高铝砖和多熟料粘土砖的生产工艺类似,不同之处在于配料中熟料比例较高,可高达90~95%,熟料在破碎前需分级拣选和筛分除铁,烧成温度较高,如Ⅰ、Ⅱ等高铝砖用隧道窑烧成时一般为1500~1600℃。
中国生产实践证明,高铝熟料在破碎前严格拣选分级、并分级贮存,采用矾土熟料和结合粘土共同细磨方法,可提高产品质量。
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。
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。
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。
尤其是加入不同材质的复合型材料后,应用更加广泛,加入刚玉、碳化硅、氮化硅、红柱石、蓝晶石、硅线石、镁粉等材料后,可在不同领域的特殊炉衬内使用。更加拓宽了高铝砖的使用范围。
高铝砖是耐火材料中应用广泛和用量大的一种耐火材料制品,应用之广泛,可以用在冶金、建材、环保、电力、玻璃等行业的不同炉衬使用,适合在1250-1500℃高温下使用。
高铝砖主要由铝土矿熟料等材料制成,经高温混合、成型、干燥、烧结。高铝砖的氧化铝含量因比例而异。一般含量稳定在48%-80%,高氧化铝含量可达90%,耐火温度可达到1770℃。
高铝砖通常三个级别:
高铝砖:AL2O3含量大于75%;
二级高铝砖:AL2O3含量65%~70%;
三级高铝砖:AL2O3含量55%~60%;
高铝砖中的铁含量对其性能的影响是的,高铝砖中的铁元素能够降低其耐火度,主要原因在于铁的氧化物在高温下易于形成低熔点液相。同时,铁元素在高温环境中容易和其他物质发生反应,进而改变高铝砖的内部结构,致使其高温强度降低。铁含量较高会使高铝砖的热导率增大,导致热量传递加快影响其隔热效果和能源利用效率,所以高铝砖的生产过程中,对原料中的杂质含量有严格的要求。
在高铝砖的生产过程中,一些常见的铝含量的高铝砖的铁含量是固定的,例如,48%高铝砖原料采用 60%高铝矾土熟料,铁含量需在 3.0%以内;55%高铝砖原料采用 65%高铝矾土熟料,铁含量需在 2.5%以内;65%高铝砖原料采用 75%高铝矾土熟料,铁含量需在 2.2%以内;75%高铝砖原料采用 85%高铝矾土熟料,铁含量需在 2.0%以内;80%高铝砖原料采用 88%高铝矾土熟料,铁含量则要在 1.5%以内。所以,严格的控制铁含量对高铝砖的质量是非常有必要的。
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