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红柱石及红柱石耐火材料的特性

文章编辑:耐火材料 发表时间:2021-03-29 浏览次数:80次

以氧化物为主要原料的耐火材料是耐火材料的主要组成部分,粘土砖而超过95%氧化物基耐火材料都属于MgO-Al2O3-SiO2三元系(图1)。相图中所示的高铝矾土,焦宝石,莫来石,石英和红柱石是铝硅系原料中主要的天然原料。

与其他原料不同,红柱石不经煅烧即可使用。它的主要特性是在1200度以上较高的反应活性和莫来石转化。莫来石化的温度取决于红柱石的粒度和纯度。

3(Al2O3?SiO2)→3Al2O3?2SiO2+SiO2

红柱石莫来石富硅玻璃相

图1MgO-Al2O3-SiO2三元系相图

在红柱石晶体的一次莫来石化中,从红柱石晶体中析出的富硅玻璃相与能够与氧化铝反应形成二次莫来石。

2SiO2+3Al2O3→3Al2O3?2SiO2

富硅玻璃相煅烧氧化铝二次莫来石

红柱石和硅线石的晶体结构同为斜方晶系,红柱石莫来石相变开始温度较低(颗粒约为1200℃;微米级粉约为1000℃),1450-1500℃时红柱石基本全部转变为莫来石。但硅线石莫来石相变开始温度较高,约为1450℃,完全莫来石化温度需1700℃以上。在使用温度低于1650℃的耐火材料中,硅线石的莫来石化过程难以完全发挥。蓝晶石的晶体结构为三斜晶系,密度高于红柱石和硅线石,其莫来石化相变开始温度低(1150℃),约1300℃转变完成;体积变化很大(15%-18%)。相变开始的温度和范围以及膨胀率的大小,决定着“三石”原料的实际应用。

纯红柱石砖大约含有85%的莫来石和15%的玻璃相,没有方石英存在。伴随着莫来石转化,红柱石(D59)可产生比其他铝硅系原料如焦宝石(C45),60莫来石(C60),70莫来石(SM),88和90高铝矾土(B88和B90)更高的膨胀(图2)。

图2 几种铝硅系原料的膨胀系数

莫来石化的红柱石呈现出一种特有的显微结构,叫做莫来石一玻璃复合网状结构(图3)。这种莫来石晶体网状结构占据原有红柱石颗粒空间,红柱石外观结构仍然存在。

图3 红柱石相转变形成的一次莫来石(左)和二次莫来石(右)

(热风炉用红柱石砖)

由于热震或热应力的影响而产生的微细裂纹会被莫来石晶体网络中的玻璃相所弱化或“修复”,从而大大提高耐火材料的热震稳定性。图4是几种烧成砖的热震稳定性比较,红柱石的热震稳定性是普通高铝砖的3倍。

 

图4几种烧成砖的热震稳定性

(自左至右:红柱石砖,粘土砖,刚玉砖,高铝砖)

 

通过莫来石化反应,红柱石质耐火材料的机械强度得到提升,荷软提高,抗轜变性也得到明显提升。河南耐火砖厂家红柱石质耐火材料对性能的改善汇总于表2。

值得一提的是由于红柱石产品中不可避免地会存在杂质。但这些杂质多集中分布,不会对总体性能产生明显影响。


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