高溫窯爐用耐火材料從重質(zhì)剛玉磚、鉻剛玉磚發(fā)展為體積密度較低的氧化鋁空心球磚，其保溫性能好，材料重量輕，具有良好的耐高溫性能，逐漸取代重質(zhì)剛玉磚。但氧化鋁空心球磚熱震穩(wěn)定性較差，體積密度較大，特異型產(chǎn)品生產(chǎn)困難。根據(jù)高溫窯爐的使用條件，鄭州駒達新材料科技有限公司研制生產(chǎn)了隔熱性能好、耐高溫、熱穩(wěn)定性好的剛玉莫來石輕質(zhì)隔熱磚。體積密度小、強度高、導熱系數(shù)低、外觀規(guī)整、顏色潔白，具有良好的保溫節(jié)能性能和抗剝落能力，是各種裸焰明燒窯爐的良好內(nèi)襯材料。
1 研制過程
一般輕質(zhì)隔熱保溫性能好，耐高溫性能較差;氧化鋁空心球磚耐高溫性能好，但其相組成主要為剛玉相，熱穩(wěn)定性較莫來石低，在保證氧化鋁空心球磚的耐高溫性能，強度高的基礎上加以調(diào)整及改進，采用以剛玉為注料，添加了莫來石成分，研制了以剛玉為主晶相，莫來石為結合相的剛玉莫來石輕質(zhì)隔熱磚。
1.1 原料
1.2 采用高檔剛玉為主原料，加入部分α-Al2O3及低鐵高塑性的粘土，高溫時生成部分莫來石，以剛玉相為主晶相，莫來石相為結合相，并加入藍晶石族原料為膨脹劑，保證了產(chǎn)品燒后的體積穩(wěn)定，可塑法成型。添加物燃盡法生產(chǎn)的剛玉莫來石輕質(zhì)磚是在配料中添加一部分可燃物，如木屑、聚苯乙烯球、焦炭等，在燒成時，可燃物燃燒后產(chǎn)生氣孔，因此降低磚的體積密度，用此方法可制成體積密度要求較小的輕質(zhì)磚。采用的添加燃盡物為木屑和聚苯乙烯球，木屑經(jīng)1mm篩選，不雜質(zhì);聚苯乙烯球的直徑2~0.5mm，外觀潔白，粒狀，粒度均勻，原料指標見表1。
表1 原料成分 %
按表2中的配方進行配料。配料時，按比例將剛玉、氧化鋁、粘土、膨脹劑加入攪拌機內(nèi)干混3~5min，然后加入可燃物及結合劑(外加)，邊加入邊攪拌，混勻后出碾。
表2 原料配料 %
1.3 成型
采用擠泥法成型。經(jīng)試驗，上述配方中2#配方的理化指標及高溫性能較其他配方好，因此采用2#配方生產(chǎn)。生產(chǎn)時，先試擠出一塊磚坯，檢測磚坯的體積密度，經(jīng)量尺、灼燒后根據(jù)灼余量計算出成品磚的體積密度，此方法為磚坯體積密度檢測法。經(jīng)檢測體積密度合格后就可投入生產(chǎn)，如果檢測體密不合格可及時會碾，添加可燃物或混合粉，合格后繼續(xù)生產(chǎn)。用此方法檢測后的磚坯體密合格率高，成品體積密度均在要求范圍內(nèi)。成型后的濕坯經(jīng)50~60℃干燥24h;再經(jīng)100~110℃干燥48-72h，干后磚坯中心殘余水分≤2.0%。
1.3燒成
磚坯干燥后用梭式窯燒成。裝窯前把磚坯進行預磨，根據(jù)燒成收縮率將磚坯放尺，可降低燒后磨銷量，節(jié)省原料，增加裝窯量。裝窯時采用側(cè)裝方法，有利于燒成時可燃物排除，裝窯時磚坯碼放均勻，火道一致。燒成溫度控制在1600±10℃，保溫8h。燒成曲線如圖1。
圖1 燒成曲線圖
燒成過程需注意的幾點：
(1)燒成前期，尤其300~600℃期間是可燃物燒階段，需緩慢升溫，以利于可燃物排出，否則將使可燃物碳化，磚體呈黑色。
(2)保溫階段，需按曲線要求時間保溫，保溫時溫差要小，因輕質(zhì)磚保溫效果好，易造成偏溫，保證各溫度點均在保溫溫度范圍內(nèi)才開始保溫。
(3)放冷階段，放冷速度不能過快，否則易造成磚炸裂。
1.4 冷加工
燒成后的荒坯根據(jù)要求可磨制成不同形狀尺寸的磚型，磨后的磚外形規(guī)整，尺寸準確。用此方法生產(chǎn)的剛玉莫來石輕質(zhì)隔熱磚可制作外形復雜、按用戶要求的各種形狀的異型磚并保證尺寸準確。
對生產(chǎn)的剛玉莫來石輕質(zhì)磚成品進行外觀質(zhì)量檢驗和理化性能檢測，其外觀潔白，棱角分明，尺寸準確。其理化指標見表3。
表3 剛玉莫來石輕質(zhì)磚和氧化鋁空心球磚理化指標對比
2 結果分析
采用復合添加物為燃盡物，木屑能吸水，有助于傳遞水分，可放回磚坯開裂，容易燒盡，且能起到填充珠粒間隙，降低體積密度的作用;聚苯乙烯珠粒干燥收縮小，成品尺寸準確，兩者復合使用效果好，坯體燒后大氣孔被小氣孔包圍，組織結構合理，導熱系數(shù)低;采用磚坯體積密度檢測預算法，保證了成品磚體積密度的準確率，能生產(chǎn)不同體積密度的產(chǎn)品;在剛玉相中增加部分莫來石相，提高了材料的熱穩(wěn)定性。
3 結語
研制生產(chǎn)的剛玉莫來石輕質(zhì)隔熱磚首先試用于某窯爐公司的使用溫度1600℃高溫梭式窯的工作襯，使用效果較好，現(xiàn)仍在使用。生產(chǎn)的剛玉莫來石輕質(zhì)磚已在國內(nèi)許多高溫窯爐使用。如梭式窯、隧道窯、抽屜窯的直接接觸火焰的工作襯得到廣泛應用，使用溫度1500~1750℃，使用效果好，完全替代了氧化鋁空心球。與氧化鋁空心球磚相比，剛玉莫來石輕質(zhì)磚原料成本低，與氧化鋁空心球磚相比，剛玉莫來石輕質(zhì)磚原料成本低，價格比氧化鋁空心球磚低，且體積密度小，使用成本大大降低，是現(xiàn)代高溫窯爐的首選材料。