純鋯英石耐火磚是以鋯英石為主晶相的耐火磚,簡稱鋯英石耐火磚,是含鋯質耐火材料的重要品種之一。
1 ?純鋯英石耐火磚的生產
A 原料的處理
鋯英石耐火磚的原料是精選的鋯英石礦砂,簡稱鋯砂。其中含鋯英石約90%。
鋯英石精礦砂粒度很細,而且單一,一般為0.1~0.2mm,不宜直接制磚。
欲制成有粗顆粒的純鋯英石磚,為便于調整磚的粒度組成,并減少燒成收縮,通常,要對精礦砂預先煅燒或高溫熔融制成鋯英石熟料團塊。煅燒熟料時首先將精礦砂的一部分磨成細粉,與另一部分精礦砂混合,用暫時性有機結合劑黏結制成料球或荒坯,在1500~1700℃(低于鋯英石分解溫度)下煅燒成密實的團塊。若存在堿金屬氧化物或MgO、CaO等礦化劑,則也可在℃以上的較低溫度下煅燒。鋯英石砂在煅燒時從900℃開始產生收縮,約到1350℃收縮趨于停止,此后反而有所膨脹,在17000C以后又急劇收縮。鋯英石精礦砂團塊經煅燒后致密性提高,體積密度可達3.5g/cm3以上。
若以細粉料生產純锫英石磚,則可直接將精礦砂在1450℃下煅燒,經急冷使其疏松,然后再磨細。
生產純鋯英石磚宜采用暫時性的結合劑,如亞硫酸鹽紙漿廢液、糊精和木質素等。也可用乙基硅酸鹽、烷基酸鈣和磷酸以及水玻璃等。若用可塑耐火黏土作結合劑,磚便于成型和燒結,但往往會引起磚耐火度和體積穩定性的降低。特別是當配料中加入的黏土量較高時,影響尤為顯著。
為促進純鋯英石磚的燒結,在配料中常加入少量CaO或Ca(OH)2,MgO或MgF2以及其他礦化劑。這種外加劑在高溫下促使ZrO2·SiO2分解,并與ZrO2形成ZrO2固溶體和進入玻璃相中,從而促進燒結。
用純鋯英石配料時,為保證耐火磚有良好的性質及精確的形狀,其顆粒粒度,結合劑和外加劑的數量等都必須精確配合。對含有各級粗顆粒的磚,需多級顆粒配料,細粉的比表面積和含量應比普通耐火磚高,以利于制成致密的坯體和便于燒結。
若坯體完全由細顆粒組成,細粉的最大粒度通常為以下,其中數微米級者應占多數。成型時,根據對耐火磚密度的要求,普通磚一般以擠泥法和干壓法成型;致密者多用泥漿澆注法;高致密者,常用泥漿澆注和等靜壓法。配料中各種組成應與成型方法相對應。這種純鋯英石磚必須在較高的溫度下燒成。高致密的磚需更高的溫度,根據壞體中細粉的性質、含量和礦化劑的種類與數量.最高燒成溫度一般在1700℃左右,應控制在使坯體燒結而不發生顯著變形的溫度下,并與保溫時間相對應。
2 ?純鋯英石磚的性質和應用
A 耐火磚的性質
純鋯英石磚中ZrO2含量為65%左右,幾乎全部由鋯英石晶體組成,只有極少量玻璃相和游離ZrO2。真密度為4.55g/cm3左右,最高達4.62g/cm3,普通磚體積密度為3.6—3.8g/cm3,顯氣孔率大于13%;致密者體積密度為3.8—4.0g/cm3,顯氣孔率為5%左右;高致密性耐火磚,體積密度大于4.1g/cm3,顯氣孔率小于1.0%。
由于此種耐火磚幾乎全由鋯英石晶體組成,其中所含的極少量玻璃相,在高溫下黏度也很高,故耐火度很高,大于1825℃。磚的常溫耐壓強度為100~430MPa,抗彎強度達17.6—.3MPa,荷重軟化溫度在1650℃以上,并隨其中的助熔性礦化劑減少和燒成溫度提高而增加,高者可達1750℃。因而,它是一種在高溫下抵抗熱重負荷共同作用的優良而耐磨性較好的耐火磚。
由于鋯英石的熱膨脹性較低,磚又經高溫燒成,故磚的體積穩定性較高。由室溫到1400℃,熱膨脹率僅為0.5%。1500℃下2h重燒,殘存收縮僅為0.04%~0.20%。有的磚經1650℃重燒無任何殘存收縮。高致密性的鋯英石磚,當其中無粗顆粒時,抗熱震性較差。在使用時必須緩慢加熱或冷卻。當耐火磚由多級顆粒構成時,其抗熱震性會顯著提高。
此種耐火磚不易受金屬液和熔渣的潤濕與侵蝕,特別是不易受鋁及其合金潤濕。故具有良好的耐熔渣、金屬液和玻璃液侵蝕的性能。高致密的磚更是如此。例如受堿性熔渣侵蝕的程度只相當于莫來石磚的1/3。
B 耐火磚的應用
鋯英石磚可用作連續鑄鋼用鋼包中的內襯以及其他受熔渣侵蝕極嚴重的部位,也可用作銅、鋁冶煉爐的鑄口等。另外,還可用于玻璃熔窯與玻璃液直接接觸之處和上部結構以及用作電熔鋯剛玉磚與硅磚之間的隔離磚。