纯锆英石耐火砖是以锆英石为主晶相的耐火砖,简称锆英石耐火砖,是含锆质耐火材料的重要品种之一。
1 纯锆英石耐火砖的生产
A 原料的处理
锆英石耐火砖的原料是精选的锆英石矿砂,简称锆砂。其中含锆英石约90%。
锆英石精矿砂粒度很细,而且单一,一般为0.1~0.2mm,不宜直接制砖。
欲制成有粗颗粒的纯锆英石砖,为便于调整砖的粒度组成,并减少烧成收缩,通常,要对精矿砂预先煅烧或高温熔融制成锆英石熟料团块。煅烧熟料时首先将精矿砂的一部分磨成细粉,与另一部分精矿砂混合,用暂时性有机结合剂黏结制成料球或荒坯,在1500~1700℃(低于锆英石分解温度)下煅烧成密实的团块。若存在碱金属氧化物或MgO、CaO等矿化剂,则也可在℃以上的较低温度下煅烧。锆英石砂在煅烧时从900℃开始产生收缩,约到1350℃收缩趋于停止,此后反而有所膨胀,在17000C以后又急剧收缩。锆英石精矿砂团块经煅烧后致密性提高,体积密度可达3.5g/cm3以上。
若以细粉料生产纯锫英石砖,则可直接将精矿砂在1450℃下煅烧,经急冷使其疏松,然后再磨细。
生产纯锆英石砖宜采用暂时性的结合剂,如亚硫酸盐纸浆废液、糊精和木质素等。也可用乙基硅酸盐、烷基酸钙和磷酸以及水玻璃等。若用可塑耐火黏土作结合剂,砖便于成型和烧结,但往往会引起砖耐火度和体积稳定性的降低。特别是当配料中加入的黏土量较高时,影响尤为显著。
为促进纯锆英石砖的烧结,在配料中常加入少量CaO或Ca(OH)2,MgO或MgF2以及其他矿化剂。这种外加剂在高温下促使ZrO2·SiO2分解,并与ZrO2形成ZrO2固溶体和进入玻璃相中,从而促进烧结。
用纯锆英石配料时,为保证耐火砖有良好的性质及精确的形状,其颗粒粒度,结合剂和外加剂的数量等都必须精确配合。对含有各级粗颗粒的砖,需多级颗粒配料,细粉的比表面积和含量应比普通耐火砖高,以利于制成致密的坯体和便于烧结。
若坯体完全由细颗粒组成,细粉的最大粒度通常为以下,其中数微米级者应占多数。成型时,根据对耐火砖密度的要求,普通砖一般以挤泥法和干压法成型;致密者多用泥浆浇注法;高致密者,常用泥浆浇注和等静压法。配料中各种组成应与成型方法相对应。这种纯锆英石砖必须在较高的温度下烧成。高致密的砖需更高的温度,根据坏体中细粉的性质、含量和矿化剂的种类与数量.最高烧成温度一般在1700℃左右,应控制在使坯体烧结而不发生显著变形的温度下,并与保温时间相对应。
2 纯锆英石砖的性质和应用
A 耐火砖的性质
纯锆英石砖中ZrO2含量为65%左右,几乎全部由锆英石晶体组成,只有极少量玻璃相和游离ZrO2。真密度为4.55g/cm3左右,最高达4.62g/cm3,普通砖体积密度为3.6—3.8g/cm3,显气孔率大于13%;致密者体积密度为3.8—4.0g/cm3,显气孔率为5%左右;高致密性耐火砖,体积密度大于4.1g/cm3,显气孔率小于1.0%。
由于此种耐火砖几乎全由锆英石晶体组成,其中所含的极少量玻璃相,在高温下黏度也很高,故耐火度很高,大于1825℃。砖的常温耐压强度为100~430MPa,抗弯强度达17.6—.3MPa,荷重软化温度在1650℃以上,并随其中的助熔性矿化剂减少和烧成温度提高而增加,高者可达1750℃。因而,它是一种在高温下抵抗热重负荷共同作用的优良而耐磨性较好的耐火砖。
由于锆英石的热膨胀性较低,砖又经高温烧成,故砖的体积稳定性较高。由室温到1400℃,热膨胀率仅为0.5%。1500℃下2h重烧,残存收缩仅为0.04%~0.20%。有的砖经1650℃重烧无任何残存收缩。高致密性的锆英石砖,当其中无粗颗粒时,抗热震性较差。在使用时必须缓慢加热或冷却。当耐火砖由多级颗粒构成时,其抗热震性会显著提高。
此种耐火砖不易受金属液和熔渣的润湿与侵蚀,特别是不易受铝及其合金润湿。故具有良好的耐熔渣、金属液和玻璃液侵蚀的性能。高致密的砖更是如此。例如受碱性熔渣侵蚀的程度只相当于莫来石砖的1/3。
B 耐火砖的应用
锆英石砖可用作连续铸钢用钢包中的内衬以及其他受熔渣侵蚀极严重的部位,也可用作铜、铝冶炼炉的铸口等。另外,还可用于玻璃熔窑与玻璃液直接接触之处和上部结构以及用作电熔锆刚玉砖与硅砖之间的隔离砖。