高鋁磚的成分功能及蠕變斷裂機(jī)理
2023-02-10 11:56:07 點(diǎn)擊：
隨著高鋁磚A1203含量的增加，莫來石和剛玉成分的數(shù)量也增加了，玻璃也相應(yīng)減少了，高鋁耐火磚的耐火性和密度也增加了。當(dāng)高鋁磚A1203含量小于71時(shí)．8％隨著A1203含量的增加，高鋁耐火磚中高溫穩(wěn)定晶相是莫來石。A1203含量為71．8％以上高鋁耐火磚，高溫穩(wěn)定晶相為莫來石和剛玉，71．8％含量增加，剛玉含量增加，莫來石減少，鋁耐火磚的高溫性能相應(yīng)提高。
A1203含量大于48％硅酸鋁耐火磚統(tǒng)稱為高鋁磚。A1203含量分為三個(gè)等級(jí):I等(A1203>75％)；Ⅱ等(A1203為60％～75％)；Ⅲ等(A1203為48％～60％)?？煞譃榈湍獊硎?包括硅線石)和莫來石(A1203為48％～71．8％)，莫來石-剛玉和剛玉-莫來石(A1203為71．8％一95％)，剛玉(A1203)％～100％)等耐火磚。
高鋁磚的燒結(jié)溫度取決于土礦原料的燒結(jié)性。采用礬土礦熟料(體積密度)≥2．80g／cm3)原料組織結(jié)構(gòu)均勻，雜質(zhì)含量高，容易燒結(jié)坯體，但燒成溫度范圍窄，容易造成過燒或過燒。使用Ⅱ分明土熟料餅(體積密度)≥2．55g／cm3)由于二次莫來石化引起的膨脹和松散效應(yīng)，坯體不易燒結(jié)，燒成溫度略高。使用Ⅲ明礬土熟料(體積密度)≥2．45g／cm3)組織致密，A1203含量低，燒成溫度低，一般略高于熟料粘土磚燒成溫度30～50℃。氧化焰中燃燒高鋁耐火磚。
由于高鋁耐火磚的荷載軟化溫度是一個(gè)重要的性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，它隨著高鋁耐火磚中A1203含量的變化而變化：當(dāng)A1203含量低于莫來石理論組成時(shí)，高鋁耐火磚的平衡相為莫來石玻璃相。隨著A1203含量的增加，莫來石含量增加，荷載軟化溫度也相應(yīng)增加。
在生產(chǎn)中，通常采用調(diào)整泥漿顆粒組成的方法，以提高高鋁耐火磚的顆粒結(jié)構(gòu)特性，從而提高其耐熱性和沖擊性。近年來，在高鋁耐火磚的成分中添加了一定數(shù)量的合成堇青石，制造了高耐熱性和沖擊性的高鋁耐火磚，取得了明顯的效果。
隨著A1203含量的增加，高鋁磚的耐渣性也有所提高。降低雜質(zhì)含量，有利于提高耐腐蝕性。
高鋁耐火磚與粘土磚的區(qū)別在于高鋁耐火磚使用性能好，使用壽命比粘土磚長(zhǎng)，已成為建材行業(yè)廣泛使用的耐火磚之一。
高鋁磚的蠕變斷裂機(jī)理
高鋁磚的另一種非線性斷裂是在高溫下變形時(shí)遇到的蠕變損傷。在這些條件下，純耐火氧化物材料的變形主要來自晶體邊界滑動(dòng)。對(duì)于小變形，晶體邊界滑動(dòng)速度比例為剪應(yīng)力；對(duì)于較大的變形，由于晶體邊界不均勻，其幾何不集成會(huì)導(dǎo)致相鄰晶粒之間的咬合。當(dāng)晶體邊界遷移以調(diào)整這種不規(guī)則時(shí)，晶體邊界的滑動(dòng)速率就會(huì)降低。因此，在晶體邊界區(qū)域形成高張應(yīng)力，導(dǎo)致裂紋和氣孔成核。當(dāng)拉伸繼續(xù)時(shí)，小氣孔就會(huì)擴(kuò)大。在多晶材料中，這個(gè)過程是一個(gè)體積擴(kuò)散過程。在粘性晶體邊界的材料中，氣孔生長(zhǎng)的機(jī)制可能是晶體邊界的粘性流動(dòng)。
氣孔變大的后果是橫截面固相面積減小，單位面積應(yīng)力加大，然后斷裂直至損壞。粒狀結(jié)構(gòu)多孔高鋁磚在高溫使用中的蠕變斷裂形式是取自平爐頂部使用的鎂鋁磚在過熱條件下使用后殘余磚拋光照片的實(shí)際例子。圖中顯示，在自身重量的作用下，氣孔從冷端逐漸增大，在繼續(xù)承受自身重量的作用時(shí)，與工作面幾乎平行的裂縫（斷裂）。
含有高液相鋁磚的蠕變斷裂通常是由于擴(kuò)散的結(jié)果。因此，高鋁磚的蠕變斷裂現(xiàn)象會(huì)隨溫度而變化，蠕變速度會(huì)隨溫度而變化。當(dāng)曲線傾斜度大于1500℃時(shí)，表明溫度液相開始急劇形成的事實(shí)。由于蠕變斷裂是擴(kuò)散的結(jié)果，因此無法測(cè)量確切的蠕變強(qiáng)度，但隨著應(yīng)力和溫度的增加，斷裂所需的時(shí)間將縮短。這種情況表明，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有效的方法是蠕變-斷裂曲線。如果在斷裂前繪制對(duì)數(shù)對(duì)作用應(yīng)力，則可以在高鋁磚蠕變-斷裂過程范圍內(nèi)正確表示數(shù)據(jù)。過熱導(dǎo)致鎂鋁磚高溫蠕變斷裂路徑的實(shí)際例子。
如何保護(hù)使用中的高鋁磚？
冶金等工業(yè)部門的熱工設(shè)備，只有連續(xù)自動(dòng)控制高鋁磚襯里的狀態(tài)和高鋁磚的系統(tǒng)保護(hù)，才能使設(shè)備可靠運(yùn)行。
高鋁磚系統(tǒng)保護(hù)措施的起初是在使用過程中經(jīng)常測(cè)量襯里的厚度。
我們已經(jīng)知道有幾種方法可以找到高鋁磚的損壞速度，如肉眼、原子、襯里溫度等?，F(xiàn)在研究了激光干擾分析，可以確定高鋁磚襯里的殘余厚度，精度小于1mm。
內(nèi)襯不同區(qū)域高鋁磚的損壞速度經(jīng)常不斷測(cè)量，砌體用坯的厚度可以相同。
高鋁磚的保護(hù)有幾個(gè)方面：
(1)冷卻砌體的高鋁磚，直到用水的護(hù)板完全取代內(nèi)襯；
(2)用噴補(bǔ)、涂抹、粘附等方法恢復(fù)損壞層的高鋁磚；
(3)降低侵蝕性；
(4)高鋁磚內(nèi)襯，規(guī)定使用溫度和氣統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)額；
(5)改進(jìn)砌體構(gòu)件和砌體結(jié)構(gòu)的目的是降低熱機(jī)械應(yīng)力。
