微膨脹高鋁磚的應用

冶金行業近年來對特種鋼的冶煉要求越來越嚴格,鋼包用特種高鋁磚也已成為占領市場的主打產品,特別是微膨脹高鋁磚已擁有一席之地。微膨脹高鋁磚是以高鋁礬土為主體原料,添加葉蠟石和“三石”精礦,按照高鋁磚生產工藝流程制成。為使高鋁磚在使用過程中適量膨脹,要選擇好適宜粒度的膨脹原料,控制好燒成溫度,使所選的“三石”礦物部分莫來石化,殘留部分“三石”礦物。利用材料的膨脹性來調節基質結構以平衡熱負荷下的磚體收縮,使制品在低溫燒成過程中尺寸呈微脹趨勢,可以減少裂紋的產生。礬土中加入葉蠟石,可以形成富SiO2的莫來石相,在使用中,礬土中的Al2O3與葉蠟石中游離的SiO2繼續反應,形成二次莫來石化;殘留的“三石”礦物在使用過程中進一步莫來石化(一次或二次莫來石化),伴隨著膨脹反應,選擇的“三石”礦物以復合材料為好。因“三石”礦物的分解溫度各不相同,莫來石化產生的膨脹也各有差異,利用此特征,高鋁磚因工作溫度不同而有相應的膨脹效應,擠緊磚縫,提高磚的整體密實性,提高制品的熱震穩定性等性能,從而提高高鋁磚的抗熔渣滲透能力,提高鋼包的使用壽命。

微膨脹高鋁磚原材料的選擇

在生產微膨脹高鋁磚時,采用陽泉高鋁礬土熟料為主要原料,采用“三石”礦物和葉蠟石為膨脹劑,另加入部分高鋁細粉、剛玉細粉等作添加劑。

所選用的主體原料——陽泉高鋁礬土熟料,其礦物成分為水鋁石和高嶺石,還有少量的三水鋁石、勃姆石和多水高嶺石,雜質含量較低,質量穩定,燒結充分,體積密度較高,物料吸水率均不大于4%。

對膨脹劑及其特性論述如下。

(1) “三石”的特性:“三石”是一種優良的天然無水硅酸鋁質原料,其化學分子式為:Al2O3·SiO2或Al2SiO5,理論組成是:Al2O362.93%,SiO237.07%。“三石”礦物在高溫下均不可逆轉化為3Al2O3·2SiO2和SiO2,其體積膨脹效應分別為:藍晶石16%~18%,紅柱石7%~8%,硅線石3%~5%。從其轉化后體積膨脹效果來看,藍晶石膨脹性大,因而膨脹劑選定為藍晶石。

藍晶石斜方晶系,晶體常沿C軸延伸呈長柱狀、針狀、纖維狀,具有玻璃光澤,比重3.53~3.65g·cm-3,硬度6.5~7.0,熔點1850℃。礦物主成分為藍晶石和少量硅線石,副礦物成分為石英,次礦物成分為黑云母、金云母、綠泥石。藍晶石在1300℃下開始發生莫來石化反應,產生體積膨脹,抵消軟質黏土的收縮作用,確保制品的體積穩定性。

紅柱石在1400~1500℃高溫下主要是莫來石化轉化期,不可逆地轉化成莫來石和石英的混合物,并伴隨著3%~5%體積膨脹。其間于1400℃時的膨脹值大,即1400℃時莫來石化作用強烈。莫來石為針狀、柱狀晶體,其化學性質穩定、高溫力學性能好,是高質量的高溫耐火原料。

紅柱石的莫來石化作用通常由顆粒邊沿或顆粒裂隙開始,逐步向顆粒的中部發展。在相同的燒成制度下,小顆粒的紅柱石較大顆粒紅柱石的莫來石化程度高。大顆粒紅柱石只在其周邊發生莫來石化,所形成的莫來石晶體由于時間和溫度的限制,不可能發育成粗大的莫來石晶體,而只能呈針狀并交織成網絡結構。材料中加入紅柱石主要為了利用其高溫下分解產生莫來石,從而在結構中形成紅柱石-莫來石網狀結構,提高材料性能。

(2) 葉蠟石的特性:葉蠟石是一種含水的鋁硅酸鹽,化學分子式為Al2O3·4SiO2·H2O,其中Al2O3的理論含量為28.3%,SiO2為66.7%,H2O為5.0%。其礦物組成為葉臘石、石英、高嶺石和絹云母等。密度2.65~2.90g·cm-3,耐火度>1700℃,其質地細膩,硬度1~2,化學性能穩定,具有較好的耐熱隔熱性和電絕緣性。我們利用其熔點高、在高溫下不收縮、制品表面光滑不掛渣、抗侵蝕性和整體性好等優點做原料,既降低成本,又充分利用資源。

(3) 膨脹原料的燒成試驗:原料在不同燒成溫度下的尺寸變化。

(4) 膨脹料的粒度:一般情況下,膨脹原料的膨脹率隨其粒度的增大而增大。我們通過多次對比試驗,為滿足產品性能需求,高膨脹原料選用0.088mm,低膨脹原料選用1~0.5mm,效果較好。

(5) 添加劑的作用:化學結合,促進低溫燒結,提高制品耐壓強度、耐磨性、侵蝕性。

微膨脹高鋁磚的生產過程控制

微膨脹高鋁磚采取多級配料,共磨細粉工藝,預先將各種原料的細粉在雙螺旋攪拌機中混勻后使用。泥料的混煉使用Φ2750型強力攪拌機制備。坯體經300~500t摩擦壓磚機高壓成型。成型后磚坯送入隧道式干燥器充分干燥,控制干坯殘余水分≤1.5%,后經隧道窯燒成。出窯后的微膨脹高鋁磚嚴格按GB/T10326-2001《定型耐火制品尺寸、外觀及斷面的檢查方法》及用戶合同標準分級揀選。

對揀選后的微膨脹高鋁磚遵循GB/T10325-2001《定型耐火制品抽樣驗收規則》及用戶要求抽樣驗收,進行各項性能檢測,檢驗合格的產品方能包裝發運。我公司嚴格控制每道工序的質量,保證制品的性能和外形尺寸,確保用戶滿意。

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