Кианит — это минеральное сырье с высоким содержанием алюминия, которое разлагается при высоких температурах с образованием муллита и SiO2, что сопровождается значительным расширением объема. Высокотемпературное расширение — свойство, которым не обладают другие виды сырья с высоким содержанием алюминия, поэтому кианит часто добавляют в качестве сырья в продукцию. Его эффект расширения может компенсировать усадку некоторых базовых материалов или усадку изделий при обжиге, делая изделие относительно стабильным по объему при высоких температурах, тем самым достигая таких характеристик, как хорошая стойкость к тепловому удару и хорошее сопротивление ползучести. Тем самым улучшаются высокотемпературные характеристики изделия и продлевается срок его службы.
Высокоглиноземистый кирпич — нейтральный огнеупорный материал с w(Al2O3)≥48%, который изготавливается из бокситов или другого сырья с высоким содержанием глинозема путем формования и обжига. Характеризуется высокой огнеупорностью, в основном выше 1770℃, и хорошей шлакостойкостью. Высокоглиноземистые кирпичи в основном используются для футеровки промышленных печей, таких как сталеплавильные электропечи, стекловаренные печи и цементные вращающиеся печи. Каковы эффекты добавления кианита в высокоглиноземистые кирпичи?
1. Микрорасширяющийся высокоглиноземистый кирпич
С развитием технологий выплавки требования к содержанию углерода в таких марках стали, как низкоуглеродистая сталь, чистая сталь, нержавеющая сталь и сверхнизкоуглеродистая сталь, постоянно растут. Поэтому исследования по получению углеродсодержащих огнеупорных материалов с низкой степенью карбонизации и без карбонизации для ковшей стали стали актуальной темой. Однако используемые в настоящее время высокоглиноземистые кирпичи имеют такие недостатки, как плохая объемная стабильность, большая скорость усадки и плохая стойкость к тепловому удару, что приводит к расширению расплавленной стали и эрозии во время использования. При периодической работе ковша высокоглиноземистые кирпичи отслаиваются под воздействием термических циклов. В качестве сырья для этого используют глинозем, синтетический муллит, пирофиллит, кианит, андалузит, тонкомолотый корунд и мягкую глину. Используя в качестве связующего жидкие отходы пульпы, был разработан новый тип безуглеродистого футеровочного кирпича для ковшей — слегка вспученный высокоглиноземистый кирпич. Результаты показывают, что введение кианита вызывает реакцию муллита при 1300 ℃, что приводит к расширению объема, что компенсирует усадку глины и обеспечивает стабильность объема продукта. В процессе эксплуатации разработанный микрорасширяющийся высокоглиноземистый кирпич будет производить микрорасширение, тем самым сжимая кирпичные швы, благодаря чему вся футеровка ковша будет иметь очень хорошую целостность. Повышается стойкость высокоглиноземистых кирпичей к эрозии шлака и увеличивается срок службы ковша. Кроме того, высокоглиноземистый кирпич также обладает такими характеристиками, как высокая температура размягчения при нагрузке, устойчивость к растрескиванию, стойкость к эрозии, хорошая стойкость к тепловому удару и отсутствие загрязнения. Этот вид микрорасширяющегося высокоглиноземистого кирпича успешно применяется в рабочем слое ковша и смесительной вагонетки, постоянном слое, верхней части электропечей и цементных печей и т. д., давая хорошие результаты.
2. Легкие высокоглиноземистые кирпичи
В настоящее время большинство легких теплоизоляционных материалов могут использоваться только при температурах ниже 1400 ℃ и играют лишь роль теплоизоляции. Легковесный высокоглиноземистый кирпич LTL-0.6. Поэтому большое значение имеет разработка легкого теплоизоляционного материала с высокой рабочей температурой, малой насыпной плотностью, хорошими теплоизоляционными характеристиками и способностью выдерживать прямой контакт с пламенем, отвечая при этом требованиям высокотемпературной термической обработки металлов, неметаллов и их изделий. Поэтому многие научные и технические работники занимаются изучением легких теплоизоляционных материалов, используемых при высоких температурах (1750℃～1800℃). Среди них легкие высокоглиноземистые кирпичи обладают хорошей устойчивостью к высоким температурам, а также хорошими теплоизоляционными и энергосберегающими свойствами. А Китай обладает богатыми запасами бокситов, поэтому легкие высокоглиноземистые теплоизоляционные кирпичи имеют большие перспективы развития. Для изготовления легковесных высокоглиноземистых кирпичей в качестве сырья использовались боксит, муллит, глина, кианит и порошок α-Al2O3, а в качестве порообразователей — опилки и полистирольные шарики. Результаты показывают, что добавление кианита не влияет на объемную плотность и пористость легковесных высокоглиноземистых кирпичей. Кианит является хорошим расширяющим агентом для легких высокоглиноземистых кирпичей. Расширение объема, вызванное его превращением в муллит при высоких температурах, компенсирует усадку после обжига, вызванную выгоранием порообразователя и спеканием внутренней структуры кирпича. Лучшая система обжига для изготовления легковесных высокоглиноземистых кирпичей: 1450℃×5ч. Эксплуатационные параметры изготовленных легковесных высокоглиноземистых кирпичей следующие: объемная плотность 1,1 г/см3, теплопроводность 0,33 Вт/(м·К), изменение линии обжига менее 2%, прочность на сжатие при комнатной температуре до 4,73 МПа.
3. Необожженный высокоглиноземистый кирпич
Необожженный кирпич — это разновидность формованного огнеупорного материала, который можно использовать непосредственно для кладки без обжига. Процесс производства необожженного кирпича относительно прост. Он изготавливается из огнеупорного сырья различных материалов путем разумной сортировки по размеру частиц, а затем смешивается с прочными органическими или неорганическими связующими веществами. Основным преимуществом необожженного кирпича является его лучшая устойчивость к тепловому удару, но его недостатком является то, что его прочность при высоких температурах ниже, чем у обожженного кирпича, и его нельзя использовать в несущих конструкциях. Используя в качестве сырья клинкер из высокоглиноземистого боксита I сорта и кианит, а также выбрав связующее вещество с хорошими эксплуатационными характеристиками, разрабатываются необожженные высокоглиноземистые сводовые кирпичи для электропечей. Необожженный высокоглиноземистый кирпич формуется и высушивается с помощью высокотоннажного пресса и может использоваться без спекания. Он обладает такими характеристиками, как высокая огнеупорность под нагрузкой, стойкость к эрозии жидким шлаком, стойкость к повреждениям и скалыванию, а также хорошая стойкость к тепловому удару. Результаты показывают, что стабильность объема и устойчивость к эрозии шлака необожженных высокоглиноземистых верхних кирпичей электропечей можно улучшить путем добавления соответствующего количества кианита. Результаты фактического использования показывают, что средний срок службы этого необожженного верхнего кирпича электропечи с высоким содержанием глинозема примерно на 30% больше, чем у спеченных кирпичей. Экономит около 70% энергии и обеспечивает хороший эффект применения.
