近幾年，作為梭式窯、隧道窯等高溫窯爐內(nèi)襯的剛玉氧化鋁空心球產(chǎn)品的研制和使用比較多，最高使用溫度可達(dá)到1800℃。但由于其抗剝落性能較差，從而影響了窯爐的使用壽命。雖然國外進(jìn)口產(chǎn)品在國內(nèi)高溫窯爐的使用獲得一定認(rèn)可，但是其價格相當(dāng)昂貴。隨著工業(yè)窯爐向著節(jié)能和環(huán)保的方向發(fā)展，用戶需求耐高溫、高強度、抗剝落、使用溫度在1600-1750℃的輕質(zhì)保溫磚。針對這種情況，我們在氧化鋁空心球制品生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，通過一定工藝的調(diào)整，研制出一種超輕，高強、耐高溫、抗熱震穩(wěn)定性好，且可以直接接觸火焰的剛玉莫來石輕質(zhì)磚制品，獲得了良好的使用效果。
試驗方法：
原材料及試樣的制備
由于雜質(zhì)含量對剛玉-莫來石制品的高溫性能影響很大，所以在配料中應(yīng)盡量選擇（Al2O3+SiO2）高而其他雜質(zhì)含量少的原料，試驗選用高純板狀剛玉砂、α-Al2O3微粉、高純富硅原料，以粘土做結(jié)合劑。主要原料的性能見下表1
表1 主要原料的性能（%）
配方的選擇
為符合剛玉-莫來石礦物理論中對Al2O3的含量的要求，同時為滿足其高溫使用性，通過調(diào)整原料的比例來滿足理論中對Al2O3要求。結(jié)合生產(chǎn)剛玉-莫來石輕質(zhì)磚的經(jīng)驗，通過對一定體積密度下單位體積的氣孔率的計算，確定所加燒失物的體積比，研制出復(fù)合要求的剛玉-莫來石輕質(zhì)磚。
配比
試驗過程
將原料按一定的配比配合后，攪拌均勻，水份控制在10%左右。將混好的泥料采用振動成型的方法壓制成坯體。
由于坯體含水量大，先自然干燥24-48小時后，再轉(zhuǎn)入溫度50~80℃的烘干室，經(jīng)24小時干燥后，再轉(zhuǎn)入電爐110℃烘干。干坯的殘余水分≯1.5%。燒成溫度1500±10℃×6-8h。
性能測試
不同配方燒成品的高溫性能 表3
分析與討論
通過對燒后試樣檢測結(jié)果可以看出，試樣中Al2O3的百分含量基本相同的情況下，低Fe2O3含量的GMQ-4表現(xiàn)出更好的高溫性能。
從表3可以看出，在制品中的Al2O3含量相差不大的情況下，通過添加物和粘土與剛玉、氧化鋁微粉的反應(yīng)，生成優(yōu)良的莫來石網(wǎng)絡(luò)及富余Al2O3的剛玉相，形成復(fù)相改性。莫來石結(jié)合的制品性能表現(xiàn)優(yōu)良，其中以符合添加高硅原料的GMQ-4表現(xiàn)更為突出，效果最好。
制品的組織結(jié)構(gòu)決定了制品具有良好的抗熱震性和高強度
配料中板狀剛玉為主要原料，由于板狀剛玉在1900℃以上快速燒成，其晶體二維形貌呈平板狀并互相穿插交錯，同時α-Al2O3晶體內(nèi)含有較多的微米級的封閉氣孔且開口氣孔較少，使板狀剛玉具有了良好的高溫力學(xué)性能。α-Al2O3微粉的引入，在燒結(jié)過程中極易與添加物中的游離SiO2以及含硅礦物質(zhì)的引入更加促使基質(zhì)中莫來石化的完成，比較容易形成連續(xù)均勻的莫來石相，基質(zhì)中這種比較均勻的莫來石網(wǎng)絡(luò)膠結(jié)著剛玉相，易形成富Al2O3的剛玉-莫來石復(fù)相，大大提高制品的熱震穩(wěn)定性；同時，一定有機燒失物燃盡后在產(chǎn)品內(nèi)部留下的較多氣孔在提高熱震穩(wěn)定性方面也起到了關(guān)鍵性作用。
基質(zhì)中交錯的莫來石網(wǎng)絡(luò)提高了制品的結(jié)合程度，使制品形成高強度。
制品的組織結(jié)構(gòu)決定了其具有良好的高溫性能
在剛玉-莫來石制品中，主要化學(xué)成分為Al2O3和少量的SiO2，其礦物相以剛玉相為注，莫來石相為輔，由Al2O3-SiO2相圖可知，剛玉相和莫來石相共存時，出現(xiàn)液相的溫度為1840℃，另外剛玉和莫來石均為高溫耐火礦物，剛玉的熔點為2050℃，莫來石熔融時的溫度約1850~1910℃，所以剛玉和莫來石相的存在，以及低雜質(zhì)高純原料的選擇，是制品具有良好的組織結(jié)構(gòu)，決定了制品具有高荷軟等諸多高溫耐火性能。
該超輕高強剛玉-莫來石輕質(zhì)磚具有荷重軟化溫度高、熱震穩(wěn)定性好、高溫體積穩(wěn)定性好、耐壓強度高、保溫性能優(yōu)良等諸多特點，比較適合作為工作溫度1600~1700℃的內(nèi)襯材料。