黏土质耐火材料是指 AI,O。含量在 30%~45%范围内用黏土为主要原料的一类耐火材料。根据原料和生产工艺的不同,黏土质耐火材料分普通黏土砖、全生料黏土砖、多熟料黏土砖、高硅黏土砖以及高密度黏土砖等。
骨料
黏土原料
1黏土的种类
A 硬质黏土
硬质黏土为结构致密、在水中难分散、可塑性差的黏土。硬质黏土为长时间沉积的矿床,通常作为煅烧熟料的原料。我国山东淄博地区的硬质黏土含有较低的杂质成分,其煅烧后俗称焦宝石。
B 软质黏土
软质黏土为结构松散、在水中易分散、可塑性好的黏土。软质黏土为沉积时间较短的矿床,多作为硅酸铝质耐火材料的结合剂。
2: 黏土的化学矿物组成
黏土主要由 Al,0,、SiO,组成。其主要矿物是高岭石,次矿物有石英、铁化合物、有机物等。根据黏土的主要矿物组成,黏土分为高岭石族黏土、蒙脱石族黏土、叶蜡石族黏土、水云母族黏土。黏土的 Al,O,含量及 AIjO,/SiO,比值越接近高岭石矿物的理论值,那么黏土的纯度越高,质量越好。AI,O,/SiO,比值越大,黏土的耐火度越高,黏土的烧结熔融范围越宽。我国河南、山西、山东、辽宁、内蒙古等地的黏土资源储量很大,并且品种齐全。在江西、湖南、广西、江苏、浙江等地也有优质的高岭土矿物。
黏土砖的生产工艺要点
黏土砖生产工艺要点如下;
(1)原料选择及加工。黏土砖有不同的品种,如普通黏土砖、全生料黏土砖、多熟料黏土砖、致密黏土砖等。首先,根据砖种选择熟料及结合黏土的品种与用量;选择粒度组成 ,为进一步减少结合黏土的用量,提高制品的高温性能,可将黏土细粉与结合黏土进行共同粉磨后加入配料中。
(2)混练方法。黏土砖生产中因不同性能需要,可采用以下混练:1)结合黏土+熟料一干混→水→混合;2)熟料→水或泥浆→结合黏土→混合;3)细颗粒熟料+结合黏土共磨→已润湿的粗粒料→混合。泥料的水含量与砖坯的成型方法有关。通常机压用半干泥料水分一般为 4%~6%。生坯体积密度 2.10~2.40g/c㎡’。采用结合黏土打泥浆或与熟料细粉预混的方法有利于结合黏土的分布均匀,也有利于成型。
(3)干燥制度。黏土砖的生产多采用半干法生产,砖坯水分含量较低,可在隧道式干燥器中进行快速干燥。干燥制度实例:标、普型砖干燥介质进口温度为 150~200℃,异型砖为120~160℃;废气排出口温度为70~80℃;砖坏残余水分低于2%;干燥时间约16 ~24h。
成品黏土耐火砖
黏土砖的性质
黏土砖主要由莫来石、方石英(可能含有石英等其他变体)及玻璃相构成。它们的含量决定了黏土砖的性质。耐火黏土是广泛存在的矿物,其不同产地黏土的组成和杂质含量有很大的差别。因此,黏土砖的相组成可能在很大范围内变动。由于黏土砖的组成与制作工艺的差别,黏土砖的性质也会在很大范围内波动。黏土砖的显气孔率为10%~30%。致密黏土砖的气孔率低。一般砖坯的成型压力大,烧结温度高及杂质含量高的黏土砖的气孔率低。但是,大多致密黏土砖要求良好的高温性能,因而限制有害杂质的含量,只能通过控制泥料的粒度组成、提高成型压力及烧成温度等来提高黏土砖的体积密度。
黏土砖的荷重软化温度(开始点)在 1200~1500℃之间。通常,黏土砖中的莫来石的荷重软化温度越高。含量越大,莫来石晶粒发育得越完整,玻璃相含量越少及玻璃相中 SiO 含量越高,则它的荷重软化温度越高。
黏土砖的抗热震性较好。但变组成与结构的影响变化范围很大。1100℃水冷的次数在10~100 次之间变动。莫来石含量高、方石英含量少、玻璃相含量少的黏土砖抗热震性好。黏土制品为酸性耐火材料,抗酸性熔渣侵蚀性强,是一种使用范围极广的普通耐火材,在干熄焦炉、加热炉、铁水包内衬、炼铝炉等工业炉中常用。当黏土制品用于炼铝炉时因与 NaF 反应生成霞石(NaAlSiO,)而被破坏,因此,提高黏土制品中 AI50,含量,并不能延长其使用寿命。
黏土标砖
为了提高黏土制品的高温性能,可采用多熟料配料及混合细磨工艺;尽可能提高基质中 AI,O,含量,使基质中 Al2O3/Si0。比接近莫来石组成,提高基质纯度;引入外加物,增大液相结度,控制烧成温度。