鐵鋁尖晶石加入量及粒度對(duì)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(duì)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(shí)，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(guò)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(wèn)題，水泥窯用無(wú)鉻堿性耐火材料得到了長(zhǎng)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(guò)高，不利于節(jié)能降耗；鎂鐵尖晶石磚雖說(shuō)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(duì)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(jiàn)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(jiàn)表 2，不同粒度鐵鋁尖晶石的試驗(yàn)配比見(jiàn)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(dòng)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(cè)

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

　　2結(jié)果與分析

　　2.1鐵鋁尖晶石加入量對(duì)材料性能的影響

　　2.1.1對(duì)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(duì)試樣體積密度和顯氣孔率的影響?？梢钥吹?，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(shì)。當(dāng)鐵鋁尖晶石加入量（w）為 10%時(shí)，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(duì)試樣體積密度和顯氣孔率的影響

　　2.1.2對(duì)常溫耐壓強(qiáng)度的影響
　　圖 2  示出了鐵鋁尖晶石加入量對(duì)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(shì)。鐵鋁尖晶石加入量（w）小于 10%時(shí)，強(qiáng)度降低明顯；鐵鋁尖晶石加入量（w）大于 10%時(shí)，強(qiáng)度降低趨緩。

　　圖 2 鐵鋁尖晶石加入量對(duì)試樣常溫耐壓強(qiáng)度的影響

　　2.1.3對(duì)抗熱震性的影響
　　圖 3 示出了鐵鋁尖晶石加入量對(duì)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(shí)，對(duì)抗熱震性的作用不明顯；鐵鋁尖晶石加入量（w）大于 10%時(shí)，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(duì)試樣抗熱震性的影響

　　2.2不同粒度鐵鋁尖晶石對(duì)材料性能的影響

　　2.2.1對(duì)顯氣孔率和體積密度的影響

　　不同粒度鐵鋁尖晶石對(duì)試樣體積密度和顯氣孔率的影響見(jiàn)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(duì)試樣體積密度和顯氣孔率的影響

　　2.2.2對(duì)常溫耐壓強(qiáng)度的影響
　　不同粒度的鐵鋁尖晶石對(duì)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(duì)試樣常溫耐壓強(qiáng)度的影響　

　　2.2.3對(duì)抗熱震性的影響
　　不同粒度鐵鋁尖晶石對(duì)試樣抗熱震性的影響見(jiàn)圖 6。可以看出，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(shì)。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(duì)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(guò)多的微裂紋對(duì)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(guò)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(guò)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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