核壳结构高铝耐火砖的制备及性能研究.pdf

2017年第7期(总第208期)
江西建材
应用研究
核壳结构高铝耐火砖的制备及性能研究
邓志华,范羽宣,王嘉旺,李婷婷,赵旭光韶关学院土木工程学院,广东韶关512005
摘要;本文以高铝矾土微粉为主要原料,磷酸溶液为粘接剂,制备了核壳结构
刚玉相
莫来石相
石英相
高铝耐火砖,并测定了其体积密度、显气孔率、常温强度及热振稳定性等
性能。结果表明:随着显气孔率的増加,砖体的体积密度、抗折耐压强度
煅烧后
逐渐减小,所制备砖体热震性能稳定、热导率低,具有良好的市场前景。
关键词:核壳结构磷酸显气孔率热震稳定性
A1,0
A3A1203·2Si03
不定型耐火材料是由耐火粒状、粉状料与结合剂按一定比例混合
制备而成,不经成型、烧成等工序可直接使用。其中粒状料称骨料,粉
★
状料称掺合料,常通过加入适量外加剂改进材料性质。不定型耐火材
料按工艺可分为浇注料、可塑料、捣打料、喷射料、耐火水泥等,已被广
泛应用于冶金炼铁、炼钢、机械、筑炉等领域…2。高铝质耐火砖作为
一类典型的不定型耐火材料产品,具有成分均匀,工艺简单、隔热保温、
1000℃
轻质抗渣、耐火度高等特点,常作为工业窑炉内衬使用3-4。本文以
高铝矾土微粉为主要原料,磷酸溶液为粘结剂,聚苯乙烯泡沫滤球为造
未经烧结
孔剂,经过成型、干燥、烧结等工艺制备了核売结构高铝耐火砖,并系统
研究了试样体积密度、常温抗折耐压、抗热震性等性能
1实验
20(°)
(1)原料。本实验的原料主要有高铝矾土微粉(平均粒径Dos=
图1高铝矶土微粉1000℃煅烧前后XRD衍射图谱
18.242um),磷酸溶液(有效含量50%,质量分数),聚苯乙烯泡沫滤珠
2)体积密度及显气孔率。图2为核壳结构高铝耐火砖的体积密
(粒径为0.5-5mm)。其中,高铝矾土微粉的化学组成如表1所示。
度及显气孔率。从结果可知,试样的显气孔率随聚苯乙烯泡沫滤球摻
表1高铝矾土微粉的化学成分(wt%)
入量的增加逐渐增大,而体积密度则随之减小。这是因为试样在升温
组成A203
Cao
R,O
时,被浆料浸渍后的聚苯乙烯泡沫滤球逐渐收缩、燃尽,在内部形成孔
含量
8.60
0.13
47
隙;覆着在泡沫滤球表面的浆料颗粒随温度升高逐渐脱水,粘结成一定
(2)样品制备。将高铝矾土微粉、磷酸溶液按一定比例混合制成形状的固体,保留在内部空隙中,形成核壳结构。当加入的聚苯乙烯泡
浆料,充分搅拌后困料12h。外加入一定比例的聚苯乙烯泡沫滤球并沫滤球量增加时,核壳结构就会越多,砖体中孔隙总体积增大,显气孔
不断搅拌(见表2),以使浆料均匀包裹在滤球表面。将混合后的物料
率增加;在试样体积相当时,体积密度随显气孔率增加而下降。
倒入160mm*40m*40m的模具中进行振动成型后,试样经室温养
护、110℃烘干后,在1000℃进行烧制,并保温2h,随炉自然冷却至室
温,得到核壳结构高铝耐火砖。
表2不同配比高铝耐火砖体试样(wt%)
325
试样
高铝矾土微粉
磷酸溶液
聚乙烯泡沫球
0.27
3
0.19
4
0.17
1.25
(3)性能测试。用D8- ADVANCE型X射线行射仪(XRD)确定试
样物相;通过阿基米德法测定试样的气孔率;分别按照《GB/T3001-2007
耐火材料常温抗折强度试验方法》和《GB/T5072-2008耐火材料常温
样占
品编号
耐压强度试验方法》测试耐火材料常温抗折耐压强度;采用《GB/T30873
2014耐火材料抗热震性试验方法》测试材料热震稳定性。
图2体积密度与显气孔率的关系曲线
结果与讨论
(3)常温耐压抗折强度。图3为试样在常温条件下耐压抗折强度
(1)物相分析。图1为高铝矾土微粉1000℃般烧前后的XRD行
曲线。由此可知,随着显气孔率的增大,试样常温耐压抗折强度呈现降
射图谱。从图1中可以看出,粉料中主要物相为刚玉相,少量为莫来石低的趋势。研究发现,耐火材料在受挤压破坏时,主要发生脆性断裂,
和石英相。通过半定量分析可以得出煅烧前后各相的质量分数,如表这种断裂源于裂纹的扩展,而不是位错的滑移。若材料中含有大量气
3所示。经1000℃煅烧后,高铝矾土做粉中刚玉相和石英相的含量略
孔时,直接受力截面积较致密体大大降低,承受的局部应力会更大。材
微增加,而莫来石相相对减少。石英相作为耐火制品中的熔剂矿物,在料中孔隙越多,内部形成的微裂纹就会越多,由于应力集中会逐渐扩
高温条件下充填于砖体孔隙中,促进烧结,能够有效提高砖体的力学强
展。当达到极限应力时,裂纹便会贯穿而使得材料发生脆性断裂5]。
度、耐高温性和持久使用性。
4)热震稳定性。本实验制备的所有试样显气孔率均大于45%,
表3高铝矶土微粉煅烧前后各物相含量(wt%
故选取试样1进行热震稳定性测试。将试样快速升温到1000后,取
出置于空气中冷却,并准确称取质量。经循环25次后质量损失率小于
刚玉相
莫来石相
石英相
0.3%(见图4),热导率约为0.641W/(m?K),且砖体结构保持完好,
煅烧前
77
21
无明显裂纹,抗热震稳定性良好。核壳结构高铝质耐火砖通过致密隔
万方数据