各种耐材烧成

粘土砖1.粘土砖的组成:含Al2O3为30~46%，SiO2为50~65%，另外还含有少量碱金属与碱土金属的氧化物。

粘土砖是由耐火粘土煅烧的熟料作瘠化剂(粘土经充分煅烧已充分收缩。

在烧成制砖时，不再有显著的体积收缩)掺以结合粘土作粘接剂于1300℃~1400℃下烧成的制品。

2.粘土砖的性质:(1)耐火度粘土砖随着氧化铝含量的提高则耐火度也跟着提高。

特等:耐火度不低于1750℃一等:耐火度不低于1730℃二等:耐火度不低于1670℃三等:耐火度不低于1580℃(2)荷重软化点:粘土砖的荷重软化开始温度在1350℃左右。

其原因是砖内含有玻璃相造成荷重软化点温度低。

(3)体积稳定性:粘土砖的使用温度不能超过烧成温度，否则会使体积收缩，使砌体砖缝加大。

(4)热稳定性:粘土砖的热稳定性好，因为砖内含有莫来石，膨胀系数小。

另外砖内含有玻璃相，起到缓冲作用，使应力得不到发展。

在850℃下可以经得住水冷10次。

(5)抗渣性粘土砖含有一定SiO2是属于弱酸性耐火材料，它能抵抗酸性渣的侵蚀，对碱性抵抗力差。

3.粘土砖的理化指标粘土砖用途广泛，凡无特殊要求的砌体均可用粘土砖砌筑。

粘土砖的理化指标如下表。

普通粘土制品的理化指标高铝砖(highaluminabrick)利用天然高铝原料加入部分结合粘土制成的Al2O3含量大于48%的铝硅系耐火制品。

用铝硅系原料生产的耐火材料中，以Al2O3为主要成分划分的砖有高铝砖､莫来石砖及刚玉砖。

中国的铝土矿(亦称铝矾土)资源较丰富。

用天然铝矾土生产的高铝砖，Al2O3含量很难超过90%，因此，传统上取90%Al2O3为高铝砖中Al2O3含量的最高值。

此值以上为刚玉制品。

在高铝砖的组成中，有一个稳定的化合物——莫来石(3Al2O3､2SiO2)，用人工可制造出接近理论成分的莫来石矿物相，故又单列出莫来石制品。

莫来石和刚玉是构成高铝砖的主要晶相。

莫来石的网状结构使砖具有良好的高温强度;刚玉晶体呈惰性，抗酸､碱性渣好。

使高铝砖在使用中显示出良好的高温性能和化学性能，并且随Al2O3含量的提高而越加明显。

简史20世纪20~30年代，英国､美国对印度及本国的硅线石族原料进行了研究。

制成的砖根据加入的粘土数量的不同，Al2O3含量在42%~60%之间。

美国将用一水铝石制造的砖称为高铝砖。

这种砖主要用于锅炉及陶瓷工业方面。

尽管高铝砖具有优良的使用性能，但它们的价格高，使用受到限制。

含铁量高的天然铝矾土不能直接用来制砖。

制造氧化铝含量较高的砖，是在蓝晶石的基础上再加入氧化铝粉，先煅烧成熟料，再进行制砖。

工艺复杂，成本也高。

前苏联最早采用蓝晶石制造塞头水口砖用于浇注优质钢。

中国在1953年由唐山钢铁(集团)公司古冶耐火材料车间，利用当地的天然一水铝石--高岭石质铝矾土为原料，首先制出高铝砖，技术指标为:Al2O3含量87.34%，常温耐压强度208.5MPa，显气孔率8.8%，体积密度3.29g/cm3，荷重软化温度T0.61630℃。

1954年重庆钢铁公司利用贵阳铝矾土制出Al2O3含量大于85%的高铝砖､高铝塞头及水口砖。

其技术指标为:Al2O357.17%，显气孔率11.03%，体积密度2.51g/cm3，常温耐压强度74MPa，真密度2.94g/cm3。

原料在自然界中主要有铝土矿和硅线石族矿物。

硅线石族矿物存在于受过变质过程的泥质岩中，或原矿床经风化后的冲积层中。

在变质期间经历了温度与压力的演变作用，泥质岩内部基质结晶，形成硅线石､红柱石及蓝晶石矿。

它们有着相同的化学成分，其理论组成为Al2O362.93%，SiO237.07%，是天然的无水硅酸铝原料，但它们有不同的矿物特性。

大部分无水硅酸铝原料，需要经过选矿，提高纯度才能使用。

铝土矿化学组成及物理性能变化的范围很大，是由于它在成矿初期，含铁物质与氢氧化铝呈胶体状的混合物的缘故。

矿床分布较广，有些矿床对耐火材料是无价值的，主要作炼铝的原料。

原料中含铁量高的，俗称铁矾土。

作为耐火材料使用的是呈白色或灰白色，较纯的矿，耐火度在1800~2000℃。

原料的化学组成变化较大。

铝土矿的特性与氧化铝相似，与碱金属氧化物作用，生成铝酸盐，起酸根的作用;与酸作用，生成铝盐。

铝矾土是非塑性的含水氧化铝矿物，含有一水铝石和三水铝石。

一水铝石的分子式为Al2O3•H2O，属斜方晶系白色鳞片状，硬度7，密度3.5g/cm3。

中国铝矾土主要矿物是一水硬铝石和高岭石的混合物。

其他次要矿物有勃姆石､迪开石､三水铝石､金红石及含铁矿物等，普遍Al2O3含量高､Fe2O3含量低，灼减14%左右。

矿石很硬，不易破碎。

三水铝石的分子式为Al2O3•3H2O，它比一水硬铝石的结晶更明显。

通常形成块状结核，断面光滑，密度2.4g/cm3。

有类似球粘土的加热收缩量。

纯的三水铝石熔点2035℃，也是一种很好的耐火原料。

铝矾土开采时必须分级，且不能混入其他矿石。

对原料本身的杂质氧化物必须限制，Fe2O3不超过2%~2.5%，CaO不超过0.5%~0.7%，尤其K2O､Na2O的含量更应严格控制。

天然的含水及无水高铝原料，加热时出现收缩或膨胀。

在制砖之前预先煅烧可控制或减轻这些现象。

煅烧原料可用回转窑､竖窑及倒焰窑。

采用回转窑，以油为燃料，可达到高温，灰分少，能获得高质量的熟料，用竖窑或倒焰窑煅烧时，生烧料多，带来的灰分､杂质多，劳动强度大，但投资少､见效快。

硅线石族矿物受热产生膨胀，生成莫来石和游离氧化硅，其反应为:3(Al2O3•SiO2)---->3Al2O3•2SiO2+SiO2开采的硅线石族矿石，经过精选后所含杂质甚微。

煅烧后生成的莫来石结构均匀。

按理论计算，莫来石含量达86%。

形成莫来石过程的特点是:从颗粒表面开始，逐渐向颗粒内部扩展。

这种同质异型矿物具有膨胀特点，可不经煅烧，直接用来制砖，故又称为节能原料。

铝矾土加热变化可分为3个阶段，即分解阶段､二次莫来石化阶段和重结晶烧结阶段。

分解阶段在400~1200℃范围;二次莫来石化阶段开始于1200℃，完成温度根据铝矾土中Al2O3/SiO2比的不同在1400~1500℃范围内;温度再高为重结晶烧结阶段。

在整个煅烧过程中，出现莫来石时产生膨胀，所以除了莫来石组成范围的铝矾土难烧结外，大部分的铝矾土烧后都呈现烧成收缩。

经过煅烧生成晶相与玻璃相。

不同Al2O3含量的铝矾土煅烧后生成不同含量的莫来石､刚玉。

同时，铝矾土原料还含有TiO2､Fe2O3､CaO､MgO､K2O､Na2O等氧化物，称为杂质氧化物。

其数量不多，危害很大。

原料煅烧后，杂质集中部分呈现熔瘤，使制品的耐火度下降，破坏砖的结构。

在Al2O3-SiO2系材料中，对液相形成温度影响最大的是碱金属氧化物，如K2O､Na2O，它们分别使Al2O3-SiO2二元系的共熔点下降545~736℃，影响最小的是TiO2。

事实上，杂质氧化物同时存在，下降的温度远大于上述温度。

影响共熔点温度的氧化物顺序如下(由大到小)。

R2O氧化物使生成的液相温度降低，随R2O数量的增加，其液相量相应增多。

同时液相粘度下降，流动性增大。

铝矾土经煅烧后，上述这些杂质氧化形成低熔物呈现于料块表面，必须经过拣选去除，最后经过分批化验，必须符合表1所列要求。

性能高铝砖随原料中Al2O3含量的不同，技术性能亦不同(表2)。

对有特殊要求的热工设备，在相应的Al2O3含量条件下，可改变工艺，制造出符合性能要求的制品，例如高炉操作受到炉内高温､高压､碱蒸气及还原气氛的侵袭，又有炉料的摩擦及渣的腐蚀，高炉高铝砖必须具有高致密度，低透气性及低Fe2O3含量的特点;热风炉高铝砖要求优良的蠕变性;电炉顶高铝砖需要高耐火度､好的抗热震性。

高铝砖的矿物组成根据所使用的铝矾土所定，熟料的矿物组成一般是莫来石､刚玉和玻璃相。

莫来石理论组成为Al2O371.8%，SiO228.2%，其熔融分解温度为1840℃。

具有针状结晶，呈网络交叉结构，高温状态表现出较好的强度。

刚玉以α-Al2O3形态存在，熔点为2050℃，硬度为莫氏9级，呈粒､柱状晶体，有良好的化学稳定性，对酸､碱性炉渣都有一定的抵抗能力。

以莫来石矿物组成为基础，根据Al2O3含量，可以判断高铝砖的相组成。

砖中Al2O3低于71.8%时，组成基础是莫来石和SiO2，如LZ-48牌号砖。

因含有大量的SiO2在高温下形成的液相可达20%~30%;砖中Al2O3超过71.8%时，多余的Al2O3在高温下形成刚玉晶体，同时生成2个高温晶相，共熔温度由低Al2O3含量砖的1595℃上升到1840℃，如牌号为LZ-75的砖。

实际上，生产中不可能反应达到完全的相平衡状态，但形成的玻璃相甚少，存在于晶相的局部间隙中，含量不超过10%。

高温机械性能不完全取决于砖内的Al2O3含量，更取决于形成的晶体形状及玻璃相数量，组成与粘度。

对高铝砖进行的蠕变试验或刚性模量和断裂模量的研究表明，莫来石质砖高温机械性能好于高Al2O3含量的砖。

LZ-75牌号的高铝砖，尽管形成大量的高耐火度的α-刚玉晶体，呈粒､柱状，其微观结构坚固性不亚于莫来石结构，但在应力作用下晶间少量的玻璃液使其产生滑移，引起结构变形､强度下降。

莫来石质砖，如LZ-65､LZ-55牌号，主要是莫来石晶体，呈针状，形成交叉网络结构，玻璃相充填其间，能承受应力，不易变形，具有良好的高温强度，尤其用硅线石族原料制的砖，原料纯度高，经过烧成生成莫来石与SiO2除少量的SiO2与极微量杂质形成玻璃相外，其余的SiO2生成方石英充填于莫来石晶间，在冷却后产生永久膨胀。

该砖在长期使用中表现良好的抗蠕变性。

LZ-48牌号的砖，尽管生成莫来石晶体，但它被大量的玻璃相淹没，所以高温机械强度较差，但常温耐压强度较好。

因而，等速蠕变速率不同。

LZ-75牌号砖的转折温度在1120~1130℃;LZ-48牌号砖的转折温度在1050℃;而莫来石质砖没有观察到转折点。

以莫来石和刚玉为基本组成的高铝砖高温断裂模量及刚性模量于800℃开始出现转折;抗张强度在1000℃附近开始转折，它们都有一个共同点，即在常温至1000℃之间，其强度随温度升高而增加，反映了两晶相受热膨胀减轻了残余内应力，使微裂纹弥合，导致强度升高。

同样，玻璃液粘度起到加速破坏结构的作用。

尤其是K2O､Na2O 的存在，不但使生成液相的温度降低，而且使液相粘度下降，流动性增大，导致制品高温强度迅速降低，甚至出现溃裂。

制造工艺优良的原料仅是制造高质量砖的前提，还需依靠合理的工艺流程来保证。

高铝砖的工艺流程见图。

破粉碎把料块破碎､粉碎､筛分成各级颗粒度。

颚式破碎机是最常用的熟料粗破碎设备。

中碎设备有干碾､短头圆锥破碎机及对辊机，其中短头圆锥破碎机具有粉尘少､效率高､碎粒呈棱角形等优点。