高鋁磚固相反應(yīng)與燒結(jié)機理 

在高溫下，高鋁磚結(jié)構(gòu)內(nèi)部的固態(tài)晶體相互反應(yīng)。氧化鋁(Al2O3)和氧化硅(SiO2)，在高溫下合成為莫來石(3Al2O3·2SiO2)。這種反應(yīng)—直處在不停頓的振動狀態(tài)，而且隨著溫度的提高振動加劇：當(dāng)某些質(zhì)點獲得足夠能量之后，即形成了晶體的缺陷或空位。根據(jù)晶體質(zhì)點活化能的強弱，使質(zhì)點逐漸向晶體表面擴散，生成反應(yīng)產(chǎn)物。開始反應(yīng)形成的反應(yīng)產(chǎn)物分散性很強，而且晶體結(jié)構(gòu)上有不少缺陷。晶體的質(zhì)點活化能很高，再經(jīng)過晶體質(zhì)點的位移，使晶格缺陷得到校正后成為穩(wěn)定的晶體，也就是所謂再結(jié)晶過程。

影響高鋁磚固相反應(yīng)的因素很多，而主要的有晶格結(jié)構(gòu)、溫度，顆粒度以及雜質(zhì)介入等因素。凡晶格結(jié)構(gòu)疏松的晶體，容易進行固相反應(yīng)。以氧化鋁來說，α-Al2O3晶格結(jié)構(gòu)致密，與MgO合成為鎂鋁尖晶石(MgO·Al2O3)時，需要在920℃的溫度下，才發(fā)生合成反應(yīng)；而晶格疏松的γ-Al2O3，在700℃時即開始合成反應(yīng)。顆粒越細，比表面積越大，有利于加速反應(yīng)。限量的雜質(zhì)起著熔劑作用，對活化晶格有利，也可促進固相反應(yīng)。

高鋁磚固態(tài)物質(zhì)的燒結(jié)機理取決于液相的存在，當(dāng)沒有液相時，只依靠固相反應(yīng)而燒結(jié)的，屬于固相燒結(jié)范疇；如果有少量液相進行燒結(jié)時，是屬于液相燒結(jié)范疇。硅酸鋁質(zhì)礦物(原料或成品)，多數(shù)屬于離子晶體，質(zhì)點灼擴散，常以離子的形式相互擴散。            

高鋁磚因燒成工藝造成的缺陷有哪些？

一般情況下，經(jīng)過燒成后高鋁磚中幾乎所有的問題都會暴露出來，產(chǎn)生形形色色的缺陷。其中，主要的缺陷有欠燒、過燒、破損、污染、黑心、扭曲、裂紋等。

1、欠燒

欠燒是由于燒成溫度不夠，或保溫時間不足，或漏入冷風(fēng)引起的問題。一般情況下，欠燒高鋁磚的機械強度低、結(jié)合松散、敲擊時聲音低沉、搬運時容易破損，高溫性能和抗侵蝕性能差。

2、過燒

過燒是燒成溫度過高，或保溫時間過長，或火焰直接接觸磚面引起的問題。一般情況下，過燒高鋁磚的機械強度高、顯氣孔率低、尺寸收縮多、磚體變形大、結(jié)合過于緊密、瓷化嚴重、敲擊時當(dāng)當(dāng)作響、抗熱震性能很差。不過，當(dāng)原料含有較高Fe2O3、TiO2等過渡性金屬氧化物雜質(zhì)時，過燒也可能使高鋁磚發(fā)泡，出現(xiàn)密度降低、顯氣孔率增大、體積膨脹增大的現(xiàn)象。

3、破損

破損是燒后出現(xiàn)缺棱、掉角、落粒等缺陷。其原因可能是基質(zhì)數(shù)量偏少、結(jié)合劑強度不足、搬運時受力過猛、混練不勻、顆粒偏析、成型壓力不夠或燒成溫度偏低等。

4、污染

污染指熔洞、鐵斑等缺陷。熔洞的成因可能是煤渣、雜物等低熔物混入制磚料，燒成時使高鋁磚熔融所致。鐵斑是制造時鐵質(zhì)物質(zhì)混入原料，燒成時鐵質(zhì)物質(zhì)氧化擴散所致暗色斑塊。其原因可能是在破碎、粉磨時鐵質(zhì)物質(zhì)混入耐火原料。

5、黑心

黑心是燒后耐火制品中心帶有黑色而呈現(xiàn)出的缺陷。黑心的成因可能是制品內(nèi)部的有機物被氧化前，其表面就被產(chǎn)生的玻璃相密封而致。也可能是制品在還原氣氛下燒成，冷卻時受氧化性氣氛影響所致。一般情況下，黑心制品的抗侵蝕性不佳。

6、扭曲

扭曲是高鋁磚制品在高溫下受壓產(chǎn)生的變形，其標(biāo)志是高鋁磚底面的各棱不在同一平面上。如果成型、裝窯、燒成不當(dāng)，都可能導(dǎo)致高鋁磚扭曲。

7、裂紋

裂紋指燒后耐火制品具有的各種裂紋，包括表面的、內(nèi)部的、顯見的、隱蔽的裂紋。高鋁磚裂紋的成因各不相同，如成型不當(dāng)可能出現(xiàn)層裂;干燥、燒成過程中收縮、膨脹過大，或收縮、膨脹不均都會引起裂紋;燒成中磚坯受熱、冷卻不均，出現(xiàn)不一致的燒成線變化或承受過大熱應(yīng)力也會引起開裂。

總之，高鋁磚的制造缺陷種類繁多，成因五花八門。產(chǎn)生缺陷時，要仔細觀察、探求原因，找到原因后，采取針對性措施就可以解決問題。如果一時找不到原因，也不用著急，可以大膽假設(shè)、小心求證，用排除法逐一剔除可能的因素，將問題簡化，則不難找到原因和解決問題的方法。

高鋁磚因原料產(chǎn)生裂紋的原因及改善措施

高鋁磚裂紋是高鋁磚生產(chǎn)過程中常見的廢品成因。生產(chǎn)高鋁磚用的主要原料高鋁礬土熟料的雜質(zhì)(特別是K2O和Na2O)和燒結(jié)程度會使制品表面產(chǎn)生裂紋。燒結(jié)不良的熟料在制品燒成過程中繼續(xù)收縮且不均勻，引起制品開裂和產(chǎn)生裂紋;同時，在制品的燒成過程中，燒結(jié)不良的熟料本身的二次莫來石化(3α—Al2O3+2SiO2→3Al2O3·2SiO2，1200～1500℃)仍在繼續(xù)進行，二次莫來石化主要是指高鋁磚生產(chǎn)中結(jié)合黏土的SiO2與高鋁熟料的Al2O3，反應(yīng)生成莫來石，并伴隨體積膨脹(約10%)，造成制品收縮不一致，導(dǎo)致了制品表面裂紋數(shù)量的增多和開裂程度的加大。

改善措施：高鋁磚的主要礦物組成為莫來石、剛玉和玻璃相。隨著制品中Al2O3含量的增加，莫來石和剛玉相的數(shù)量也增加，玻璃相相應(yīng)減少，制品的耐火度和高溫性能隨之提高。實際生產(chǎn)高鋁磚時，要注意對所用的高鋁礬土熟料的雜質(zhì)含量進行控制，按照YB/T、5179-2005(高鋁礬土熟料》的要求，K2O和Na2O含量≤0.35%～0.6%，盡量采用雜質(zhì)含量低和燒結(jié)程度好的原料進行生產(chǎn)。

一般通過檢測熟料的吸水率來判斷熟料的燒結(jié)程度。生產(chǎn)過程中可以采用吸水率低的的熟料來生產(chǎn)高鋁磚，可以有效降低制品表面的裂紋。實踐表明，為了避免和減少高鋁磚表面網(wǎng)絡(luò)裂紋產(chǎn)生，對GL-50～GL-90高鋁礬土熟料的吸水率分別控制在2.5%～5.0%以下。

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