钙长石质隔热耐火砖的研制

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1、钙长石质隔热耐火砖的研制于小静姚春战唐山时创耐火材料有限公司063100摘要：利用高岭土、蓝晶石、硅灰石等为主原料，以石膏作为胶凝材料、泡沫法生产钙长石质隔热耐火砖的可行性。试验表明，α石膏、β石膏按2:1配合加入、泡沫泥浆容重按1.07-1.2/g/cm3控制，即可制得各项指标均符合德国JM23标准的隔热耐火产品，并能投入工业化生产。关键词：钙长石，泡沫泥浆，隔热耐火砖钙长石的熔点为1550℃，它具有密度小、热膨胀系数小、导热率低等特点，可部分替代工作温度在1000-1300℃的粘土质、硅质、高铝质耐

2、火材料，并实现节能减排，自然界中天然的钙长石很少，近几年以钙长石为主晶相的轻质隔热砖在国外已被广泛应用于各种工业窑炉中，但我国的钙长石质隔热耐火砖的工业化生产还基本属于空白，国内所用的钙长石砖主要依赖外国公司生产，高昂的价格直接影响了窑炉的建造费用，用其它材质的砖代替又会造成能源的浪费，在大力提倡节能降耗的今天，研制符合国际标准的钙长石质隔热耐火砖并工业化生产的工作迫在眉睫。1.试验1.1原料的选择国外钙长石质隔热耐火砖典型的理化指标如表1：表1钙长石质隔热耐火砖的性能种类德国日本其它国家JM23JM2

3、3ABABCD重烧线变化≤0.5%的温度℃120013001100120010901260体积密度g/cm30.450.480.480.520.460.500.500.50耐压强度MPa0.81.10.81.10.81.01.11.2抗折强度MPa0.70.90.70.90.81.00.70.8导热系数W/m.k0.130.160.150.160.160.170.130.12（温度℃）（400）（600）（400）（400）（400）（400）（400）（400）气孔率%83811000℃线膨胀率%0.

4、440.450.540.540.5-0.60.5-0.6化学组成%SiO244.744.443.643.844444544Al2O335.83739.639.939393838CaO16.115.210.910.9本试验以德国的JM23钙长石质隔热耐火砖为研发目标。轻质砖的制造方法包括可燃物加入法、泡沫法和化学法，要生产体密0.5g/cm3的钙长石砖，我们决定采用泡沫成型法。为保证砖坯在如此小的体密下具有大生产的可操作性，选用石膏作为胶凝材料。制备钙长石质轻质砖，最主要的是合成钙长石的方法。理想钙长石的

5、化学组成是CaO·Al2O3·2SiO2,熔点是1550℃，当钙长石晶体内或晶体之间含有K2O、Na2O、Fe2O3及其它杂质时,体系开始出现液相及完全熔融的温度都会大幅度降低，所以试验用原料必须纯度要高，而且各种原料烧结反应形成的最终产物的化学成分接近钙长石分子式中的3种氧化物的百分组成：CaO=20.1%，Al2O3=36.7%，SiO2=43.2%。作为胶凝材料的石膏为半水石膏，遇水反应形成倍水石膏：CaSO4·½H2O+1½H2O→CaSO4·2H2O，浇注体达到硬化效果。在加热过程中倍水石膏先

6、失去结晶水，形成无水石膏：CaSO4·2H2O→CaSO4+2H2O，然后随着烧成温度的升高，到800℃时，无水石膏开始分解为三氧化硫和氧化钙：CaSO4→SO3↑+CaO，三氧化硫作为气体排出，使坯体内部产生空隙，余下的氧化钙与含Al2O3、SiO2的物质发生反应才能产生钙长石，根据钙长石的分子组成，我们试验的首选Al2O3-SiO2系原料为高岭土。高岭土在450—550℃之间发生分解，排除结构水，并形成偏高岭石：Al2O3·2SiO2·2H2O→Al2O3·2SiO2+2H2O↑，温度继续升高，偏高

7、岭石分解为无定型的Al2O3和SiO2：Al2O3·2SiO2→Al2O3（无定型）+SiO2（无定型），此时高活性的Al2O3（无定型）、SiO2（无定型）与石膏分解出的氧化钙发生反应，形成钙长石：Al2O3（无定型）+2SiO2（无定型）+CaO→CaO·Al2O3·2SiO2。为了抑制在烧成过程中过大的体积收缩，引入蓝晶石作为膨胀剂。蓝晶石在高温煅烧时，于1200℃开始分解成莫来石和游离SiO2：3（Al2O3·SiO2）→3Al2O3·2SiO2+SiO2，在大量莫来石和少量钙长石形成的过程中产

8、生较大的体积膨胀，该体积膨胀发生在有少量液相存在的温度区间，因此不对砖坯产生破坏作用，并且能补偿砖坯在烧成过程中所产生的大量收缩。由于石膏中CaO的引入，使体系在非平衡状态下提前出现液相，促进烧结和反应的进行，使制品具有很高的强度。这时配料中氧化铝出现明显过剩，为维持总的化学成分与设计相符，选择加入硅灰石，其化学组成为CaO=54.9%，SiO2=45.1%，在焙烧的条件下硅灰石是化学上比较活跃的矿物，它可与许多矿物发生固相反应，在1000