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硅莫磚
采用莫來石均質料代替Al2O3含量為85%或者88%的高鋁礬土熟料制備新型硅莫磚，新型硅莫磚的理化性能和耐磨損性能，與高鋁礬土熟料制備的普通硅莫磚對比，二者之間有何區(qū)別？今日推出的這篇文章通過文字、圖片、表格等形式向讀者詳解它們的區(qū)別，為今后新型耐火材料的研究方向提供一定借鑒。

莫來石均質料制備新型硅莫耐火磚的研究與應用

目前我國礬土資源利用率很低，大量的中低品位的礦石被廢棄，資源浪費現(xiàn)象非常嚴重。立足我國高鋁礬土資源特點，采取措施降低Ⅱ等高鋁礬土雜質含量(主要TiO2和Fe2O3)，并通過多級均化、真空擠泥、高溫可控剛玉/莫來石化燒結等聯(lián)合工藝獲得高品質莫來石均質料。莫來石均質料二次莫來石化程度高，晶相發(fā)育良好，并且吸水率低，結構致密。適宜開發(fā)具有低氣孔、低蠕變、高耐磨等優(yōu)良性能新型定型制品。

隨著水泥生產技術的進步，水泥回轉窯逐漸向大型化發(fā)展。水泥回轉窯過渡帶對耐火材料熱震穩(wěn)定性、耐磨性、抗機械應力、抗化學侵蝕的要求越來越高�，F(xiàn)階段硅莫磚的生產主要采用回轉窯或者倒焰窯生產，鋁含量為85%以上的鋁礬土與紅柱石、碳化硅等配合制備而成。本文研究了莫來石均質料替代鋁礬土在硅莫磚中的應用。利用莫來石均質料代替Al2O3含量為85%或者88%的高鋁礬土與紅柱石、碳化硅等混合后，經高壓成型、高溫燒成制備了新型硅莫磚。使用莫來石均質料能夠提高產品的荷重軟化溫度及耐磨性能，同時降低產品的體積密度，使產品單重減小，從而降低回轉窯內襯負荷達到節(jié)能降耗目的，并延長其內襯的使用壽命。
試驗

1.試驗原料

新型硅莫磚以莫來石均質料為骨料，特級礬土、碳化硅、紅柱石和金屬硅為基質配合而成。表1為莫來石均質料的理化性能指標。從表1可以看出，莫來石均質料相對85礬土熟料具有雜質含量低、體密低的特點。

從圖1莫來石均質料的XRD圖譜可以看出，主晶相為莫來石相，還有一部分剛玉相。從圖2莫來石均質料微觀結構照片中可以看出，高溫燒結莫來石均質料莫來石晶相發(fā)育良好，晶粒生長均勻，并且形成較為完善的莫來石網絡結構，結構緊密。

2.新型硅莫磚的理化性能

①結果與分析

1）常規(guī)理化性能檢測

按照相應國家標準進行試樣常規(guī)性能檢測，具體如下：按GB/T2997-2000檢測試樣體積密度和顯氣孔率，按GB/T5072-2008 檢測試樣常溫耐壓強度，按YB/370-1995檢測試樣的荷重軟化溫度，按YB/T376.1-1995檢測試樣的熱震穩(wěn)定性（1100℃，水冷）。

表2列出了新型硅莫磚燒后試樣的理化性能，表3列出了新型硅莫磚與普通硅莫磚理化性能的比較。


采用莫來石均質料代替Al2O3含量85%或者88%高鋁礬土熟料制備新型硅莫磚，與普通硅莫磚性能對比可以發(fā)現(xiàn)：新型硅莫磚的Al2O3含量降低10%左右，SiC含量相當。但是試樣的顯氣孔率和體積密度降低，新型硅莫磚的耐壓強度和荷重軟化溫度明顯提高。

A 耐磨性

耐磨性能對硅莫磚來說是一個非常重要的指標，從新型硅莫磚與普通硅莫磚耐磨系數(shù)對比試驗可以看出（如表4所示），新型硅莫磚的耐磨性能要優(yōu)于普通硅莫磚，特別是內部耐磨性能。圖3為新型硅莫磚和普通硅莫磚耐磨試驗后外觀形貌照片。從圖中可以看出，普通硅莫磚骨料和基質被沖刷現(xiàn)象比較嚴重，而新型硅莫磚磨損較少，這主要是因為新型莫來石均質料結構致密，體積穩(wěn)定，使得硅莫磚的強度高，氣孔率低，從而提高了其耐磨性能。

B 導熱性

目前，已有多種導熱系數(shù)測試方法，如平板法、熱流法、熱線法、激光法等等。然而，沒有任何一種方法能夠適合于所有的應用領域和材料。要得到準確的測量值，基于材料的導熱系數(shù)范圍與樣品特征，選擇正確的測試方法。本實驗在同等的檢測方法（激光法）下，對鎂鋁尖晶石磚、新型硅莫磚和普通硅莫磚進行導熱系數(shù)的檢測，結果如表5所示。

通過檢測數(shù)據對比，驗證了新型硅莫磚的導熱系數(shù)小于普通硅莫磚。在實際應用中，通過比較分別采用新型硅莫磚和普通硅莫磚砌筑的窯筒體外壁溫度的方法，來驗證導熱系數(shù)的高低。實際使用效果表明，采用新型硅莫磚砌筑的窯筒體外壁溫度更低、導熱系數(shù)更優(yōu)。

C 荷重軟化溫度

表6給出了不同配方的試樣燒成后荷重軟化溫度。一般情況下，荷重軟化溫度主要與試樣的骨料有關，顯然用70莫來石均質料替代85礬土熟料后提高了材料的荷重軟化溫度。

新型硅莫磚的應用

實例一：某水泥廠回轉窯優(yōu)化前后配置如表7所示。

在上過渡帶前段28m~35m處，優(yōu)化前使用鎂鋁尖晶石磚的筒體溫度平均在380℃左右，而優(yōu)化后使用新型硅莫磚的筒體溫度平均在320℃，相差近60℃（如圖4~6），可以明顯體現(xiàn)出新型硅莫磚能很好地使用在上過渡帶前段，替代鎂鋁尖晶石磚，而且其導熱系數(shù)比鎂鋁尖晶石低的特點得到了良好的體現(xiàn)，筒體溫度低約60℃，起到了節(jié)能的效果。

實例二：表8是某水泥廠回轉窯高溫帶耐火磚的具體配置情況。為了充分說明新型硅莫磚的導熱性低，在上過渡帶前段使用了3m（16m~19m）新型硅莫磚，后面11m（19m~30m）砌筑鎂鋁尖晶石磚以做對比。

依據本次試驗跟蹤觀察記錄3個月的窯筒體外壁實際溫度記錄，繪制出圖4~6。

結合表8耐火磚配置及圖4~6的筒外壁溫度可以明顯發(fā)現(xiàn)，從16m處溫度急劇下降，17m左右筒掃溫度低，19m后溫度開始上升，到23m~25m達到320℃左右。這與新型硅莫磚所處位置相吻合。以此判斷，新型硅莫磚導熱系數(shù)明顯低于鎂鋁尖晶石磚，可以為水泥廠節(jié)約煤耗。

綜上所述，可以得出以下結論：一是采用莫來石均質料制備的新型硅莫磚，試樣的顯氣孔率和體積密度低，耐壓強度和荷重軟化溫度高；二是與普通硅莫磚相比，新型硅莫磚的耐磨損性能得到改善，并且能夠滿足水泥窯上過渡帶的使用；三是與普通硅莫磚及鎂鋁尖晶石磚相比，新型硅莫磚的導熱性能性能得到改善，可使水泥窯更加節(jié)能。