粘土质耐火材料

粘土质耐火材料

摘要粘土质耐火材料是指Al2O3的质量分数为30%～46%的耐火材料。粘土质耐火材料为弱酸性制品，因其资源丰富，生产工艺简单，成本低，故应用广泛。本文从粘土质耐火材料的化学组成、分类、生产加工等方面来阐述粘土质耐火材料，以便于在生产中推广应用。

关键词粘土质；耐火材料

1粘土耐火材料化学组成及其相平衡

粘土制品的高温性能主要取决于制品的化学矿物组成。所以利用Al2O3-SiO2二元相图，从理论上可以了解粘土制品的理论相组成及其随化学组成和温度的变化规律，对指导粘土质耐火制品的生产和使用有着十分重要的意义。

从Al2O3-SiO2二元相图可以看出，粘土质耐火材料常温下平衡相为方石英和莫来石（3Al2O3-2SiO2），莫来石的理论组成为71，8% Al2O3和28，2% SiO2，熔点为1 850℃。温度升高1 595℃时有低熔点共晶成分的熔融物生成。其共晶成分为5，5% Al2O3和94，5% SiO2。

粘土质耐火材料中常含有Fe2O3，TiO2，CaO，MgO，K2O，Na2O等5～6种杂质。随着这些杂质的质量分数的增加，制品内形成液相的温度降低，冷却到1595℃以下也不能完全转变为结晶相。有一部分则转变成非晶质的玻璃相，使制品的耐火性能降低。

2粘土耐火制品的分类

粘土耐火制品主要有粘土砖和不定形耐火材料。粘土耐火制品因其生产简便，价格便宜，广泛应用于高炉、热风炉、均热炉、退火炉、锅炉、铸钢系统以及其他热工设备，是消耗量较大的耐火制品之一。

2.1 粘土砖分为普通粘土砖、多熟料粘土砖、全生料粘土砖和高硅质粘土砖等品种

1）普通粘土砖指Al2O3的质量分数为36%～42%的品种，产量高，用途广。普通粘土砖由可塑性强、分散性大的软质粘土与一部分粘土熟料配制而成，概括地分为粘土一熟料砖和高岭土一熟料砖。按耐火度的高低，将粘土质耐火制品划分为四个等级：特级品，高于1 750℃；一级品，1 730℃～1 750℃；二级品，1 670℃～1 730℃；三级品，1 580℃～1 670℃；

2）多熟料粘土砖是指含熟料的质量分数80%以上，结合粘土的质量分数20%以下的制品，多熟料粘土砖由于坯料大都处于瘠化状态，在制造过程中不易变形，可以保证砖坯的外形尺寸，使烧成的制品具有较理想的体积密度、力学强度、坑热展性和较高的耐火度；

3）全生料粘土砖也称无熟料粘土砖，是用可塑性低、分散性弱、收缩很小的硬质粘土或叶蜡石制成的。由于这种原料固有结合水分少，粉碎后虽然吸收了一定的外加水分，仍可保持原有的颗粒组成，因此可以不另加熟料，而且烧成品并不会因没有熟料而产生收缩现象；

4）高硅质粘土砖的主要原料有瘠化粘土（锻烧过的硬质粘土、高岭土或叶蜡石）和天然石英砂。根据原料类别，高硅质砖可分为石英一高岭石质高硅砖和石英一粘土质高硅砖两种。前者SiO2的质量分数最高可达75%～80%，耐火度大于1 710℃，显气孔率一般均大于25 %；后者是用含有石英岩的粘土或在烧结

的粘土中加入石英砂配制。制品的耐火度较低.一般在1 610℃～1 700℃之间。

3 粘土质耐火材科的原科

粘土质耐火材料的原料为耐火粘土。耐火粘土的矿物组成主要是高岭石，井伴有少量的石英、硫铁矿、金红石、蜡石及有机物等杂质。耐火愁土的性能主要取决于高岭石，但杂质的危害极大。其中危害最大的是Fe2O3和TiO2，它们使砖坯在烧成时产生鼓泡、熔洞及黑斑等缺陷，会降低烧成率和制品耐火性能。因此，上述杂质的质量分数应严格控制在：Ca0+ Mg0小于0.6%～1.5%，Na2O+K2O小于1.5%。杂质总的质量分数必须小于6%。

高岭石：

高岭石的组成为3Al2O3 .2SiO2.2H20，其理论成分的质量分数为Al2O3 39.48%，SiO246.60%，H2013.92%。经锻烧后成分为Al2O3 45.87%，Si02 54.12%，硬度较低，一般为1～3，真密度为2.6g/cm3～2.68g/cm3。实际上，由于含有少量的杂质。

高岭石在燃烧时发生脱水分解、化合、结晶、晶体长大等一系列物理化学变化，并伴有较大的体积变化，一般不能直接用来制造砖坯。必须在高沮窑内加热胶烧成熟料方可使用。

高岭石在加热缎烧过程中的物理化学变化过程如下：

1）脱水分解。在450℃～550℃下高岭石发生分解，排除结构水，成偏高岭石。此过程为吸热反应反应；

2）偏高岭石分解和莫来石化。当加热温度继续升高时，偏高岭石分解为无定形Al2O3 ～SiO2，加热至900℃～1200℃时便形成莫来石和方石英。

4 粘土耐火制品的生产

4.1 生产流程

粘土耐火制品生产流程的选择。主要取决于原料的性质或成品的质量要求。其工艺流程大致有3种：

流程（Ⅰ）是制造一般粘土制品，如粘土砖、浇铸用砖等采取的工艺流程，而流程（Ⅱ）、（Ⅲ）是制造优质粘土制品的工艺。这两种工艺的不同在于后者是将部分软质粘土以泥浆形式加入泥料中。多熟料粘土质制品采用这一工艺流程生产，可以显著地改善泥料的成型性能及制品的物理和高温性质。

4.2 原料准备

主要是粘土熟料的制备和结合粘土的制备。其中，熟料的制备是将耐火粘土原料经高温缎烧制成各级颗粒料和细粉，结合粘土的制备是将粘土粗碎、干操、细磨成粉及调浆。

4.3 配料、混练与成型

以短烧的耐火粘土熟料为瘠料，配以一定比例的结合粘土，制成混合料。混合料中熟料所占比例多，称为多熟料制品。此种制品体积稳定性高，其他性质也较好，但需要强力成型。多熟料砖是目前生产与应用最广泛的粘土制品。

4.4 干燥