鉻剛玉磚因具有很高的耐壓強度、抗折強度、抗酸堿侵蝕性以及金屬氧化物的化學侵蝕性能,被廣泛應用于建材工業玻璃窯蓄熱室及墻體、鉛鋅有色冶煉爐,但它也有個不利的弱點是抗熱震性能較差,對于開停比較頻繁的間歇是冶煉爐不太適用。要解決這個問題,就必須在工藝配方中加入一定量的莫來石來改善抗熱震性能。莫來石因具有良好的高溫力學、高溫熱學性能、熱膨脹均勻、抗熱震性能好、抗化學侵蝕性優良等特點,被廣泛應用于剛玉磚及鋯剛玉復合磚中以提高制品的抗熱震性能。
以白剛玉、燒結莫來石為主要原料,以AL2O3微粉、Cr2O3微粉、少量添加劑為基質,以進口木質素溶液為結合劑,莫來石加入量(質量分數分別為0、5%、10%、15%、20%、25%、30%)對鉻剛玉磚抗熱震性能和其他物理性能的影響。結果表明:1600℃燒后試樣,隨著莫來石加入量的增加,體積密度和耐壓強度均會呈下降趨勢,抗熱震性能則呈逐漸增加趨勢,但增加的量并不明顯,只有加入量在25%以上時抗熱震性能則會降低。綜合對比,莫來石加入量在25%~30%著個區間比較合適,既能滿足熱震需求,又能保證其他物理指標處于均衡狀態。不同莫來石加入量對試樣抗熱震性能的影響如圖1所示。
從圖1可以看出:隨著莫來石加入量增加,試樣的抗熱震性能先是緩慢提高,當莫來石加入量達到25%甚至更多時,抗熱震性能迅速提高,分析認為,當莫來石加入量達到25%以上時,制品在燒結過程中形成二次莫來石化,內部結構未出現膨脹,氣孔增多,能夠釋放急冷急熱狀態下產生的應力。隨著莫來石加入量的繼續增加,試樣的體積密度和常溫耐壓強度呈現依次遞減趨勢,而顯氣孔率呈現依次增大趨勢。這是由于隨著莫來石加入量的增加,試樣在燒結過程中莫來石與剛玉發生反應,體積膨脹,結構疏松,氣孔率增多,其結合強度逐漸降低。
結論:(1)莫來石在高溫下與剛玉發生反應,在邊緣形成核晶疏松層,破壞了基質的結合狀態、降低了制品的體積密度和結合強度,但由于反應伴隨體積膨脹,氣孔增,可以起到吸收應力的作用,因而抗熱震性能隨著莫來石加入量的增加則隨之提高。
(2)莫來石的加入量在20%以下時,制品的抗熱震性能提升緩慢,對實際應用意義不大。莫來石加入量過多,抗熱震性能雖然會進一步提高,但其它物理性能則會下降,綜合考慮,莫來石加入量為25%~30%,制品的體積密度,顯氣孔率,耐壓強度適中,抗熱震性良好,各項指標均能滿足使用。