料。相较于粘土质耐火材料，高铝质耐火材料具有耐火度高、荷重软化温度高、导热性能好以及较强的抗侵蚀能力。

1、耐火度

Al2O3的含量在48%以上的硅酸铝质耐火材料都称之为高铝质耐火材料。高铝质耐火材料的耐火温度通常跟Al2O3含量有直接的关系，其耐火度随Al2O3含量的增加而提高。同时耐火度也与制品中的杂质和种类有关。(因此，高铝质耐火材料的耐火度波动范围较大，一般在1770~2000℃之间。

2、荷重软化温度

荷重软化温度是耐火材料的重要性能指标之一，高铝质耐火材料的荷重软化开始温度大于1400℃，随着Al2O3含量的增加制品的荷重软化温度也得到提高。

Al2O3含量小于71.8%的制品，其荷重软化温度取决于莫来石和液相的比例，随着莫来石数量的增加而提高。液相的数量和性质对荷重软化点有明显影响。

Al2O3含量71.8~90%的制品为莫来石、刚玉质耐火材料，随Al2O3含量的增加，玻璃相量基本不变，刚玉虽有增加，但莫来石却有明显减少，故荷重软化温度提高不明显。

Al2O3含量在90%以上时，随着Al2O3含量的增加，玻璃相数量减少，荷重软化温度显著提高。

3、导热性

高铝质耐火材料由于其制品中导热能力低的玻璃相较少，而导热能力强的莫来石和刚玉质晶相较多，故其制品的导热性能较高。

4、抗渣性

高铝质耐火材料中由于Al2O3含量高而呈中性，故对酸性和碱性的炉渣均有较强的抗侵蚀能力。

高铝耐火材料的烧结机理及晶体

在高温下，高铝耐火材料结构内部的固态晶体相互反应。氧化铝(A12O3)和氧化硅(SiO2)，在高温下合成为莫来石(3A12O3·2SiO2)。这种反应—直处在不停顿的振动状态，而且随着温度的提高振动加剧：当某些质点获得足够能量之后，即形成了晶体的缺陷或空位。根据晶体质点活化能的强弱，使质点逐渐向晶体表面扩散，生成反应产物。开始反应形成的反应产物分散性很强，而且晶体结构上有不少缺陷。晶体的质点活化能很高，再经过晶体质点的位移，使晶格缺陷得到校正后成为稳定的晶体，也就是所谓再结晶过程。

影响固相反应的因素很多，而主要的有晶格结构、温度，颗粒度以及杂质介入等因素。凡晶格结构疏松的晶体，容易进行固相反应。以氧化铝来说，α—Al2O3晶格结构致密，与MgO合成为镁铝尖晶石(MgO·Al2O3)时，需要在920℃的温度下，才发生合成反应；而晶格疏松的γ—Al2O3，在700℃时即开始合成反应。颗粒越细，比表面积越大，有利于加速反应。限量的杂质起着熔剂作用，对活化晶格有利，也可促进固相反应。固态物质的烧结机理取决于液相的存在，当没有液相时，只依靠固相反应而烧结的，属于固相烧结范畴；如果有少量液相进行烧结时，是属于液相烧结范畴。高铝矿物(原料或成品)，多数属于离子晶体，质点灼扩散，常以离子的形式相互扩散。组成高铝耐火材料的物质，大多数为晶体，如刚玉(α—Al2O3)，莫来石(3A12O3·2SiO2)、水铝石  (A12O3·H2O)、高岭石(A12O3·2SiO2·2H2O)、叶蜡石A12O3·4SiO2·H2O)，硅线石矿物(A12O3·SiO2)等。它们属于离子晶体，其结晶形状是由组成晶体物质的带电质点(离子)，由不同电荷离子的静电引力与相同电荷离子间的斥力相平衡时造成的。高铝耐火材料视其组分不同，熔点区域很广，A12O3—SiO2系统的低熔点为1545℃，Al2O3熔点为2050℃，SiO2为1713℃。当高铝耐火材料纯物质加热至其熔点温度时，便成为熔体。而多组分的物质的混合晶体，生成熔体时，通常存在着熔融和溶解两个过程。多组分硅酸铝物质的混合晶体生成熔体的过程，较之单一组分更为复杂。多组分物质在加热过程中，低熔点物质先熔融，或达到某几种组分的低共熔点温度后，开始出现熔体。而熔点较高的晶体，一面进行熔融，同时又在进行溶解。    

耐火材料出现开裂、脱落、易磨损怎么办？想要解决问题，需要从根源挖掘，分析出真正的原因，荣盛耐材从事耐材生产、研发服务多年，能解决高温窑炉内衬的各种疑难问题，欢迎广大新老朋友咨询及技术交流。