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耐火材料_硅莫紅_硅莫磚

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硅莫磚_硅莫紅_江蘇君耀耐磨耐火材料有限公司_新聞中心
重點分析硅莫磚主要由哪幾種原料組成
 點擊數:64次 添加時間:2021-9-7 [打印] [關閉] [收藏]

硅莫磚作為鋁硅系耐火材料,優越的熱震穩定性、較高的荷重軟化溫度以及優良的抗侵蝕性是其能在水泥窯除燒成帶外所有段帶應用的重要原因。當然,相比高鋁磚,硅莫磚之所以具有上述的優異性能,是得益于碳化硅組分的存在。碳化硅作為一種非氧化物材料,具有優異的高溫力學性能,并聚抗侵蝕性和熱震穩定性于一身。

硅莫磚用原材料主要有以下幾種:

1、高鋁礬土

高鋁礬土是重要的礦產資源,在世界范圍內有著重要的戰略意義和實用價值。我國鋁土礦儲量有25億噸,占世界總量的2.4%,儲量豐富。我國的鋁土礦主要分布在山西、河南和貴州等地,主要為水鋁石-高嶺石型。礦中Al2O3和SiO2含量較高,Fe2O3含量較低,適于作為耐火原料。高鋁礬土礦物組成主要為水鋁石和高嶺石,其中,水鋁石化學式為AlO(OH),屬斜方晶系,密度3.3~3.5g/cm3,莫氏硬度6~7;高嶺石化學式則為Al2O3·2SiO2·2H2O,為三斜晶系硅酸鹽礦物,也是粘土礦物的一種,其吸水性強,可塑性好,密度為2.60~2.63g/cm3,硬度2~2.5。高鋁礬土的結構特征見表1。


目前,我國約有65%的耐火材料屬于鋁硅系產品,而鋁硅系產品中又有65%左右以高鋁礬土為原料。因此,高鋁礬土是生產Al2O3-SiO2系耐火材料極其重要的原料。高鋁礬土熟料的物相組成為剛玉、莫來石和方石英,其化學成分、體積密度、吸水率以及礦物的均勻性對于所制高鋁質耐火材料的使用性能有決3定性影響。根據YB/T5179-2005的規定,高鋁礬土熟料按其理化指標的不同分為如表2所示的9個等級。


2、碳化硅

碳化硅(SiC)為共價化合物,原子間為共價鍵結合,由于其較強的共價鍵鍵力,該材料具有較佳的常溫和高溫物理性能。碳化硅耐火度很高,在還原氣氛中可達2600℃,其硬度較大(莫氏硬度9~9.5),熱導率高(500℃時達64.4W/(m·k)),熱膨脹系數較小,為5.68×10-6/℃(1000~2400℃),同時它還具有抗侵蝕、耐沖擊、抗氧化等優異性能[6-7]。

雖然碳化硅具有非常好的常溫和高溫使用性能,但該材料在自然界極少,工業所需碳化硅主要靠人工合成。人工制備碳化硅的方法主要有以下5種;

1) 碳熱還原二氧化硅;

2) 元素合成碳化硅;

3) 熔鹽法制取碳化硅;

4) 氣體化合物制取碳化硅;

5) 用蒸汽-液體-固相法制取等。

其中,用在耐火材料工業生產中的碳化硅,常采用SiO2碳還原法制取。在電阻爐中用碳還原SiO2時,在1250℃以下,生成的CO不能使碳化硅氧化,當達到更高溫度時,生成的CO接著與SiO2起反應,進而還原SiO2,并在晶體表面析出游離碳。

在鋁硅系耐火材料中引入碳化硅后,碳化硅在燒成過程中部分氧化生成SiO2,在制品表面形成一定厚度的玻璃相,由于表層碳化硅氧化,使磚內部形成弱還原氣氛,內部碳化硅被活化氧化,生成SiO氣體,SiO擴散到界面時被重新氧化成SiO2,這些SiO2與其他雜質一起形成的玻璃相,起到堵塞氣孔抑制進一步氧化、減緩侵蝕的作用。另外,碳化硅氧化生成的部分SiO2亦會在一定溫度下與材料中富余的A12O3反應生成莫來石。

碳化硅還具有較高的熱導率,加入后會提高材料的熱導率,再加上碳化硅熱膨脹系數較小且和莫來石熱膨脹系數非常接近,會大量減少外界溫度急劇變化時材料產生的內應力,這對材料熱震穩定性的改善具有很大的促進作用。另一方面,如果SiC氧化過量,會使材料氧化層過厚,再加上氧化過程會生成SiO氣體,內部生成的氣體增多時,會使材料內部結構變得疏松,從而使材料結構得到破壞。碳化硅過度氧化不僅會使材料結構致密性降低,同樣由于其氧化會產生較多的SiO2,而SiO2晶型轉變對溫度十分敏感,也就會對材料的熱震穩定性產生不利影響。因此,在某些使用環境下,為了防止材料中SiC過度氧化,在其中加入適量防氧化劑變得十分必要。其中,常用的一種防氧化劑為Si粉,Si作為單質具有較大活性,會先于SiC氧化后生成SiO2,因此,隨著Si加入量的增加,制品氧化層厚度會呈現減薄的趨勢。但當Si加入量持續增加超過2%時,其氧化生成的SiO2增多,進而就會造成材料中二次莫來石化效應過大,體積膨脹過大,使材料結構疏松,體積密度降低,氣孔率升高。另外一種常用的防氧化劑為金屬Al粉,同理,金屬Al粉會早于SiC被氧化生成Al2O3,抑制碳化硅氧化。金屬Al和SiC分別氧化生成的Al2O3和SiO2會在1400℃左右開始莫來石化反應。

此外,將金屬鋁和單質硅作為防氧化劑同時加入制品中,對抑制SiC的過氧化具有極其有效的作用?v然單質Si熔點高達1414℃,但其和金屬Al低共熔點溫度卻僅有577℃,因此二者作為防氧化劑復合加入時,會在較低的溫度下產生液相,有利于離子的擴散和轉移,從而降低反應生成溫度。

3、莫來石-高硅氧玻璃復相材料

由于粘土熟料的燒結溫度低等原因,其熟料的物相組成中一般含有10%~25%的方石英。在上世紀,國外已經開始從制備工藝和引入添加劑等方面著手,嘗試將鋁硅系耐火熟料中的方石英溶入玻璃相,制備得到了具有莫來石網絡結構的莫來石-高硅氧玻璃復相材料。

莫來石-高硅氧玻璃復相材料,是由晶態的莫來石與非晶態的富硅玻璃相組成的新型耐火材料,其具有較高的荷重軟化溫度、較低的熱膨脹系數以及優異的熱震穩定性等優良性能。按雜質堿金屬氧化物含量的不同,可將莫來石-高硅氧玻璃復相材料分為高雜質含量(R2O在0.2%~2.0%)和低雜質含量(R2O<0.2%)兩大類。作為高SiO2含量的莫來石合成料,其物相中并無方石英的存在,此外,再加上其結合緊密的莫來石網絡結構以及高黏度的富硅玻璃相,這些都對材料在高溫下的使用性能特別是熱震穩定性具有極大的改善作用。

李博文等采用天然藍晶石礦物制備得到了莫來石-高硅氧玻璃復相材料。其燒結溫度為1500~1600℃,制得的莫來石晶粒較大、含量較高。在該材料中,莫來石含量75%~80%,玻璃相20%~25%,各相分布較為均勻。制備得到的藍晶石基莫來石體積密度在1.99~2.11g/cm3,但其常溫耐壓強度卻高達163~264MPa,理化性能指標明顯優于以高嶺土或高鋁礬土為原料制得的同類材料。

廖桂華采取引入適當添加劑的方法,將粘土煅燒成了不含方石英的莫來石-高硅氧玻璃相材料。實驗得出,采用像長石這樣的富含鉀鈉的天然礦物作添加劑更為有利于莫來石-高硅氧玻璃相材料的合成。因為這類礦物既能使粘土在較低的溫度下燒結,且其價廉易得,有利于保持混和料的組成穩定,但加入量不能太多,否則會降低材料的耐火性能。

藍晶石基莫來石(KyanitebasedMullite),簡稱KBM,作為莫來石-高硅氧玻璃復相材料的一種,目前國外只有美國弗吉尼亞藍晶石礦業公司對其進行了工業生產,而國內當下也僅有南陽開元藍晶石礦公司對其進行了開發應用。它以藍晶石礦為起始原料,加入添加劑后經濕磨、壓濾、真空擠泥成型,最后在1500℃~1650℃下煅燒制得。根據合成的藍晶石基莫來石Al2O3含量的不同,可將其分為KBM45、KBM50、KBM55、KBM60等系列。

其中,合成KBM45和KBM50采用的基礎原料是Al2O3含量在45%左右的低品位藍晶石礦,KBM50則添加有少量的工業氧化鋁來調配其成分,合成溫度分別在1500℃和1600℃。而KBM55和KBM60則將Al2O3含量在50%左右的中品位藍晶石礦作為原料,在此基礎上加入不同量的工業氧化鋁來調節其Al2O3含量,并加以不同量的復合助燒結劑,合成溫度分別在1600℃和1650℃。四種藍晶石基莫來石原料的部分物理性能如表3所示。

4、廣西白泥

廣西白泥是一種軟質高嶺土,其主要化學成分為SiO2含量45.3%~51.6%,Al2O3含量26.0%~36.8%,Fe2O3含量0.65%~2.20%,K2O+Na2O<1.50%。廣西白泥的主要礦物組成為無序高嶺,其含量有時高達90%,其次為石英,一般含量在30%以下,此外,還含有微量的鈦鐵礦物等。作為耐火材料結合劑,廣西白泥具有極好的流動性、可塑性和結合性等物理性能,是我國目前所發現質量最好的軟質耐火粘土。廣西白泥廣泛應用于耐火材料行業,包括制作出粘土結合澆注料、噴補料、耐火結合粘土、炮泥添加劑等。其中市場上銷售的一種廣西金石維羅白泥理化指標如表4所示;


備案號:蘇ICP備10026255號-1
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