高铝砖的简介 

 一、 简介  高铝砖：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。  耐火砖：具有一定形状和尺寸的耐火材料。按制备工艺方法来划分可分为烧成砖、不烧砖、电熔砖、耐火隔热砖；按形状和尺寸可分为标准型砖、普通砖、特异型砖等。例如：耐火粘土砖、高铝砖、硅砖、镁砖等。

 二、 原料矿  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      2  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。

三、 技术性能  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   3  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。    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％。    4  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。