什么是高铝砖

发布时间:2022-01-19 10:59 文章来自:http://www.zztynh.com/ 作者:天阳耐火材料/耐火

高铝砖是一种氧化铝含量在48%以上的中性耐火材料,由矾土或其他氧化铝含量较高的原料经成型和煅烧而成,拥有非常坚硬的外表和光滑的表面。同时具有高温蠕变小、抗侵蚀性强、荷重软化温度高、抗热震稳定性好等优点。按高铝砖中Al2O3含量通常分成三等:Ⅰ等──Al2O3含量>75%;Ⅱ等──Al2O3含量为 60~75%;Ⅲ等──Al2O3含量为48~60%。

轻质高铝砖通常采用高铝矾土熟料加少量黏土,经磨细后用气体发生法或泡沫法以泥浆形式浇注成形,再经高温烧成。有时也可用工业氧化铝代替部分矾土熟料,用于砌筑窑炉的内衬和隔热层,以及无强烈高温熔融物料侵蚀及冲刷作用的部位。需要注意的是,直接与火焰接触时,表面接触温度不得高于1350℃。

下面,小编将从不同方面介绍高铝砖:

一、特点

耐火度:高铝砖的耐火度比粘土砖和半硅砖的耐火度都要高,达1750~1790℃,属于高级耐火材料。

荷重软化温度:由于高铝制品中Al2O3高,杂质量少,形成易熔的玻璃体少,所以高铝砖的荷重软化温度比粘土砖高,但是,因为莫来石结晶未形成网状组织,所以高铝砖的荷重软化温度仍旧没有硅砖高。

抗渣性:高铝砖中Al2O3较多,接近于中性耐火材料,能抵抗酸性渣和碱性渣的侵蚀,由于其中含有SiO2,所以相较于抗酸性渣的能力而言,抗碱性渣的能力较弱。

二、制作工艺

       高铝砖和多熟料粘土砖的生产工艺类似,其主要耐火原料有:含水铝氧矿物为主要组成的高铝矾土、硅线石族矿物、人工合成原料如工业氧化铝、合成莫来石、电熔刚玉等。不同之处在于高铝砖配料中熟料比例较高,可达到90%-95%,熟料在破碎前需分级拣选和筛分除铁,烧成温度较高,如Ⅰ、Ⅱ等高铝砖用隧道窑烧成时一般为1500~1600℃。国内的生产实践证明,高铝熟料在破碎前严格拣选分级、并分级贮存,采用矾土熟料和结合粘土共同细磨的方法,可提高产品质量。

高铝砖规格尺寸众多,可用于钢铁行业、建材行业、电力行业等多种热工窑炉,可以说是耐火材料行业中应用最为广泛的耐火砖之一。一般来说我们把AlO含量大于48%的硅酸铝质耐火材料统称为高铝质耐火材料,定型的产品即为常用的高铝砖,一般分为三个等级:Ⅰ等:AlO>75%;Ⅱ等:AlO 60%-75%;Ⅲ等:AlO 48%-60%。烧制一级高铝质耐火砖,通常烧成温度为1500到1600℃;烧制二级高铝质耐火砖,通常烧成温度为1450到1500℃;烧制三级高铝质耐火砖,通常烧成温度为1350到1450℃;高铝砖和多熟料黏土砖的生产工艺类似,熟料在破碎前需分级拣选和筛分除铁,烧成温度较高,如Ⅰ、Ⅱ等高铝砖用隧道窑烧成时一般为1500-1600℃。

三、理化指标

高铝砖的耐火度波动范围大,一般为1770~2000℃,主要受AlO含量的影响,随着制品中AlO含量的增加而提高。同时耐火度还受杂质含量和种类的影响,与制品的矿相结构有关。高铝砖荷重软化开始变形温度大于1400℃,并随着AlO含量的增加而提高。AlO含量小于71.8%的制品,荷重软化温度取决于莫来石和玻璃相的数量比例,随着莫来石数量的增加而提高。

玻璃相的数量和性质对荷重软化点有明显影响。AlO含量为71.8%~90%时为莫来石、刚玉质制品,随着AlO含量的增加,玻璃相量基本不变,刚玉虽有增多,但莫来石却有减少;故荷重软化温度提高不明显。AlO含量超过90%以后,随着AlO含量的增加,玻璃相数量减少,荷重软化温度显著提高,由AlO90%时的1630℃升至AlO100%时的1900℃,荷重软化温度都随AlO含量的增加而提高。

高铝砖的热导率随温度升高而降低。当高铝砖中含AlO越高时,其莫来石、刚玉晶体越多,则热导率随温度升高而降低的倾向越明显。但在1000℃以上,其下降幅度减小。

四、高铝砖的生产

以1级矾土熟料和电熔白刚玉粉为原料,配入适量膨胀剂,经成型和800℃热处理,可制得热震稳定性较好的高铝砖。以Ⅰ级矾土熟料和电熔白刚玉粉为原料,配入适量膨胀剂,经成型和800℃热处理,可制得热震稳定性较好的高铝砖。

为了降低高铝砖的气孔率,从原料的选用、配料、混合直至成型、烧成各工序都要采取相应的措施。

选用的一级高铝矾土熟料的吸水率以小于5%为宜,二级高铝料吸水率以小于7%为宜。把含水量小于4%的软质粘土和铝矾土熟料混合细磨。用这种混合细磨粉配料,可降低砖坯气孔率。配料时的颗粒级配,粗中细之比为4:2:4为宜,最大颗粒应该不超过5mm。混料时的加料顺序如下:先加入粗颗粒,再加入亚硫酸纸浆废液后预混3min,最后加入高铝细粉进行混合。

五、烧成工艺引起的缺陷

一般情况下,经过烧成后的高铝砖中几乎会将所有的问题都暴露出来,产生形形色色的缺陷。其中,主要的缺陷有欠烧、过烧、破损、污染、黑心、扭曲、裂纹等。

1、欠烧:欠烧是由于烧成温度不够、保温时间不足,或漏入冷风引起的问题。一般情况下,欠烧高铝砖的机械强度低、结合松散、搬运时容易破损,高温性能和抗侵蚀性能差。

2、过烧:过烧是烧成温度过高,或保温时间过长,或火焰直接接触砖面引起的问题。一般情况下,过烧高铝砖的机械强度高、显气孔率低、尺寸收缩多、砖体变形大、结合过于紧密、瓷化严重、敲击时当当作响、抗热震性能很差。不过,当原料含有较高FeO、TiO等过渡性金属氧化物杂质时,过烧也可能使高铝砖发泡,从而出现密度降低、显气孔率增大、体积膨胀增大的现象。

3、破损:出现破损的原因可能是基质数量偏少、结合剂强度不足、搬运时受力过猛、混练不匀、颗粒偏析、成型压力不够或烧成温度偏低等。

4、污染:污染指熔洞、铁斑等缺陷。熔洞的成因可能是煤渣、杂物等低熔物混入制砖料,烧成时使高铝砖熔融所致。铁斑是制造时铁质物质混入原料,烧成时铁质物质氧化扩散所致暗色斑块。其原因可能是在破碎、粉磨时铁质物质混入耐火原料。

5、黑心:黑心是烧后耐火制品中心带有黑色而呈现出的缺陷。黑心的成因可能是制品内部的有机物被氧化前,其表面就被产生的玻璃相密封而致。也可能是制品在还原气氛下烧成,冷却时受氧化性气氛影响所致。一般情况下,黑心制品的抗侵蚀性不佳。

6、扭曲:扭曲是高铝砖制品在高温下受压产生的变形,其标志是高铝砖底面的各棱不在同一平面上。如果成型、装窑、烧成不当,都可能导致高铝砖扭曲。

7、裂纹:裂纹指烧后耐火制品具有的各种裂纹,包括表面的、内部的、显见的、隐蔽的裂纹。高铝砖裂纹的成因各不相同,如成型不当可能出现层裂;干燥、烧成过程中收缩、膨胀过大,或收缩、膨胀不均都会引起裂纹;烧成中砖坯受热、冷却不均,出现不一致的烧成线变化或承受过大热应力也会引起开裂。

裂纹产生的原因则一般有以下几种:

(1)原料原因:高铝砖的主要矿物相组成为莫来石、刚玉和玻璃相。随着制品中氧化铝含量的增加,莫来石和刚玉相的数量也增加,玻璃相相应减少,制品的耐火度和高温性能随之提高。实际生产高铝砖时,要注意所用的高铝矾土熟料的杂质含量进行控制,按照YB/T5179-2005(高铝矾土熟料)的要求,KO和NaO含量<0.35%~0.6%,尽量采用杂质含量低和烧结程度好的原料进行生产。

(2)泥料原因:泥料中的临界颗粒尺寸、细粉加入量、泥料的混合质量都会影响高铝砖半成品产生裂纹。如基质料一般由细粉组成,烧成过程中产生收缩,而颗粒一般是产生膨胀,两者之间产生较大的变形差而引起内应力,从而使制品产生裂纹。

(3)成型原因:包含砖型的原因、成型模具设计不合理、布料不均匀的原因、成型操作和成型压力的原因。

(4)烧成原因:高铝砖的烧结是液相烧结,液相的形成温度和液相量,烧成时的升温速度、气氛条件、坯体在烧成过程中产生的收缩以及二次莫来石化合刚玉再结晶作用会导致不一致收缩,使制品表面产生裂纹。

一般有预热带裂纹、烧成带裂纹、冷却带裂纹。高铝砖产生裂纹的原因是多方面的,可是有一种或者几种因素共同作用,但从实质上来分析,主要由于应力的作用超过高铝砖本身承受的应力才导致裂纹的发生。实际生产过程中由于制品物理化学变化而产生的微裂纹有时对制品提高抗热震性能是有益的,就要根据造成高铝砖裂纹的各种因素来进行分析,作出改善提高制品的成品合格率。

六、高铝砖的应用

高铝砖主要用于砌筑高炉、热风炉、电炉炉顶、鼓风炉、反射炉、回转窑内衬。此外,高铝砖还广泛地用做平炉蓄热式格子砖、浇注系统用的塞头、水口砖等。但由于高铝砖价格要比粘土砖高,所以在使用时用粘土砖能够满足要求的地方就不必使用高铝砖。(外形与缸砖相似,但配料不一样。)

七、高铝砖的分类

高铝砖主要分为普通高铝砖和改性高铝砖。普通高铝砖是指常用的标准烧成砖,而改性高铝砖主要是指:高荷软高铝砖、微膨胀高铝砖、低蠕变高铝砖和磷酸盐结合高铝砖四种。

一、普通高铝砖

高铝砖的主要矿物组成为莫来石、刚玉和玻璃相。

普通高铝砖主要用于砌筑高炉、热风炉、电炉炉顶、鼓风炉、反射炉、回转窑内衬。除此之外,高铝砖还应用于平炉蓄热式格子砖、浇注系统用的塞头、水口砖等。

二、改性高铝砖

1、高荷软高铝砖

高荷软高铝砖和普通高铝砖的不同之处在于基质部分和结合剂部分。基质部分除添加三石精矿外,按照烧后化学组成接近莫来石的理论组成,合理引人高铝物料(磨细的高铝矾土、工业氧化铝或a-Al2O3 微粉、刚玉粉、高铝刚玉粉)。结合剂选择优质球黏土等,根据品种的不同采用黏土复合结合剂或莫来石质结合剂。

2、微膨胀高铝砖

微膨胀高铝砖是以高铝矾土为主体原料,添加三石精矿,按照高铝砖生产工艺流程制成。为使高铝砖在使用过程中适量膨胀,关键选择好三石矿物和其粒度,控制好烧成温度,使所选的石矿物部分莫来石化,残留部分三石矿物。残留的三石矿物在使用过程中进一步莫来石化(一次或二次莫来石化),同时伴着膨胀反应。选择的三石矿物最好为复合材料。因三石矿物的分解温度各不相同,莫来石化产生的膨胀也各有差异,利用这种特征,高铝砖因工作温度不同而产生相应的膨胀效应,挤紧砖缝,使砖的整体更加密实,这种效应提高了砖的抗熔渣渗透能力。

3、低蠕变高铝砖

我国曾长期在热风炉用黏土砖、高铝砖的考核指标中,看重荷重软化温度,未提出蝶变率的指标要求。窑炉经过长年使用,出现了砖的变形、开裂、下沉等问题,如果热风炉风温提高,此类问题便更加突出。随着炼铁高炉大容积、高风温技术及长寿化的发展,对热风炉用耐火材料提出了更高的要求,要求材料能承受长期热应力和高风温等的作用而不易损坏,因此要求热风炉用高铝砖具有低的蠕变率,这对热风炉的使用寿命起着重要作用。

为了解决高铝砖的抗蠕变性,采用添加有益矿物的办法,利用所谓的未平衡反应来解决、当蠕变温度为1550℃、1500℃ 时添加物为石英、三石矿物;蠕变温度为1450℃ 、1400℃、1350℃时,添加物为三石矿物,相应引人刚玉、a-Al2O3等;蠕变温度为1300℃、1270℃、1250℃ 时,添加物为三石矿物。其中,三石矿物、活性氧化铝等主要以基质形式加入,基质的完全或近于完全莫来石化是关键。因为基质的莫来石化,必将提高材料的莫来石含量,降低玻璃相含量,而莫来石优异的力学、热学性能有利于改善或提高材料的高温性能。

经研究表明,在高铝砖的生产中,加入15%-35%的硅线石精矿,可制得蠕变温变为1400-1450℃的高炉热风炉用高荷软、低蠕变高铝砖。对于蠕变温度为1500-1550℃的低蠕变高铝砖,除添加适量的硅线石外,还需加入一定量的莫来石,或采用部分电熔刚玉和硅石原料。

4、磷酸盐结合高铝砖

磷酸盐结合高铝砖是以致密的特级或一级高铝矾土熟料为主要原料,磷酸溶液或磷酸铝溶液为结合剂,经半干法机成型后,400-600℃热处理而制成的化学结合耐火制品。磷酸盐结合高铝砖属于免烧砖,为避免在高温使用过程中制品收缩较大,配料中还需引入加热膨胀性原料,如蓝晶石、硅线石、叶蜡石、硅石等。与陶瓷结合的烧成高铝相比,其抗剥落性更好,但荷重软化温度较低,抗侵蚀性较差,因此需要加入少量的电熔刚玉莫来石等以强化基质。磷酸盐结合高铝砖适用于水泥窑、电炉顶和钢包等。

一般用途高铝砖选用优质矾土熟料,辅以结合粘土及添加物制成。具有耐火度高,抗酸碱侵蚀性好,高温强度大,热震稳定性良好等优点。广泛应用于冶金,石油,化工,建材,机械,加工等行业的热工设备。

高炉用高铝砖采用优质矾土熟料为主要原料,经高压成型,高温烧结而制成,主要矿物组成为莫来石和刚玉。具有优良的高温力学性能和抗化学侵蚀性能。用于高炉炉衬的各个部位。

炼钢电炉顶用高铝砖以精选的特级矾土熟料为主要原料,经高压成型,高温烧结而成。主要矿物组成为刚玉和莫来石相,具有优良的高温力学性能和抗化学侵蚀性能。特别是不烧制品,外形尺寸更为精确,热震稳定性更为优良。

盛钢桶用高铝砖以精选的矾土为主要原料,经高压成型,高温烧结而成,主要矿物组成为刚玉石、莫来石相,具有良好的高温力学性能和抗化学侵蚀性能。

热风炉用低蠕变系列高铝砖以刚玉莫来石及阳泉优质矾土熟料为主要原料,经高压成型、高温烧结而成。产品荷重软化温度高,抗高温蠕变性能好,抗热冲击性能优良。是大中型热风炉的首选材料。

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