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锆英石耐火砖是如何生产的?

2020-05-22 14:13:41 点击:
各种锆英石耐火砖的化学成分差异不大,分析矿相知,主晶相均以锆英石晶相为主,其性能指标和砖内的组织结构有关性能差异主要来自骨料上,制备优质骨料成为关键,必须采用烧结良好、结构致密的骨料,一般需加入粒度大于3  mm的粗锆英石颗粒,以提高抗热震性能和其它高温性能。
锆英石的性能特点
锆英石是锆的主要来源,锆英砂(锆英石)多与钛铁矿、金红石、独居石、磷钇矿等共生于海滨砂中,经水选、电选、磁选等选矿工艺分选后而得到。其理论组成为:ZrO2  67.1%,SiO2  32.9%。纯净的锆英砂为无色透明的晶体,常因产地不同、含杂质的种类与数量不同而染成黄、橙、红、褐等色,锆英石为正方晶系矿物,硬度7.8,相对密度4.6?4.71,折射率1.93?2.01,熔点为2550℃,热膨胀系数4.5×10-6/K。锆英石的化学性能相当稳定,不溶于盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸,也不溶于苛性钾、苛性钠的水溶液。但在高温下,锆英石将分解成为ZrO2  和无定形SiO2,解离自1540℃开始,1750℃时解离迅速,1870℃时,解离量达到 95%。
锆英石特征:一般晶形较好,成正方形短柱状,少数呈长柱状晶体、双锥晶体,也有简单的柱状及复杂的柱状和不规则之粒状等,颜色为白色、淡黄色、黄色、粉红色,以白色透明居多,条痕无色、金属光泽,半透明,大部分在荧光灯下发黄光,部分不发光。
锆英石是难以烧结的原料,在高温下只能靠固相扩散作用,其烧结十分缓慢。而且难以充分烧结。在锆英石中加入某些氧化物可以促进烧结如Na2O、  K2O、MgO、CaO等对促进烧结十分有效,能显著降低气孔率,但是在使用过程中应尽可能选择对分解影响较小的氧化物。
1.1骨料的制备
将粉碎的原料制成坯后经烧结、破碎和筛分,才能得到理想的颗粒骨料,通常坯的成型采用机器压制、泥浆浇注和等静压法。本文在以上3种烧结方法制备骨料的基础上,进一步探讨研究用熔铸法制备骨料。
熔铸制坯是根据锆英石的分解与再结合原理。  采用熔铸法制坯,砂的含锆量可降低对原砂粒度无任何要求,但应注意水分含量,以免在熔融过程中产生喷炉。所用原料不需要任何矿化剂,但在熔化过程中为减少飞料和粉尘,需将原砂成球,成球时,尽可能地加入有机结合剂,如AST或酚醛树脂等。浇铸时溶液温度为1900  ℃左右浇铸时,可注入用锆英石砂做的砂坑,或注入用锆砂预制的砂型。做砂型的锆砂最好选用澳大利亚的粗锆砂,将砂与4%的黏结剂(重量计)和5%~7%的水搅拌后,手工捣打成型,经110℃烘干保温4  h,缓冷后即可进行组装使用。注入沙坑后,用锆砂覆盖,自然降温至常温或者在1450℃下保温3~4 h后自然冷却至常温即可。此熔铸法制的骨料体积密度可达4.3  g/cm3以上,显气孔率<1%,高温性能稳定抗侵蚀性能好。
采用熔铸法制坯和其它工艺方法制备骨料。
各种骨料化学成分的差异熔铸法制备的骨料以斜锆石、玻璃相并存,相互镶嵌结合,组成严密的无明显间隙的整体;烧结法制得的骨料以锆英石晶相为主,玻璃相基本存在与颗粒与颗粒之间的结合部;等静压和泥浆浇注法制备的骨料,整体致密,破碎后解理明显;机压骨料,虽然化学成分分布稳定,但骨料颗粒与颗粒之间以点接触的结合方式形成,显得松散,结合处的空隙大。
制备化学成分基本相同的骨料,在同一温度下烧制成不同密度的试样(包括熔铸试样在1500℃下浸在无碱玻璃液中保温50  h,其试样侵蚀程度。可以看出,显气孔率降低、吸水率低,其抗侵蚀性能明显优于显气孔率高的坯体。
1.2配料设计
首先要考虑使砖体的化学成份、物理性能达到预计的技术指标,同时具有良好的使用性能。除满足以上技术要求外,还需兼顾便于生产在保证锆含量时,需考虑对烧成温度的影响。为了降低烧成温度,又不使砖的技术指标(实用性和抗侵蚀性能)降低。在配料过程中,尽可能少用或不用对砖性能有影响的矿化物。与碱、碱土金属氧化物和氧化钇、氧化锰等矿化剂相比,氧化钛作为矿化剂可以促进烧结,但在砖体抗侵蚀性方而要比碱、碱土金属氧化物小。
锆英石粒度与其分解速度有关,颗粒级配的确定,既要符合紧密堆积原则,又要有足够的成分以便改善配料的黏结性和烧结性,其粒度组成范围:  10~3.5mm为3.5~1.4mni为43%-53%,3.5- 1.4 mm为 15%,< 10 mm为27%~42%。
1.3成型
通过实验对纸浆废液、水玻璃、糊精和AST等几种结合剂进行了比较研究,选用蔗糖为结合剂。  配好的料采用轮碾混料机混合,同时添加矿化剂、水和有机结合剂,要求充分混炼均匀。困料24 h。采用摩擦压砖机成型,料的松散比为1 : 1.25,试样  在110℃干燥,入窑水分控制在1%以下干燥后的坯体强度7~15 MPa。
1.4烧成
锆英石耐火砖的烧成和一般耐火材料烧成工艺相仿。烧成温度在1500~1700锆英石砖在1300~1400 ℃开始收缩,烧结开始,在1400~1  500℃收缩最剧烈,而1600℃以后收缩很小,烧结终止。因此烧成时1300~1 500℃应缓慢升温,且最高烧成温度可定在1600℃左右,如果杂质含量少,或者添加  的矿化剂量少,烧成温度可提高1650~1 700℃。
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