電熔耐火材料的顯微結構與性能-耐火材料行業知識-耐火磚高鋁磚剛玉磚澆注料河南耐火材料廠-宏泰耐材

　　電熔耐火材料的顯微結構與一般的耐火材料有顯著差異。電熔耐火材料的顯微結構示意圖如圖11—1所示，與一般耐火材料的顯微結構有顯著的不同，后者為典型的非均質體，它們通常是由顆粒、基質(含玻璃相)與一定數量的氣孔所組成。而電熔耐火材料由相互交錯的晶體與位于晶界處的少量的玻璃相與氣孔構成，顯微結構相對比較均勻。晶體是由熔體中結晶出來的，逐漸長大形成交錯結構。晶體的大小、形狀及晶粒交錯程度、玻璃相的多少以及組成與分布等因素與電熔耐火材料的組成有密切關系，對其性質也有很大影響。

　　由于電熔耐火材料具有致密的顯微結構且純度較高，因此，電熔耐火材料的強度、荷重軟化溫度以及導熱系數都較高，化學穩定性好，抗侵蝕性能也較好，但熱震穩定性能較差。

　　應該指出的是，電熔耐火材料顯微結構的均勻也是相對的。相對于一般耐火材料而言，由于它沒有大顆粒，氣孔很少，它的結構是較均勻的。但是在澆注過程中，先澆入的靠近模壁的熔體冷卻速度快，結晶較小，愈靠近鑄件的中心，晶粒尺寸愈大。如圖11—2所示，材料由外向內分為微晶區、中晶區與粗晶區。同時，由于在凝固過程中會產生一定的分相現象，各區的化學成分與相組成也有差別。以Al2O3-ZrO2-SiO2系(AZS)電熔磚為例，密度大的、難熔的ZrO2下沉，在下部形成一富鋯帶，而易熔化的氧化物(包括玻璃相)則集中于磚的上部，由此，造成化學成分和相組成的不均勻性。由于組成與晶粒的不同，它們抗熔融玻璃侵蝕能力也不同，如表11-1所示。

　　前面提到電熔耐火材料的顯微結構、生產工藝與其他耐火材料有很大的區別。在使用性質上與其他耐火材料也有不同之處。除了常見的耐火度、荷重軟化溫度、抗熱震性等與普通耐火材料一樣以外，還有兩個其他耐火材料所沒有的重要性質，即玻璃相(液相)滲出和氣體的析出溫度，它們對電熔制品抗熔融玻璃的侵蝕以及玻璃的質量有重要意義。高溫下，液相滲出時會在耐火材料中留下孔洞，玻璃液在毛細管的作用下進入耐火材料的內部，加速耐火材料的侵蝕。同時，滲出的液相進入熔融玻璃中也可能導致產生玻璃缺陷，如氣泡、結石、節瘤和條紋等。

　　玻璃相滲出溫度與滲出量是衡量電熔耐火材料中液相滲出能力的兩個重要指標。它們的測定方法有兩類：升溫法和恒溫法。前者用高溫顯微鏡測量在試樣表面開始滲出和形成熔滴的溫度；后者是將試樣在一定溫度下保溫一段時問，在顯微鏡下檢測液相滲出的程度。

　　一般劃分為以下五個等級。

　　(1)0級：沒有液相滲出；

? ? (2)1級：很少或沒有小于3 mm的液滴滲出；

? ? (3)2級：可見5 mm的液滴滲出；

? ? (4)3級：滲出大量5 mm以上的液滴；

? ? (5)4級：整個試樣表面為玻璃覆蓋膜。

　　用這些級別可以大致上判斷出不同電熔制品的玻璃滲出能力。如：氧化法電熔所得到的優質制品，在1450℃時多為0～1級，而用還原法熔融得到的制品在相同溫度下多為3～4級。

　　在實際生產中，常用液相滲出溫度與大量液相滲出溫度來衡量電熔耐火材料中液相滲出的能力。將邊長為4 mm的試樣放在使用溫度不低于1600℃、放大倍數不低于20倍的高溫顯微鏡下，以7～10℃／min的速度升溫，仔細觀察液相滲出的情況。當液相開始出現時，如圖11-3a所示，即為液相開始出現溫度。繼續升溫至試樣表面呈鋸齒狀如圖11-3b，即為玻璃相大量滲出溫度。記錄下這兩個溫度并拍照。我國已有玻璃相滲出溫度測定方法的標準JC／T205-1998(96)。測定時按標準進行，還可通過測定試驗前后試樣體積的變化估計其滲出量。

　　影響電熔耐火材料玻璃相滲出溫度的因素主要是耐火材料的化學成分及玻璃相的成分。

　　耐火材料的化學成分是影響其玻璃相數量的重要因素。電熔鋯剛玉耐火材料中氧化鋯主要是由鋯英石(ZrO2·SiO2)引入的。鋯英石中含有TiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等雜質。雜質含量越高，耐火材料中的玻璃相越多，也越容易滲出。此外，為了降低熔融溫度，降低電耗及保證成品率，往往在熔制過程中加入純堿及硼砂等溶劑。溶劑加得越多，耐火材料中的玻璃相含量也越高，高溫下也越易滲出。電熔剛玉磚的雜質含量較少，所含的Na2O將進入固相中，其液相含量較少，液相滲出較少。

　　玻璃相的成分也是影響玻璃相滲出溫度的重要因素。當玻璃相中含有K2O、Na2O、和B2O3等易熔組分時，它們降低玻璃相的熔化溫度與液相的黏度，促進液相的滲出。氧化鈦與氧化鐵等變價氧化物以低價態存在時，液化溫度下降，滲出溫度也下降，因此，TiO2和Fe2O3會受到特別關注。當TiO2和Fe2O3含量由0.5％下降到0.25％時，玻璃相滲出溫度可以從1400℃提高到1500℃。目前已將電熔耐火材料中的TiO2和Fe2O3含量降低到0.1％以下。此外，當耐火材料中的Al2O3和ZrO2溶入液相中時，也可能促進玻璃相的滲出。

　　此外，加熱過程中產生的氣體是玻璃相滲出的推動力。這些氣體包括：存在于氣孑中的氣體、溶解在耐火材料中的氣體、存在于耐火材料中的雜質被氧化或其他化學反應產生的氣體。這些雜質可能有碳、碳化物、氮化物、氧化鐵與氧化鈦等。產生的氣體會把存在于耐火材料中的液體擠出來。采用氧化法生產的電熔耐火材料中的碳、碳化物與氮化物等雜質含量低。因此，氧化法生產的電熔耐火材料的玻璃相滲出溫度要高于還原法生產的電熔耐火材料。

　　電熔耐火材料在使用過程中產生的氣泡不僅影響玻璃相的滲出，還會影響熔制玻璃的質量，在玻璃中產生氣泡缺陷。因此，氣泡析出率也是電熔耐火材料重要的作業性能之一。

　　氣泡析出率是表示電熔耐火材料在使用過程中析出氣體的能力。我國已有測定氣泡析出率的行業標準(JC／T639-1996)。該方法測定的是耐火材料在等溫條件下與玻璃液接觸時的氣泡析出率。因此，包括耐火材料與玻璃液反應可能產生的氣泡。試驗時，將耐火材料與玻璃一同放入爐中，按規定的升溫速率升到實際使用溫度，保溫3 h，試樣隨爐冷卻至室溫，取出試樣，用折射油浸泡試樣或噴涂試樣使其顯出氣孔圖像。用直線法測出氣泡投影的總和，計算出氣泡占耐火材料發泡面積的百分數，即為氣泡析出率。具體測定時需按標準規定進行。

　　除了玻璃相滲出與氣體逸出外，電熔耐火材料的導電性比其他耐火材料重要，因為近代一些精細玻璃多用電熔窯，因而電熔耐火材料的電阻率顯得較為重要。