鈣長石質(zhì)隔熱耐火磚的研制

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1、鈣長石質(zhì)隔熱耐火磚的研制于小靜姚春戰(zhàn)唐山時(shí)創(chuàng)耐火材料有限公司063100摘要：利用高嶺土、藍(lán)晶石、硅灰石等為主原料，以石膏作為膠凝材料、泡沫法生產(chǎn)鈣長石質(zhì)隔熱耐火磚的可行性。試驗(yàn)表明，α石膏、β石膏按2:1配合加入、泡沫泥漿容重按1.07-1.2/g/cm3控制，即可制得各項(xiàng)指標(biāo)均符合德國JM23標(biāo)準(zhǔn)的隔熱耐火產(chǎn)品，并能投入工業(yè)化生產(chǎn)。關(guān)鍵詞：鈣長石，泡沫泥漿，隔熱耐火磚鈣長石的熔點(diǎn)為1550℃，它具有密度小、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱率低等特點(diǎn)，可部分替代工作溫度在1000-1300℃的粘土質(zhì)、硅質(zhì)、高鋁質(zhì)耐

2、火材料，并實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，自然界中天然的鈣長石很少，近幾年以鈣長石為主晶相的輕質(zhì)隔熱磚在國外已被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)窯爐中，但我國的鈣長石質(zhì)隔熱耐火磚的工業(yè)化生產(chǎn)還基本屬于空白，國內(nèi)所用的鈣長石磚主要依賴外國公司生產(chǎn)，高昂的價(jià)格直接影響了窯爐的建造費(fèi)用，用其它材質(zhì)的磚代替又會(huì)造成能源的浪費(fèi)，在大力提倡節(jié)能降耗的今天，研制符合國際標(biāo)準(zhǔn)的鈣長石質(zhì)隔熱耐火磚并工業(yè)化生產(chǎn)的工作迫在眉睫。1.試驗(yàn)1.1原料的選擇國外鈣長石質(zhì)隔熱耐火磚典型的理化指標(biāo)如表1：表1鈣長石質(zhì)隔熱耐火磚的性能種類德國日本其它國家JM23JM2

3、3ABABCD重?zé)€變化≤0.5%的溫度℃120013001100120010901260體積密度g/cm30.450.480.480.520.460.500.500.50耐壓強(qiáng)度MPa0.81.10.81.10.81.01.11.2抗折強(qiáng)度MPa0.70.90.70.90.81.00.70.8導(dǎo)熱系數(shù)W/m.k0.130.160.150.160.160.170.130.12（溫度℃）（400）（600）（400）（400）（400）（400）（400）（400）氣孔率%83811000℃線膨脹率%0.

4、440.450.540.540.5-0.60.5-0.6化學(xué)組成%SiO244.744.443.643.844444544Al2O335.83739.639.939393838CaO16.115.210.910.9本試驗(yàn)以德國的JM23鈣長石質(zhì)隔熱耐火磚為研發(fā)目標(biāo)。輕質(zhì)磚的制造方法包括可燃物加入法、泡沫法和化學(xué)法，要生產(chǎn)體密0.5g/cm3的鈣長石磚，我們決定采用泡沫成型法。為保證磚坯在如此小的體密下具有大生產(chǎn)的可操作性，選用石膏作為膠凝材料。制備鈣長石質(zhì)輕質(zhì)磚，最主要的是合成鈣長石的方法。理想鈣長石的

5、化學(xué)組成是CaO·Al2O3·2SiO2,熔點(diǎn)是1550℃，當(dāng)鈣長石晶體內(nèi)或晶體之間含有K2O、Na2O、Fe2O3及其它雜質(zhì)時(shí),體系開始出現(xiàn)液相及完全熔融的溫度都會(huì)大幅度降低，所以試驗(yàn)用原料必須純度要高，而且各種原料燒結(jié)反應(yīng)形成的最終產(chǎn)物的化學(xué)成分接近鈣長石分子式中的3種氧化物的百分組成：CaO=20.1%，Al2O3=36.7%，SiO2=43.2%。作為膠凝材料的石膏為半水石膏，遇水反應(yīng)形成倍水石膏：CaSO4·?H2O+1?H2O→CaSO4·2H2O，澆注體達(dá)到硬化效果。在加熱過程中倍水石膏先

6、失去結(jié)晶水，形成無水石膏：CaSO4·2H2O→CaSO4+2H2O，然后隨著燒成溫度的升高，到800℃時(shí)，無水石膏開始分解為三氧化硫和氧化鈣：CaSO4→SO3↑+CaO，三氧化硫作為氣體排出，使坯體內(nèi)部產(chǎn)生空隙，余下的氧化鈣與含Al2O3、SiO2的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)才能產(chǎn)生鈣長石，根據(jù)鈣長石的分子組成，我們?cè)囼?yàn)的首選Al2O3-SiO2系原料為高嶺土。高嶺土在450—550℃之間發(fā)生分解，排除結(jié)構(gòu)水，并形成偏高嶺石：Al2O3·2SiO2·2H2O→Al2O3·2SiO2+2H2O↑，溫度繼續(xù)升高，偏高

7、嶺石分解為無定型的Al2O3和SiO2：Al2O3·2SiO2→Al2O3（無定型）+SiO2（無定型），此時(shí)高活性的Al2O3（無定型）、SiO2（無定型）與石膏分解出的氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，形成鈣長石：Al2O3（無定型）+2SiO2（無定型）+CaO→CaO·Al2O3·2SiO2。為了抑制在燒成過程中過大的體積收縮，引入藍(lán)晶石作為膨脹劑。藍(lán)晶石在高溫煅燒時(shí)，于1200℃開始分解成莫來石和游離SiO2：3（Al2O3·SiO2）→3Al2O3·2SiO2+SiO2，在大量莫來石和少量鈣長石形成的過程中產(chǎn)

8、生較大的體積膨脹，該體積膨脹發(fā)生在有少量液相存在的溫度區(qū)間，因此不對(duì)磚坯產(chǎn)生破壞作用，并且能補(bǔ)償磚坯在燒成過程中所產(chǎn)生的大量收縮。由于石膏中CaO的引入，使體系在非平衡狀態(tài)下提前出現(xiàn)液相，促進(jìn)燒結(jié)和反應(yīng)的進(jìn)行，使制品具有很高的強(qiáng)度。這時(shí)配料中氧化鋁出現(xiàn)明顯過剩，為維持總的化學(xué)成分與設(shè)計(jì)相符，選擇加入硅灰石，其化學(xué)組成為CaO=54.9%，SiO2=45.1%，在焙燒的條件下硅灰石是化學(xué)上比較活躍的礦物，它可與許多礦物發(fā)生固相反應(yīng)，在1000