耐火澆注料
                      什么是三石?在不定形耐火材料的應用有哪些
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                      什么是三石?在不定形耐火材料的應用有哪些

                      發布時間:2020/9/2 11:48:17


                      什么是三石
                      三石系指藍晶石、硅線石、紅柱石三種高鋁硅酸鹽礦物,也稱藍晶石族礦物。它們是同質異形體。其化學成分相同,均為Al2O3·Si02,其中Al2O3 占63.1%,SiO2占36.9%。但因生成條件不同,晶體結構不同,主要表現在陽離子配位上有差異,故其理化性能既有共性,又有差異。在高溫下分解為莫來石和熔融狀游離Si02。在此過程中,硅線石開始分解的溫度約為1500—1550℃,分解速度慢,分解后的體積膨脹值居中,莫來石結晶發生在整個晶粒中,晶體呈短柱狀、針狀,長約3μm;而紅柱石分解溫度居中,約1350—1400℃,分解速度居中,分解后體積膨脹小(約3—5%),莫來石結晶在顆粒表面開始,逐步深入內部,莫來石晶體呈針狀、柱狀,長約20μm。藍晶石晶體分解為莫來石的溫度低,約1300—1350℃,分解速度快,分解后的體積膨脹值也較大,莫來石結晶也是在顆粒表面開始的,逐步深入內部,晶體呈長針狀,長約35μm。三石與高鋁礬土原料相比,其有害雜質含量低,例如在礬土熟料中Ti02、Fe2O3、RO、R20雜質總量高達4.5—5.0%,而三石中的雜質總量高者約占2.3%(其中紅柱石約有1%),是礬土中雜質含量的一半。特別是R2O很低,約0.1—0.4%。此外,三石在一定溫度下,將分解成莫來石和熔融狀游離SiO2,使制品具有耐水度高,抗化學腐蝕性好,熱膨脹性低的特點。這三種礦物在加熱時均產生體積膨脹,尤以藍晶石的膨脹大,硅線石次之,紅柱石小。因而在制耐火磚時,藍晶石與硅線石需經過煅燒后方可使用,紅柱石則可不經煅燒直接制耐火磚,因其不大的膨脹可抵消結合粘土的收縮。
                      不定形耐火材料應用三石精礦作為膨脹劑
                      不定形耐火材料的各品種,如澆注料、可塑料、搗打料及耐火泥漿,都不同程度使用到藍晶石、紅柱石及硅線石,尤其是藍晶石使用更為廣泛。 
                      主要機理是利用三石礦物在高溫下分解,莫來石化反應伴隨的體積膨脹,以補償不定形耐火材料在高溫下的收縮,使線膨脹趨于正值,減輕結構剝落,增強材料體積穩定性。
                      此外,三石礦物的分解,形成莫來石礦物對材料的荷重軟化溫度、強度等都有良好的作用。
                      不定形耐火材料的膨脹劑還有使用石英(SiO2)的。利用石英同質多象轉變產生的膨脹來補償不定形耐火材料高溫下的收縮。其中主要應用α-石英(高溫石英)轉變成α-方石英的膨脹,因它體積變化大。
                      但是將石英與藍晶石相比較,藍晶石使用效果較好。一則是膨脹值相對較大,二則是由于藍晶石分解,獲得莫來石晶相,對材料高溫性能有利。因此,目前在不定形耐火材料中常用藍晶石作為膨脹劑,或與紅柱石或硅線石復合作為外加物使用。
                      利用藍晶石、紅柱石和硅線石的分解莫來石化反應,對材料的性能產生好的影響,需要根據作業溫度選擇好品級、用量和粒度,否則會使材料內部惡化,造成材料的膨脹裂紋和密度及強度的降低。
                      以上的方法是利用三石礦物的分解,莫來石化伴隨的膨脹反應和石英晶型轉變產生的膨脹反應,補償不定形耐火材料高溫下的收縮,增強體積穩定性。但是,膨脹反應對材料的良好影響不止于此。上面幾章討論的如熱風爐用低蠕變磚、改性高鋁磚系列等,就是利用材料內部的膨脹反應來提高荷重軟化溫度和抗蠕變性、抗熱震性等性能。所以我們要很好地利用三石來改善耐火材料的性能。
                      這里順便指出,在耐火材料里大量存在著膨脹反應的問題。例如,以上討論的熱風爐用低蠕變磚的研發,其基質就有膨脹化效應問題。基質中:剛玉與石英的反應(△V= 
                      +10%);藍晶石、紅柱石、硅線石在高溫下轉變為莫來石時,有膨脹效應。分別為△V= 
                      +18%、+5.4%、+7.2%;又如:SiO2變體的膨脹效應;ZrO2晶形轉變引起的膨脹化效應;高嶺石加熱變化過程,體積收縮效應 (△V= 
                      -20%)等等。關于膨脹反應對材料性能的影響,田守信的研究結果表 明:固-固相的膨脹反應,如M+A=MA,使耐火材料膨脹、氣孔率增加和體積 
                      密度下降;固-氣的膨脹反應,如SiC+3/202→SiO2+CO、Si+O2→SiO2,使耐火材料膨脹和增重,它對材料的體積密度和總氣孔率幾乎沒有什么影響,但它使閉氣孔率增加和顯氣孔率減少;對于CaO的固-氣相水化反應,在水化的初期階段,顯氣孔率下降約1%,隨后,材料的體積和氣孔率增加,很快試樣產生裂紋,松散甚至粉化;對于材料內的液-氣相沉積反應,同氣-氣相沉積反應一樣, 
                      使氣孔率降低和密度增加。
                      總之,除了重視材料中大量存在的膨脹化反應外,更重要的是設法利用、控制它來改善材料的性能。
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