
鋯剛玉磚是以工業氧化鋁和鋯英砂為原料制成的耐火磚。按制造工藝,鋯剛玉磚可分為電熔鋯剛玉磚和燒成鋯剛玉磚兩種。
1、較高的強度和耐磨性;
2、抗酸性渣的侵蝕和滲透:各類剛玉主晶相為a-Al2O3,具有較好的抗酸性渣的侵蝕和滲透能力。煉鐵過程中產生的渣一般為酸性渣,SiO2含量較高而CaO含量較低。煉鐵行業普遍采用Al2O3基耐火材料作為內襯,如高爐本體的高鋁磚、出鐵溝的Al2O3-SiC-C質耐火材料(澆注料和搗打料)、炮泥(Al2O3-SiO2-SiC-C質)、鐵水包和魚雷罐等用Al2O3-SiC-C質耐火材料(澆注料和耐火磚)等。
3、材質和性能的多樣性:剛玉主晶相為a-Al2O3,可以和許多氧化物和非氧化物相復合,提高了自身的一些性能,如抗熱震性,抗渣(酸性或堿性)侵蝕性等。與SiO2復合形成剛玉莫來石質耐火材料,與MgO復合形成剛玉-尖晶石質質耐火材料,與鋯英砂(ZrO2和SiO2)復合形成Al2O3-SiO2-ZrO2質耐火材料,與碳化硅和碳復合形成Al2O3-SiC-C質耐火材料等等;
4、結合方式的多樣性,剛玉和各種結合劑相容性較好,可以采用多種結合方式,比如高溫燒結、低溫結合等等,可以賦予材料不同的特性。
電熔鋯剛玉磚俗稱白鐵磚,也稱為剛玉-斜鋯石磚。主要化學成分Al2O3 50%~70%,ZrO2 20%~40%,其余為SiO2。主要礦物組成為斜鋯石(ZrO2)、剛玉(α-Al2O3)和玻璃相。斜鋯石結晶形成磚體骨干,ZrO2熔點高(2715℃)化學穩定性好,對酸性、堿性介質特別是玻璃液的抗侵蝕能力較強。
電熔鋯剛玉磚使用在玻璃熔窯等工業窯爐中,在玻璃熔窯中的使用部位是砌筑上層池壁、小爐平碹、小爐垛、舌頭碹及胸墻等處。電熔鋯剛玉磚在使用中應注意以下問題:
①熱膨脹的不規則變化。電熔鋯剛玉磚的膨脹曲線在1000℃附近有一段異常,其內部Zr02晶體發生可逆性的晶體轉變,有較大的體積變化,因此,含ZrO2的磚,不宜用在1000℃左右溫度常有急劇波動的部位。烘烤窯爐時,在900~1150℃時溫度變化不能過大,一般不能超過15℃/h,要求平穩升溫。某些部位要防止吹冷風,需用其他磚保護,以防炸裂。
②縮孔。澆注成型時,鑄口處常出現縮孔,此處磚體氣孔較多,致密度差,所以在砌玻璃熔化池壁時,均將縮孔朝窯內方向。若鑄口朝外,當磚體侵蝕到很薄時,會造成玻璃液漏跑事故。在池窯上部火焰空間使用時,使用壽命很長,也不會發生跑玻璃液問題,所以,又都將鑄口朝外使用,延長使用壽命。
③共熔。電熔鋯剛玉磚與粘土磚接觸砌筑,在1300℃高溫下會發生共熔現象,因此,選用耐火材料時,應避免將共熔現象嚴重的兩種耐火材料接觸砌筑,如硅磚在電熔鋯剛玉磚下面,最容易受到電熔鋯剛玉磚的侵蝕。
1.還原氣氛下制造的電熔鋯剛玉磚抗侵蝕性較差
電熔鋯剛玉磚玻璃相與高溫玻璃液接觸會生成高黏度層,這是鋯剛玉磚抗蝕性能好的關鍵。這要求玻璃相軟化溫度要高,所以磚中除了Al2O3、ZrO2、SiO2、Na2O外,其他成分要少。但是在電爐熔化時由于使用石墨襯磚和石墨電極,因而會產生還原氣氛,C和CO會使熔體中的Fe2O3、TiO2、SiO2的一部分被還原成為低價氧化物,這就使成分組元增加。根據相率的基本原則可知,這會使液相限溫度降低。這樣的磚在高溫下使用時,玻璃相的黏度大為降低,高黏度的保護層不能形成,玻璃相黏度低,就極易向高溫玻璃液擴散,因此磚中的晶相失去了結合劑也會落入玻璃液中,這就使玻璃液中產生條紋和結石。
而氧化法生產的電熔鋯剛玉磚不用石墨襯磚,電極雖然還用石墨,但采用長電弧法熔化,使C在電弧中與空氣中的氧結合而產生CO2而不進入熔融體中。這種方法生產的磚碳含量低于0.005%,因而抗蝕性大為增加。
同時用還原法制造的鋯剛玉磚還會在玻璃中產生氣泡。這是由于磚的玻璃相中低價氧化物和其他物質如C都具有強還原性,它們與玻璃液接觸時要奪取溶于玻璃液中的氧。這就使可溶于玻璃中的氣體改變成分,變成不易溶于玻璃液的氣體而成為氣泡。如溶于玻璃液中的SO3被還原成SO2。SO2在玻璃液中的溶解度低,因而成為氣泡。這就使玻璃液質量下降。
2.熱膨脹的不規則變化
電熔鋯剛玉磚的特點是組織穩定而致密,耐玻璃液侵蝕性很強。在900~1200℃間有反常膨脹現象,這是由于ZrO2單斜晶形型轉變為ZrO2正方晶型造成的,它可供玻璃池窯烤窯和運行時參考。
由于AZS磚中其他成分影響,晶形轉變溫度在±50℃內波動。因此使用時,加熱和冷卻過程中在950~1150℃溫度變化不能太大,一般不超過15℃/h。
鋯石的異常膨脹和收縮可以由玻璃相作為緩沖,不致產生裂紋。20世紀70年代后期開始在成分中引入0.15%~0.20%的B2O3,這樣使AZS磚體中含有的玻璃相不但抗熱沖擊性更好,而且對于異常膨脹有緩沖作用。但是溫度變化大或在此溫度范圍內反復波動,也會產生龜裂。所以在升溫烤窯時,在950~1150℃范圍內升溫要平穩。在溫度經常變化的部位(如加料口等)使用時,外面要用其他磚保護。
燒結鋯剛玉磚也稱為陶瓷結合鋁硅鋯磚。同電熔鋯剛玉磚相比,燒結鋯剛玉磚的化學組成相類似,.但具有不含碳、玻璃相含量較低、結構均勻、無縮孔、熱震穩定性與抗侵蝕性良好的優點。