高温刚玉-莫来石棚板的生产与应用

高温刚玉－莫来石棚板的生产与应用

作者：周会俊刘鹏王龙光

来源：《佛山陶瓷》2008年第10期

摘要本文介绍了高温刚玉-莫来石棚板的生产技术与应用情况，重点阐述了该棚板在高温承重下的抗弯曲蠕变性能。

关键词刚玉，莫来石，棚板，高温弯曲蠕变

1引言

目前，在高温梭式窑上刚玉-莫来石棚板得到广泛使用，该棚板具有优良的高温强度、抗热震性和较高的使用温度(1700℃)，且化学稳定性良好，不易与所承烧的产品发生反应，特别适用于烧成软磁(铁氧体)材料和电子绝缘陶瓷。但是由于高温棚板在高温(一般>1600℃)下承载量较大，同时承受较大的剪切应力，易使棚板发生高温弯曲蠕变。国内现有的适用于1600℃～1700℃温度段的高温棚板的抗高温弯曲蠕变性能大都不理想，致使当前高品质的高温棚板仍然摆脱不了对进口产品的依赖。因此，研制低高温弯曲蠕变的高温棚板，具有非常重要的现实意义。

由于棚板属于功能性耐火材料，对内部显微结构、玻璃相含量、表面平整度等要求极高，因此生产工艺技术对其性能有着重要影响。

2高温刚玉-莫来石棚板的生产技术

2.1 原料选择

原料包括板状刚玉、电熔白刚玉、电熔莫来石、Al2O3微粉和硅灰。对原料的基本要求如下:

（1）化学成分与矿物组成稳定。

（2）杂质含量低，特别对于K2O和Na2O含量。

（3）粒度稳定，颗粒分布合理。

笔者所在公司采用的原料指标见表1。

2.2 泥料制备

泥料级配合理与否，直接影响棚板的高温性能。根据笔者的长期经验，泥料采用的粒度组成(wt%)如下:1～3mm占30%～35%、0.5～1mm占10%～12%、0.1～0.5mm占13%～16%、

2.3 成形

高温棚板主要为薄板状，面积较大，而厚度尺寸相对较小，不宜使用摩擦压砖机成形，所以本产品使用大吨位液压机或振动成形机进行成形。

2.4干燥及烧成

由于棚板为薄板状，面积较大，干燥过程中容易发生变形和开裂现象，尤其是厚度在

10mm以下的棚板，所以坯体需要先自然干燥，一般需2～3天，然后放入电加热干燥器进行干燥。棚板采用立放式干燥，所以干燥时还需要一些卡子对其进行固定，这样对保持坯体不变形有重要作用。

刚玉-莫来石高温棚板的烧成制度为：1000℃之前缓慢升温，并适度保温，这样有利于结合剂的挥发；在莫来石反应的温度范围内宜放慢升温速度，有利于显微结构致密化，但不能保温，否则即使提高最终的烧成温度也不能达到致密化。最终的烧成温度依使用温度而定，一般要高于使用温度50℃～100℃。

窑炉采用梭式窑，这样操作的话，上下温差较小。

2.5质量控制

目前，国内通常采用测试制品的体积密度、显气孔率、热膨胀系数、常(高)温抗折强度、荷重软化温度等常规性能指标来判定其性能，事实上这并不能反映出制品的真正质量和使用效果。经常是国内产品的部分性能指标较好，甚至超过进口产品，但由于缺乏高温模拟使用试验环节，实际使用效果和预期的差别很大。因此，应建立完善的模拟使用系统，对产品进行模拟使用试验。

洛耐院模拟实际的使用条件对高温棚板进行了高温弯曲蠕变及热震试验。试验方法：将高温棚板如图1所示放入高温炉内，做相应温度、承重下的抗弯试验，降温曲线按照用户使用情况制定。如用户需要300mm×300mm×30mm的棚板，使用条件为1650℃×3h，承重6kg。那么相应就做该棚板1650℃×6h、荷重8kg的抗弯试验。承载物均匀分布于两支架中间的板面上。试验完毕后用塞尺测量最大的变形量。试验三次无弯曲变形、不开裂，就可认为该棚板达到客户的使用要求。该实验指标能较客观地反映高温棚板在荷重情况下的实际抗弯曲蠕变情况和抗热震性。

笔者所在公司生产的高温棚板性能见表2所示，产品图片见图2。

一直以来，大家都认为高温抗折强度可以直接反映窑具在高温下承受载荷的能力。而根据笔者所做试验发现：影响该能力的因素非常复杂，仅依靠高温抗折强度并不能完全确定材料的高温承载能力。例如：测定一材料1250℃的高温抗折强度为11MPa，在1250℃和1230℃下，对该试样施加2.35MPa的应力后直接进入加速蠕变阶段，施力后仅几分钟试样就发生断裂。而

在1210℃下，试样则在出现短暂的减速蠕变后进入稳态蠕变阶段。所以说模拟实际使用条件对高温棚板进行高温弯曲蠕变试验是非常必要的。

常、高温抗折强度的差值可以很好地反映棚板内部玻璃相的多少，对产品的抗热震性和抗高温蠕变性有一定的参考价值。质量好的棚板高温抗折强度应该与常温抗折强度接近。

3高温刚玉-莫来石硼板的显微结构

从图3中可看到不同粒度的刚玉颗粒构成了棚板的骨架结构。结合相莫来石在棚板的高温烧成过程中原位生成，并在刚玉颗粒的堆积孔隙中交错生长。刚玉颗粒边界圆滑则反映出在莫来石原位生成过程中与刚玉颗粒的界面发生了包晶反应，提高了结晶相的直接结合程度，这种结合方式使得棚板的结构更加致密、牢固，沿晶界滑移难以进行，显著提高了棚板的抗蠕变性能。在莫来石晶体内部残存有不规则微粒状的刚玉晶体，它是Al2O3微粉与硅灰反应的残存相，由于多余Al2O3的存在，可以确保棚板内部莫来石化完全且极少生成玻璃相。

4高温刚玉莫来石棚板的应用

抗弯型棚板承重能力没有承重型棚板高，但其抗蠕变性能突出，特别是使用在超高温下（＞1650℃）。承重型棚板在1600℃下使用，抗弯曲蠕变性好，承重能力突出。如

300mm×300mm×30mm的GPB2棚板在1600℃使用温度下可承重16kg。超薄型棚板是指厚度在10mm左右的棚板，该板可以帮助用户提高窑车的利用率，节约能源，却不丧失优良的高温性能。

GPB3抗弯型棚板目前已在南京某厂使用，使用效果良好，未出现热震问题。

根据使用的实际情况，刚玉-莫来石高温棚板在连续使用后，当中点挠度变形达到跨距的0.5%时，棚板需翻转后方可继续使用，否则可能会出现断裂。

5结语

笔者采用板状刚玉、电熔白刚玉、电熔莫来石、Al2O3微粉和硅灰为主要原料，采用大吨位液压成形、超高温烧成，研制出具有优良高温强度、抗热震性和极低的高温蠕变变形的刚玉-莫来石高温棚板。该棚板应用在1650℃以上的高温梭式窑炉上，能够满足长期高温高荷重的使用要求，得到用户普遍认可，可以替代同类进口产品。