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2018-05-28 荣盛 耐材点击 208 次

窑尾用抗剥落高铝砖

目前高铝砖在水泥窑上损毁的主要原因是渣蚀及剥落,因此生产一种抗剥落高铝砖需要具备高温性能好、导热系数低、热震稳定性优良、抗侵蚀性强的特性。
从AL2O3-SiO2系二元相图中的高铝区可以看出,AL2O3含量大于72%制品高温稳定相为刚玉和莫来石。I等高铝砖的主晶相为柱状或针状刚玉,其含量达到70%以上:少量莫来石,含量10%~20%,在结晶相之间直接结合起主导作用:含量为5~10%玻璃相杂乱地分布与其中。I等高铝砖的刚性模量和强度在低温阶段都有与温度并增的趋势,直到转折温度(600℃~800℃)以后,刚性模量和强度随温度上升而下降,且下降逐渐加快不利于热稳定性的提高。我国高铝砖的特点是随AL2O3含量的提高,其杂质含量也相应提高。杂质中碱金属和碱土金属氧化物抑制莫来石的形成,在高温下导致莫来石分解,并产生多量的富硅玻璃,以R2O的危害最大。例如,当Na2O与莫来石共存时,在1000℃~1100℃时,莫来石开始反应分解,分解反应如下:3AL2O3·2Sio2+Na2O→2AL2O3+Na2O·AL2O3·2SiO2(霞石质液相),这一反应不但生成液相,而且发生了固相分解。另外,还原气氛也能促使莫来石分解。莫来石分解为热膨胀系数较高的刚玉和玻璃相,使制品的热震稳定性降低。


高铝砖是一种多晶体组成的复合材料,因此在显微结构上由晶粒和晶界组成,还存在玻璃相、气孔、杂质和其它缺陷。根据热冲击断裂损伤理论,研制抗剥落高铝砖应从提高高铝砖的热震稳定性出发,通过加入添加物,使其具有高的断裂表面能力、低的弹性模量和热膨胀系数。为了不影响高铝砖的高温使用性能,我么 采取的方法为:加入性能较优的矾土熟料:添加膨胀剂如红柱石或硅线石:加入添加物使在基质中形成堇青石:加入锆英石等添加物提高制品热震。从中选择较好的工艺方案制砖。
试样制作原料以山西特级矾土熟料、本地结合粘土等为主要原料,临界粒度选择5mm。有机结合剂选用1.18g/cm?的木质磺酸钙水溶液,将试样制备成砖坯尺寸为标准砖230*114*65(mm)在620吨压力机上压制成型然后再在高温隧道窑经1480℃,保温10小时烧结。试样理化性能检测结果,如下表所示


试验结果的分析说明了添加剂的加入可明显改善高铝砖的性能,锆英砂的加入量越多,制品抗热震性越好,复合添加剂的方法麼可有效提高制品性能,改善热震稳定性。
抗剥落高铝砖的抗热震机理是:
(1)ZrO2在高温下发生单斜→四方相变,伴随4-5%体积变化同时在ZrO2尖端和周围发生微裂纹。这些微裂纹可使制品在受力过程中,主裂纹前段的应力场发生变化,主裂纹偏转、弯曲,延长断裂路线,吸收更多的断裂能力。微裂纹使能量逸散,消除或减缓了由于能量应力集中引起的材料裂纹扩展破坏,因而提高了制品的强度和韧性:
(2)由于该砖中含有多种结晶相,存在着不同结晶矿物相热膨胀系数的差异引起热失配而形成的微裂纹:
(3)ZrO2作为复合材料的第二相,还可起颗粒强化作用。ZrO2颗粒与基体的热膨胀失配,可引起内应力或微裂纹的产生吸收能量:弹性模量的失配,可使外加载荷重新分配,提高砖的承载能力:ZrO2颗粒分散在基体中,一定程度上起了钉扎、缠结位错的作用,抑制了位错的滑移,限制了解理断裂,有益于砖的强化
(4)添加ZrO2的材料在生产或收到机械应力时均会发生四方-单斜相变,尤其重要的是加负荷和破坏时也产生,其结果由于发展的裂纹弹性能分散到四方→单斜相变产生的微裂纹中,从而大大强化了材料。抗剥落高铝砖也存在这方面的可能性。

 

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