蓝晶石在高性能轻质耐火材料行业的应用

轻质耐火材料是指气孔率高、体积密度小、热导率低的耐火材料。轻质耐火材料的特点是具有多孔结构(气孔率一般为40%〜85%)和高的隔热性。

轻质耐火材料有多种分类，按使用温度可分：

低温隔热耐火材料，使用温度600 ~900℃，如硅藻土砖、石棉砖;

中温隔热耐火材料，使用温度900 ~1200℃，如蛭石、轻质黏土砖;

高温隔热耐火材料，使用温度超过1200℃，如轻质刚玉砖、高温莫来石质隔热砖。

工业窑炉使用隔热耐火材料有许多优点，一是节省能耗，一般可节省2/5 ~ 3/5;二是减轻炉体重量、简化窑炉构造、降低环境温度，改善劳动条件;三是由于窑炉可以快速升温和冷却，能提高设备生产效率。但是轻质耐火材料的气孔率较大，组织疏松，抗渣性能差，熔渣很快地侵入砖体气孔内，使之碎裂，不能用于直接接触熔渣和液态金属的部位。如GB/T 3995—1983明确规定：高铝质隔热耐火砖用作隔热层和不受高温熔融物料及侵蚀性气体作用的窑炉内衬。同时，轻质耐火材料常温耐压强度低，耐磨性能差和抗热震欠佳，不能用于承重结构，也不宜用于与炉料接触、磨损严重的部位。总之，由于轻质耐火材料存在上述缺点，其用途多被用作窑炉的隔热层、内衬或保温。

蓝晶石的化学组成为Al2[SiO4]O，成分中可含3价铬（不大于12.8%），也常含有三氧化二铁（1%-2%）以及少量的钙、镁、铁、钛等同象混入物。

然而，用蓝晶石原料开发的莫来石轻质砖可直接接触火焰，耐高温、强度高，应用于裂解炉、热风炉、陶瓷辊道窑、电瓷抽屉窑、玻璃坩埚及各种电炉内衬，石化工业气化炉内衬。

用蓝晶石精矿：Al2O3大于56%，SiO2 40%，Fe2O3 0.5% ， Na2O + K2O小于0.3%。开发的莫来石轻质砖的主要理化指标为：Al2O3 70%，体积密度0.8〜1.0g/cm3，耐压强度4~6MPa，热导率(350℃)0.25W/(m.K)。使用温度可达1550℃。

以硅线石、蓝晶石精矿为主体原料，用泡沫法开发了硅线石-蓝晶石轻质砖。

硅线石与蓝晶石精矿，Al2O3含量不小于57%， Fe2O3小于1.5%或1.2% ~5%，精矿中含硅线石或蓝晶石矿物不小于90%，在1500℃烧成，获得体积密度小于0.8g/cm3、常温耐压强度在4.3MPa左右的产品。该产品与硅线石、蓝晶石精矿的加入量、泡沫泥浆、煅烧温度等因素密切相关。

不同蓝晶石含量对制品性能的影响见表1。

表1蓝晶石含量对制品性能的影响

由表1可见，加入5%、10%、15%的蓝晶石，均得到体积密度小于0.8g/cm3的制品。但结合常温耐压强度考虑，加入15%蓝晶石的制品耐压强度较大，为4. 26MPa。因此用泡沫法生产硅线石-蓝晶石轻质砖，选择15%的蓝晶石加入量。加入大于15%的蓝晶石、煅烧温度1550℃时，制品的常温耐压强度均较低。其原因都可以从蓝晶石和硅线石的分解，莫来石化及膨胀反应得到解释。