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2 0 1 1年 6月 第3 6 卷 第3 期 耐 火 与 石 灰 3 9 加入剂对烧成高铝砖性能的影响 摘 要：本工作的目的旨在研究含有二氧化硅和莫来石的烧成高铝砖的性能。砖试样系通过混合、成型、干 燥和在隧道 窑中于 1 4 5 0 C 烧成等 工序制成。测定 了烧成高铝砖试样 的体 积密度、显气孔 率、常温耐 压强 度、抗 折强度及高温抗折 强度，并研 究了试 样的微观结构及 相组成分析，探讨 了加入剂对热 开裂 的影响。关 键词：高铝砖；，刚玉；莫来石；二氧化硅 中图分 类 号：T Q 1 7 5 1 2 文 献标 识 码：A 文章 编 号：1 6 7 3 7 7 9 2(2 0 1 1)0 3 0 0 3 9 0 4 1 前言 众 所 周 知 白色 电熔 刚 玉 和 烧 结 刚 玉是 生 产 氧化 铝 砖，特 别 是 含 9 0 A 1 0 3 的 高铝 砖 的主 要 原 料。近 l 0年来 广 泛 地采 用 这 两 种类 型 的 刚 玉作 原 料。但 是，在 现有 的科 技 文 献 中很 难 看 到 关 于 含 有电熔 氧化硅 和莫来石 的烧成 高铝 砖性能方面 的 基础 资 料。本 研 究 工 作 的 目的 旨在 探 讨 关 于 加 入 剂 对 以 电熔刚玉为原料的烧成高铝砖性能的影响。2 实验 在研 究 工作 中采 用 粒 度 为 0 5 mm 的 工业 电熔 刚 玉 作 主 要 原料。所 用 加 入 剂 为 电 熔 二 氧 化 硅 和 莫 来 石。原 料 的 主 要 化 学 成 分 列 于 表 1。电 熔 刚 玉 和 莫 来 石 中 的 A 1 2 O 3 含 量 分 别 为 9 9 和 7 0。耐 火 材 料 试 样 成 型 料 的组 成 见 表 2。制 造 砖 时 所 采 用 的结 合 剂 为 M。为 了探 讨 加 入 剂 的影 响，将 砖 试 样 所用 主要 原 料 分别 与数 量 为 O 3 B 的 电熔 二 氧 化 硅 和数 量 为 0 3 J B 的莫来 石 进 行 混 合，然 后 在 5 0 0 t摩 擦 压 砖 机 上 成 型 实 验 砖。砖 坯 于 1 5 0 c c 干 燥 2 4 h并 在 隧 道 窑 中于 1 4 5 0 进 行 烧 成，保 温 6 h。表 1 原 料 的 化 学 成 分，原 料 电熔 刚玉 电熔二氧化硅 莫来石 烧 成 之 后 测 定 了试 样 的物 理 性 能 和 热 机 械 性能 诸如体积密度、开 口气孑 L 率、常温耐压 强 度 和 高 温 抗 折 强度。对 试 样 反 复加 热 3 5次 后 进 行 补 充 高 温抗 折 强度 试 验。将 于 1 4 0 o 烧 成 的试 样 在 水 中进 行 快 速 冷 却来 测 定 抗 热 开 裂 的 性 能。此 外，利 用 X一 射 线相 组 成 分 析方 法研 究 了微 观 结 构和利用 X一 射线光谱 电子探针微观分析仪做 了相 组 成 分 析。表 2 成 型 配 料 的组 成，3分 析 结 果 3 1 电熔 二 氧 化硅 加 入剂 的 影响 图 1 示 出砖试 样 中含有不同数量 电熔二氧化 硅 时 体 积 密度 的 变化。由 图 1可见，含 有 电熔 二 氧 化 硅 的 试 验 砖(A1 A 3)的 密 度 均 低 于 以 电熔 刚 玉 为 原 料 的试 验 砖(A 0)，而 且 随 着 二 氧 化 硅 含量的增加其密度值下 降，当二 氧化硅含量 大于 2 a 时密 度几 乎 无 变化。窨 糕 糖 器 故 图 1体 积 密 度 与 二 氧 化 硅 含 量 之 间 的关 系 图 2中示出气孔率与 电熔二氧化硅加入量之 叫 一 一 一叽 加 一 4 0 R EF R AC T 0 RI E S UME J u n 2 0 l 1 V0 1 36 No 3 间的关系。加入二氧化硅 的试样(A1、A 2)，其 气 孔 率增 大。当二 氧 化 硅 加入 量 为 3 o e 时试 样 的 气 孑 L 率 显 著下 降，甚 至 比未 加 入 二 氧 化 硅 的 试样 A 0还要 低。图 2开 口气 孔 率 与二 氧化 硅 含 量 之 间 的关 系 图 3中示 出 了加 入 电熔 二 氧化 硅 对 耐 压 强 度 的影 响。随 着二 氧化 硅 加 入 量 的增 加，耐 压 强 度 无变化倾向。这 可能是 由于微观结 构发生变化及 微 观 结 构 不均 匀 所 致 的 结果。如 图 4所 示，在 基 质 中在 电熔 二 氧 化 硅 的周 围 发现 了一 些 大 的 气孔 或 孔洞。这 表 明 在烧 成 和冷 却 期 间在 二 氧 化硅 颗 粒 周 围发 生 了较 大 的体 积 膨 胀，势 必 影 响 着微 观 结 构 的变 化。此 外，在 发 生 膨 胀 不 均 匀 的基 质 区 域 内应 力 的集 中 导致 了耐压 强 度 发 生变 化 的倾 向 不 明显。但是，从 图 5可 见，含二 氧化 硅 试 样 的 粘着强度及致密程度高于基质 A 0，该基质仅 由细 小 颗粒 的 电熔 刚 玉 骨料 组 成。另 外，二 氧 化 硅 的 体积膨胀及二氧化硅 与刚玉原料之间的粘着强度 偏高也影响耐压强度发生不规则变化。图 3耐压 强 度 与 二 氧化 硅 含 量 之 间 的 关 系 图 6中示 出耐 压 强 度 与 二 氧化 硅 含 量 之 间 的 关 系。含 二 氧 化硅 的所 有 试 样 的耐 压 强度 均 高 于 不 含 二 氧 化 硅 的试 样。据 推 测，这 可 能是 由于 基 质 中含 有 较 多数 量 的二 氧 化 硅 和其 它杂 质 所 导 致 的结 果。随着 加 入 剂 数 量 的增 加，耐压 强 度 稍 许 偏 高。图 7示出电熔二氧化硅加入剂影响的衍射图。由 图可见 随 着加 入 剂 数量 的增 加，O 一 结 晶相 的 谱 线 强 度逐 渐 增 大。显 而易 见，开 始 阶段 为 无 定 形 相 的 电熔二 氧化 硅 在 1 4 5 0 烧 结 过程 中发 生相 转 化，它转 化 为 一 方 石英，其 体 积发 生膨 胀，基 质 中 的粘结 强度提 高。A1 A2 图 5未 加 入 二 氧 化 硅 的试 样(A0)及 加 入 二 氧 化 硅 的 试 样 微 观 结 构 比 较 g 黑 出 窿 赠 艇 图 6 耐压强度与二氧化硅含量之间的关 系 图 8中示 随着 电熔 二 氧 化 硅 数 量 的 增加 及 经 多次 加 热一 冷却 循 环 之后 高 温 抗折 强 度 的 变化。由 图 8可见，经过不 同次数 加 热一 冷却 循环 之后 的 试 样(A1 A 3)，其高 温抗 折 强 度 随着 电熔 二氧化 一 I 咖伽瑚 啪 瑚。啪啪枷抛 咖 枷枷0 一 g 一、骥 蓓赠艇 2 0 1 1年 6月 第3 6 卷 第3 期 耐 火 与 石 灰 4 1 硅含量的增加而出现提高的倾 向，但是加入量 为 2 者(A 2)例 外。这 表 明 加 入 电熔 二 氧 化 硅 时 可 以改 善 以 电熔 刚 玉为 原 料 的 耐 火 砖 的 高 温 抗 折 强 度。加 入 量 为 3 o 1 时，不 论 加 热 一 冷 却 循 环 次 数 多寡，均可 使高 温 抗折 强 度达 到 最 高指 标。4O 35 ；3 0 25 越2 0 星1 5 1 0 握5 O 2 0 3 O 图 7 图 8经过不 同加 热一 冷却循环次数后。试样的 高温 抗 折 强 度 与 二 氧 化 硅 加 入 量 之 间 的 关 系 图 9抗 热 开 裂性 与 二 氧 化 硅 加 入 量 之 间 的 关 系 图 9中示 出加 入 电 熔 二 氧 化 硅 对 抗 热 开 裂 性 能 的影 响。抗 热 开 裂 性 能 的测 定 方 法 如 下：将 试 样 加 热 至 1 4 0 0 之 后 在 空气 中进 行循 环 冷 却。此 种 试 验 经 过 5次 循 环 之 后 对 材 料 进 行 研 究 并 对 其 表 面 进 行 比较 分 析。如 图 9所 示，在试 样(A1 和 A3)的侧 面上 发 现 了垂 直 的裂 纹。而 在 其 下部 观 察 到 明显 的十 字 形 裂 纹。从 裂 纹 扩 展 的宽 和 长 度 来 看，抗 热 开 裂 性 能 优 良的 顺 序 如 下：A1 A2 A 3。这 表 明 电熔 二 氧 化 硅 加入 的数 量 有 影 响。这 可 以 改善 以 电熔 刚 玉 为 原 料 的 耐 火 砖 的 抗 热 开 裂性 能。3 2莫 来石 的 影 响 实 验 结 果 表 明，加 入 莫 来 石(A 1 O 含 量 为 7 0)时会 对 试样(A 0，B 1 B 3)的体 积 密度 产 生 影 响，而 且 与莫 来 石 的加 入量 有关(见 图 1 0)g 船 蛙 图 1 0体 积 密 度 与 莫 来 石 含 量 之 间 的关 系 由图 1 0可见，当莫来石含量增加时 所有试 样 的体积密度均逐渐缩 小。加入剂数量为 3 o t 的 试样具有最低 的体积密度。图 l l 中示 出当 莫来 石 含 量 增加 时，其 气孔 率 的变 化。随 着 加 入剂 数 量 从 1 5 _ 3 增 加 至 1 6 9 所 有 试 样(A 0，B 1 B 3)的气 孔 率 均 增 大，试 样 B 3具有最高的气孔率。这表明与以电熔刚玉为原 料的试样(A 0)无加入剂时相 比较，加入莫来石(7 0 A 1：O 3)时会使气孔率增大。图 l l 开 口气 孔率与奠来石含量之 间的关 系 图 1 2中示 出莫来 石 含 量 不 同 的试 样 的耐压 强 度 的 变 化。由 图 l 2可 见，试 样 B 1(口)的该 指 标 值 显 著 增 大，而 试 样 B 2(2 口)和 B 3(3 t 3)的该 指 标 值 稍 有 增 大。因此，可 以认 为 加 入 莫 来 石之 后 试样(B l B 3)的 耐压 强度 有所 改 善。图 1 3中示 出莫来 石加 入量 对抗折 强度 的影 的 粥 图 射 如 u、衍 的 0 样 试 咖珈 伽瑚 o 譬 _ 匝 l 4 2 R EF R AC T ORI E S&L I ME J u n 2 0 1 1 V0 l-3 6 No 3 响。含有 莫 来 石 的所 有试 样(与莫 来 石 加 入 量无 关)，其 抗折 强 度均 高 于 以 电熔 刚玉 为原 料 的耐火 砖(无加 入剂)。随 着 加入 剂数 量 的增 加，试 样 的 抗折强度增幅不大。这是 由于莫来石 中的低熔点 杂 质 与 刚玉 骨 料 的细 小 颗 粒 之 间 发 生 反 应，并 使 基质 中粘 着力 增大 所致。图 l 2耐 压 强 度 与 莫 来 石 含 量 之 间 的 关 系 昌 皤$蝠 图 1 3抗 折 强 度 与 奠 来 石 含 量 之 间 的 关 系 图 1 4中示 出 当莫 来 石 含 量 增 加 时及 经 加 热 一 冷却循环次数之后，试样的高温抗折强度的变化。图 1 4经不 同加热一 冷却循环次数之后。试样的高温 抗折强度与莫来石含量之 间的关 系 由 图 1 4可 见 经 不 同 的 加 热一 冷却 循 环次 数 之后。试样(B 1 B 3)的高温抗 折强度均高 于不 含 莫来 石 的试 样 其 中试样 B 1 的 高温抗 折 强 度最 高。当莫来石加入量超过 3 (试样 B1)时，其 高 温抗折 强度 有 下降 的倾 向。利 用 X一 射 线对 所 有 的试 样(A 0，B1 B 3)做 了物 相分 析。如 图 1 5所示，主要 物相 为 仪 一 刚 玉，在 衍 射 图上 未 观 察 到任 何 较 大 的变 化。这 表 明加 入莫来石 时并未形成新 的物相或者发生任何其它 的物相 变化。B3 i B 2 1 一 B 1 。l A0 l 图 1 5 试样 的衍射 图 一 麓 麓 图 1 6试 样 基 质 的 扫 描 电子 显 微 镜 分 析 及 能 量 分 散 X一 射 线分 析 图 1 7抗热 开裂性能 与常温耐压强度之 间的变化关系 图 1 6中示 出试样 基质 的微 观结 构分 析及 能 量 分散 x一 射线分析。图中示出材料基质中 S i O 含量 的明显 差 异。这 可 以解 释 为：当基 质 中的 S i O：含 量 提 高 时，其 耐 压 强 度、抗 折 强 度 及 高温 抗 折 强 度 也随 之提 高。对 含 有 二 氧 化硅 的试 样 也 做 了抗 热 开 裂 性 能 的研究。但是 在所 有 试样 的 表 面上 并 未发 现裂 纹。(下 转 第 4 7页)卿 鲫瑚伽姗 伽 枷 0 憩 擦 伽伽姗姗抛抛啪啪0 蚰 ：。m O 一 g P 一、越 髅 辖 赠 超 2 01 1年 6月 第3 6 卷 第3 期 耐 火 与 石 灰 4 7 这 种情 况下，和易 性 结 束。所 以 就 电导 率 时 间 曲 线 而 言，浇 注 料 的硬 固 时 间得 到 了 认 可。在 这 些实 验 中，含 有 0 0 6 F S 2 0的浇注 料 的 电导率 在 2 0 m i n之后 升高 0 7 l ms c m 以上。因此，耐 火 浇 注 料 的 自流值 下 降到 8 0 以下，与 该 浇 注 料 的硬 固时间 相 符。此 外，在 含 有 O O 8 F S 2 0的浇 注料 中，电 导 率 在 3 5 m i n之 后 开 始 升 高，因 此，这 种 浇 注料 的硬 固时 间 相 当 于 3 5 m i n。在 实 践 中，3 0 l O O m i n可 以 为 耐火 浇 注 料 的浇 注 提 供 足够 长 的硬 固 时间。因此，含 有 高于 0 0 8 F S 2 0的浇 注料 将 具 有 合 适 的 硬 固 时 问 并 且 可 以 进 行 适 当 的 浇 注。含有 不 同量 的 F S 2 0的耐 火浇 注 料 在 l 1 0 干燥 后 的 常 温 耐 压 强 度 和 常 温 抗 折 强 度 结 果 示 于 图 9。结 果 发 现，使 用 较 高 含 量 添 加 剂 的 浇 注 料 在 强 度 形 成 上 具 有 缺点。如 果 将 高 铝 低水 泥浇 注 料 的 F S 2 0的含 量 提 高到 0 1 ，那 么 在 4 5 mi n之 内其 流动 性保持稳 定，但是 在 2 4 h之后 其耐 压强度 下降。常温耐压强度、常温 抗折强度 图 9 于 1 1 0 干燥后 的耐火浇注料 的常温耐压强 度、常温 抗 折 强 度 与 FS 2 0不 同含 量 的 关 系 3每 e每 与 这 种 现 象 可 能 与 水 泥 上 吸 收 了羧 化 物 乙 醚 分 子 有 关，而 且 降低 了其结 合作 用。在 实践 中，耐 火浇 注 料 的 常温 耐 压 强度 越 高，其 抗 侵 蚀 性 就 越 强，使 用 寿 命 也 就 越 长。因此，1 1 0 下 高 铝 自流 浇 注料 必 须 分 别 具 有 高 于 8 0 MP a 的常温耐 压强度值 和 I O MP a以上 的抗折强度值。因此，如 果 浇 注料 成 分 中采 用 的 F S 2 0含 量 低 于 0 1 。那 么 就 可 以 获得 具 有合 适 机 械 强度 和硬 固 时间的高铝 自流浇注料。4 结 论 研 究 了两 种 不 同 的 纳米 级 的 反 絮 凝 剂 对 自流 低 水 泥 浇 注 料 基 质 悬 浮 物 的 电导 率 和其 它性 能 的 影响。通过运用 自流性和电导率一 时间的关系，确 定 了浇 注 料 适 当的 反 絮 凝 剂 及 其 最 佳 含 量 还 确 定 了含 有 不 同 的 絮 凝 剂 浇 注 料 的硬 固 时 间。结 果 发现 应 降低 基 质 悬 浮物 的 电导率，使之 接 近 0 7 1 ms c m 以便获得 自流动性。证实了基于聚羧 化 物 乙醚 的 F S 2 O在 产 生 耐 火 浇 注 料 基 质 电 导率 方面是最有效的。采用 0 0 8 F S 2 0获得 了最佳结 果。由此 确 定 了具 有 足 够 硬 固 时 间 和合 适 机 械性 能 的 自流 浇注 料。张国富编译 白(C e r a m i c I n t e rna t i o n a 1)，2 0 1 0，No 3 6：1 41 1 1 41 6 杨 杨 校 收稿 日期：2 0 1 1-0 3 0 7 (上接 第 4 2页)为 了评 估 抗 热 开 裂 性 能，对试 样 进 行 空 气 冷 却 并 测 定 了其 耐压 强 度。同 时对 未 受 到 空 气 冷 却 的试 样 的耐 压强 度做 了对 比分 析。图 1 7表 明 加入 莫 来 石 时 由于 基 质 的 强度 提 高，致使其抗热开裂性 能也 提高。这如 同当加入 莫来 石 时对 耐 压 强 度、抗 折 强 度 及 高 温 抗 折 强 度 的影 响。4 结 论 研 究 了加 入 电 熔 二 氧 化 硅 和 莫 来 石 时 对 以 电 熔 刚 玉 为原 料 的耐 火 砖 的性 能 的影 响 并 得 出 以 下结 论：(1)加 入 最 佳 数 量 的 电熔 二 氧 化 硅 时。材 料 的耐 压 强 度、抗 折 强 度 及 高 温 抗 折 强 度 等 机 械性 能指标都有所改善。(2)加 入 最 佳 数 量 的 莫 来 石(A l O，含 量 为 7 0)时，可 以达到较高 的机 械性能和较 高的抗 热 开裂 性 能。王少立 编译 自(O r n e y n o p b i H T e X H n I e C K a R x e p a M n x a)李 连 洲 校 收 稿 日期：2 0 1 1-0 3 1 5 柏 加 O 、嘿罐