鐵鋁尖晶石加入量及粒度對鎂鐵鋁尖晶石磚性能的影響

　　摘要：研究了鐵鋁尖晶石加入量及粒度對鎂鐵鋁尖晶石磚常溫性能及抗熱震性的影響。結(jié)果表明：鐵鋁尖晶石加入量（w）為 10%、粒度≤3 mm 時，鎂鐵鋁尖晶石磚具有較高的體積密度和常溫耐壓強(qiáng)度，較低的顯氣孔率，良好的抗熱震性。鐵鋁尖晶石在燒結(jié)過程中形成二次尖晶石，提高晶體間的結(jié)合程度而增加強(qiáng)度；由于熱失配在材料中存在一定量的微裂紋，其增韌作用改善了材料的抗熱震性。

　　關(guān)鍵詞：鐵鋁尖晶石；加入量；粒度；鎂鐵鋁尖晶石磚
　　為了解決水泥窯用鎂鉻磚造成的環(huán)境污染問題，水泥窯用無鉻堿性耐火材料得到了長足的發(fā)展[1]，主要有方鎂石復(fù)合鎂鋁尖晶石磚、鎂鐵尖晶石磚、鎂鐵鋁復(fù)合尖晶石磚等。鎂鋁尖晶石磚抗熱震性較好，但其掛窯皮性能較差，且熱導(dǎo)率過高，不利于節(jié)能降耗；鎂鐵尖晶石磚雖說各方面性能都較好，但是也含有部分的鉻；所以，現(xiàn)階段鎂鐵鋁復(fù)合尖晶石磚是水泥窯燒成帶用耐火材料的首選[2]。鎂鐵鋁復(fù)合尖晶石磚具有較好的結(jié)構(gòu)柔韌性和致密性、良好的抗水泥熟料侵蝕性［3-5］，但其性能還需進(jìn)一步優(yōu)化。因此，在本工作中研究了鐵鋁尖晶石的加入量及粒度對鎂鐵鋁復(fù)合尖晶石磚性能的影響。

　　1試驗(yàn)

　　1.1原料

　　本試驗(yàn)以燒結(jié)鎂砂、電熔鎂砂、電熔鐵鋁尖晶石為主要原料，其主要化學(xué)組成見表 1。

　　表 1主要原料的化學(xué)組成

　　鐵鋁尖晶石不同加入量的試驗(yàn)配比見表 2，不同粒度鐵鋁尖晶石的試驗(yàn)配比見表 3。按配比要求準(zhǔn)確稱料，先將顆粒料加入濕碾機(jī)中干混 3～5 min，加入 3%（w）的紙漿廢液結(jié)合劑混練 3～5 min，再加入細(xì)粉料混練 5～10 min，泥料混合均勻后出料。采用 630 t 電動螺旋壓力機(jī)成型，坯體經(jīng) 110 ℃ 24 h 干燥后裝車進(jìn)入高溫隧道窯燒成，按工藝要求保溫 8 h 后出窯。

　　表 2 鐵鋁尖晶石加入量在試驗(yàn)中的配比

　　表 3 不同粒度鐵鋁尖晶石在試驗(yàn)中的配比

　　1.3性能檢測

　　按GB/T 5998-2000 檢測體積密度和顯氣孔率，按 GB/T 5072-2008 檢測常溫耐壓強(qiáng)度，按 YB/T376.1-1995 檢測抗熱震性。

　　2結(jié)果與分析

　　2.1鐵鋁尖晶石加入量對材料性能的影響

　　2.1.1對顯氣孔率和體積密度的影響

　　圖 1 示出了鐵鋁尖晶石加入量對試樣體積密度和顯氣孔率的影響。可以看到，隨著鐵鋁尖晶石加入量的增加，體積密度先增大后減小，顯氣孔率則呈現(xiàn)相反的趨勢。當(dāng)鐵鋁尖晶石加入量（w）為 10%時，試樣具有較大的體積密度和較小的顯氣孔率，分別為 3.0 gcm-3 和 15.5%。

　　圖 1 鐵鋁尖晶石加入量對試樣體積密度和顯氣孔率的影響

　　2.1.2對常溫耐壓強(qiáng)度的影響
　　圖 2  示出了鐵鋁尖晶石加入量對試樣常溫耐壓強(qiáng)度的影響。由圖 2 可以看出，隨著鐵鋁尖晶石加入量的增加，試樣的常溫耐壓強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢。鐵鋁尖晶石加入量（w）小于 10%時，強(qiáng)度降低明顯；鐵鋁尖晶石加入量（w）大于 10%時，強(qiáng)度降低趨緩。

　　圖 2 鐵鋁尖晶石加入量對試樣常溫耐壓強(qiáng)度的影響

　　2.1.3對抗熱震性的影響
　　圖 3 示出了鐵鋁尖晶石加入量對試樣抗熱震性的影響。從圖 3 可以看出，隨著鐵鋁尖晶石加入量的增加，試樣的抗熱震性逐步得到提升。當(dāng)鐵鋁尖晶石加入量（w）小于 10%時，對抗熱震性的作用不明顯；鐵鋁尖晶石加入量（w）大于 10%時，抗熱震性明顯改善。鐵鋁尖晶石加入量（w）由 10%增加到14%，試樣的抗熱震性由 7 次提高到 9 次。

　　圖 3鐵鋁尖晶石加入量對試樣抗熱震性的影響

　　2.2不同粒度鐵鋁尖晶石對材料性能的影響

　　2.2.1對顯氣孔率和體積密度的影響

　　不同粒度鐵鋁尖晶石對試樣體積密度和顯氣孔率的影響見圖 4。從圖 4 看出，鐵鋁尖晶石的粒度大小與顯氣孔率成正比，粒度大小和體積密度卻是成反比的，即粒度越大，顯氣孔率越大，體積密度越小。

　　試樣 B-1、B-2、B-3、B-4 的體積密度為分別為 2.96、2.97、2.97、2.98 g?cm-3，顯氣孔率分別 17.1%、16.6%、16.3%、15.7%。

　　圖 4 不同粒度鐵鋁尖晶石對試樣體積密度和顯氣孔率的影響

　　2.2.2對常溫耐壓強(qiáng)度的影響
　　不同粒度的鐵鋁尖晶石對試樣常溫耐壓強(qiáng)度的影響如圖 5 所示。由圖 5 可知，鐵鋁尖晶石的粒度與常溫耐壓強(qiáng)度也是成反比關(guān)系，即粒度越大常溫耐壓強(qiáng)度越小，加入小顆粒有利于常溫耐壓強(qiáng)度的提高。試樣 B-1、B-2、B-3、B-4  的常溫耐壓強(qiáng)度分別為：53.2、62.0、69.5、68.2 MPa。

　　圖 5 不同粒度的鐵鋁尖晶石對試樣常溫耐壓強(qiáng)度的影響　

　　2.2.3對抗熱震性的影響
　　不同粒度鐵鋁尖晶石對試樣抗熱震性的影響見圖 6?？梢钥闯?，隨著鐵鋁尖晶石粒度的增大，試樣的熱震穩(wěn)定性呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。試樣 B-1、B-2、B-3、B-4 的抗熱震性分別為 5、8、6 和 3 次。

　　圖 6 不同粒度鐵鋁尖晶石對試樣抗熱震性的影響　　

　　2.3分析
　　鐵鋁尖晶石熱膨脹系數(shù)為（8.2～9.0）×10-6 ℃-1，方鎂石熱膨脹系數(shù)為 13.5×10-6 ℃-1，二者差異較大，由于熱失配在材料中產(chǎn)生一定數(shù)量的微裂紋。微裂紋的存在改善了材料的抗熱   震性能，過多的微裂紋對材料的強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。因此，隨著鐵鋁尖晶石數(shù)量的增加，材   料的抗熱震性提高，常溫耐壓強(qiáng)度降低。

　　在燒成過程中鐵鋁尖晶石與 MgO 反應(yīng)而分解，生成 MA、MF 二次尖晶石，提高晶體間的結(jié)合程度，促進(jìn)燒結(jié)增加強(qiáng)度。小顆粒的鐵鋁尖晶石更易反應(yīng)，其增強(qiáng)效果好于大顆粒。   鐵鋁尖晶石與 MgO 反應(yīng)后，使材料中鐵鋁尖晶石的含量減少，不利于其抗熱震性。加入小顆粒鐵鋁尖晶石其分解的量較多，造成抗熱震性降低。

　　3結(jié)論

　?。?）隨著鐵鋁尖晶石加入量的增加，鎂鐵鋁尖晶石材料的常溫耐壓強(qiáng)度逐漸降低，抗熱震性逐步得到改善，其合理的加入量（w）為 10%。加入鐵鋁尖晶石后，由于熱失配在材料中形成微裂紋，有利于熱震性，影響其強(qiáng)度。

　?。?）加入大粒度的鐵鋁尖晶石有利于材料抗熱震性的改善，加入小粒度的鐵鋁尖晶石有益于提高材料的強(qiáng)度，其粒度以小于 3 mm 加入為佳。在試樣燒結(jié)過程中鐵鋁尖晶與氧化鎂反應(yīng)分解，生成二次尖晶石促進(jìn)燒結(jié)，提高強(qiáng)度，影響其抗熱震性。

　　參考文獻(xiàn)

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