淺談高鋁磚的成分

     高鋁磚的成分

高鋁磚：用鋁硅系原料生產(chǎn)的耐火材料中，以Al2O3為主要成分劃分的磚有高鋁磚、莫來(lái)石磚及剛玉磚。

耐火磚：具有一定形狀和尺寸的耐火材料。按制備工藝方法來(lái)劃分可分為燒成磚、不燒磚、電熔磚、耐火隔熱磚；按形狀和尺寸可分為標(biāo)準(zhǔn)型磚、普通磚、特異型磚等。例如：耐火粘土磚、高鋁磚、硅磚、鎂磚等。

自然界中主要有鋁土礦和硅線石族礦物。

硅線石族礦物：存在于受過(guò)變質(zhì)過(guò)程的泥質(zhì)巖中，或原礦床經(jīng)風(fēng)化后的沖積層中。在變質(zhì)期間經(jīng)歷了溫度與壓力的演變作用，泥質(zhì)巖內(nèi)部基質(zhì)結(jié)晶，形成硅線石、紅柱石及藍(lán)晶石礦。它們有著相同的化學(xué)成分，是天然的無(wú)水硅酸鋁原料，但它們有不同的礦物特性。大部分無(wú)水硅酸鋁原料，需要經(jīng)過(guò)選礦，提高純度才能使用。

鋁土礦：化學(xué)組成及物理性能變化的范圍很大，是由于它在成礦初期，含鐵物質(zhì)與氫氧化鋁呈膠體狀的混合物的緣故。礦床分布較廣，有些礦床對(duì)耐火材料是無(wú)價(jià)值的，主要作煉鋁的原料。原料中含鐵量高的，俗稱鐵礬土。作為耐火材料使用的是呈白色或灰白色，較純的礦，耐火度在1800～2000℃。原料的化學(xué)組成變化較大。鋁土礦的特性與氧化鋁相似，與堿金屬氧化物作用，生成鋁酸鹽，起酸根的作用；與酸作用，生成鋁鹽。鋁礬土是非塑性的含水氧化鋁礦物，含有一水鋁石和三水鋁石。 

高鋁磚的礦物組成根據(jù)所使用的鋁礬土所定，熟料的礦物組成一般是莫來(lái)石、剛玉和玻璃相。莫來(lái)石理論組成為Al2O371．8％，SiO228．2％，其熔融分解溫度為1840℃。具有針狀結(jié)晶，呈網(wǎng)絡(luò)交叉結(jié)構(gòu)，高溫狀態(tài)表現(xiàn)出較好的強(qiáng)度。剛玉以α-Al2O3形態(tài)存在，熔點(diǎn)為2050℃，硬度為莫氏9級(jí)，呈粒、柱狀晶體，有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，對(duì)酸、堿性爐渣都有一定的抵抗能力。

以莫來(lái)石礦物組成為基礎(chǔ)，根據(jù)Al2O3含量，可以判斷高鋁磚的相組成。磚中Al2O3低于71．8％時(shí)，組成基礎(chǔ)是莫來(lái)石和SiO2，如LZ-48牌號(hào)磚。因含有大量的SiO2在高溫下形成的液相可達(dá)20％～30％；磚中Al2O3超過(guò)71．8％時(shí)，多余的Al2O3在高溫下形成剛玉晶體，同時(shí)生成2個(gè)高溫晶相，共熔溫度由低Al2O3含量磚的1595℃上升到1840℃，如牌號(hào)為L(zhǎng)Z-75的磚。實(shí)際上，生產(chǎn)中不可能反應(yīng)達(dá)到完全的相平衡狀態(tài)，但形成的玻璃相甚少，存在于晶相的局部間隙中，含量不超過(guò)10％。

高溫機(jī)械性能不完全取決于磚內(nèi)的Al2O3含量，更取決于形成的晶體形狀及玻璃相數(shù)量，組成與粘度。對(duì)高鋁磚進(jìn)行的蠕變?cè)囼?yàn)或剛性模量和斷裂模量的研究表明，莫來(lái)石質(zhì)磚高溫機(jī)械性能好于高Al2O3含量的磚。LZ-75牌號(hào)的高鋁磚，盡管形成大量的高耐火度的α-剛玉晶體，呈粒、柱狀，其微觀結(jié)構(gòu)堅(jiān)固性不亞于莫來(lái)石結(jié)構(gòu)，但在應(yīng)力作用下晶間少量的玻璃液使其產(chǎn)生滑移，引起結(jié)構(gòu)變形、強(qiáng)度下降。莫來(lái)石質(zhì)磚，如LZ-65、LZ-55牌號(hào)，主要是莫來(lái)石晶體，呈針狀，形成交叉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，玻璃相充填其間，能承受應(yīng)力，不易變形，具有良好的高溫強(qiáng)度，尤其用硅線石族原料制的磚，原料純度高，經(jīng)過(guò)燒成生成莫來(lái)石與SiO2除少量的SiO2與極微量雜質(zhì)形成玻璃相外，其余的SiO2生成方石英充填于莫來(lái)石晶間，在冷卻后產(chǎn)生中間膨脹。該磚在長(zhǎng)期使用中表現(xiàn)良好的抗蠕變性。LZ-48牌號(hào)的磚，盡管生成莫來(lái)石晶體，但它被大量的玻璃相淹沒(méi)，所以高溫機(jī)械強(qiáng)度較差，但常溫耐壓強(qiáng)度較好。因而，等速蠕變速率不同。LZ-75牌號(hào)磚的轉(zhuǎn)折溫度在1120～1130℃；LZ-48牌號(hào)磚的轉(zhuǎn)折溫度在1050℃；而莫來(lái)石質(zhì)磚沒(méi)有觀察到轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

以莫來(lái)石和剛玉為基本組成的高鋁磚高溫?cái)嗔涯Ａ考皠傂阅Ａ坑?00℃開始出現(xiàn)轉(zhuǎn)折；抗張強(qiáng)度在1000℃附近開始轉(zhuǎn)折，它們都有一個(gè)共同點(diǎn)，即在常溫至1000℃之間，其強(qiáng)度隨溫度升高而增加，反映了兩晶相受熱膨脹減輕了殘余內(nèi)應(yīng)力，使微裂紋彌合，導(dǎo)致強(qiáng)度升高。

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