3.5　黏土质耐火材料

黏土质耐火材料是Al2O3含量为30%～46%的硅酸铝质耐火材料。

3.5.1　黏土制品的生产工艺要点

黏土制品生产工艺主要取决于原料的性质，制品的质量要求，以及生产规模大小。在此基础上选择设备及合理布置，并确定各工序的工艺技术要求。根据我国原料特点，结合黏土以半软质黏土为主，主要采用半干法机压成型。常用普通熟料制品和多熟料制品两种生产流程，分别如图3-5和图3-6所示。前者的结合黏土用量不少于20%（在生产中最常用的为不少于25%），后者为不超过20%。在多熟料制品生产中，由于结合黏土的用量少，为使其分布均匀，充分发挥黏土的结合作用，常采用黏土和部分熟料粉共同细磨的措施，或将部分软质黏土调制成泥浆加入，使泥浆能够均匀地包裹在熟料颗粒表面，形成一层结合黏土薄膜，从而使熟料颗粒之间能更好地结合。

3.5.2　黏土制品的种类、性能与应用

3.5.2.1　普通黏土砖

普通黏土砖系由熟料颗粒和胶结基质两部分组成，呈多相非均一结构。显微镜观察结果表明，熟料颗粒主要是由许多细小的莫来石微晶组成。但莫来石颗粒过于细小，故在高倍镜下观察也难于分辨。正交偏光镜下，熟料颗粒呈灰白色，这是千万颗处于不同方位的莫来石晶体颗粒干涉总效应的表现。

基质主要由隐晶质结合剂以及黏土在莫来石化过程中析出的SiO2（其中有方石英）和作为夹杂组分存在的Fe、Ti、Ca、Mg、K、Na共同组成的玻璃质所构成。在高温条件下长时间烧成的黏土砖基质中，通过高倍放大镜可以在气孔边缘或附近看到针状莫来石微晶贯穿于玻璃质中。它们之间的结合紧密，以致无法单独测定莫来石的折射率。此外，除外壳的方石英颗粒和残存石英外，有时尚能见到残余鳞片状云母和痕量的磁铁矿，金红石等矿物。

黏土砖由于化学组成波动范围宽（其Al2O3在30%～48%），因此其物理性能也波动较大。其主要矿物组成为莫来石（25%～50%）、玻璃相（25%～60%）以及少量的方石英和石英。黏土砖呈弱酸性，随SiO2的增加，其酸性增强，对碱性熔渣的抗侵蚀能力降低，其抗渣性随Al2O3的增加而提高。黏土砖的耐火度波动于1580～1770℃，它取决于制品的化学组成，随Al2O3/SiO2比的增大而提高。其抗热震性较高，一般高于10次（1100℃水冷）。荷重软化开始温度一般在1300～1400℃，它主要取决于砖的Al2O3和杂质含量，同时与制造工艺、烧成温度等有关。实践证明，黏土制品中每增加1%Al2O3，荷重软化温度开始点升高4℃左右，4%加入量时温度升高7℃左右。熔剂成分对荷重软化温度的影响，随其含量增加而降低，各种氧化物熔剂成分对制品荷重软化温度影响最大的为R2O，其次是MnO和MgO，最弱为Fe2O3和CaO。见图3-7。

为了提高黏土制品的高温性质，经常采用以下措施：①对黏土原料进行选矿纯化处理，降低杂质含量；②适当提高烧成温度，使制品具有致密结构；③采用高基质（基质中Al2O3接近莫来石组成）组成结构特征的配料；④采用多熟料配料及混合细磨措施。

黏土砖的主晶相为莫来石，具有较好的高温性能，对使用条件有较大的适应性，广泛用于高炉、热风炉、钢包内衬和浇钢、化铁炉、加热炉、玻璃熔窑、锅炉及焦炉等热工设备上。过去由于黏土砖在模铸浇钢系统的用量很大，其生产量约占耐火材料总产量的60%左右，但目前随着钢铁工业连铸比的大大增加，其生产、使用量已经大大减少。

3.5.2.2　改性黏土砖

（1）低蠕变黏土砖。高炉的大型化，对高炉热风炉的风温提出了更高的要求。由于风温提高，对热风炉用黏土砖的要求也提高了，要求具备更好的高温体积稳定性、蠕变性和耐磨性。因此，全部用黏土原料生产的普通黏土砖已经不能满足高风温热风炉的要求，需要生产低蠕变的优质黏土砖。低蠕变黏土砖所用原料一定要结构致密、纯度高、杂质少，以避免制品在烧成时产生过多的液相而降低抗蠕变性能，一般采用特级焦宝石熟料。制品还应具有优良的抗热震性和抗侵蚀性，因此一般还需添加部分合成莫来石以及在高温下能莫来石化的“三石”原料。低蠕变黏土砖一般在1400℃左右烧成。低蠕变黏土砖与普通热风炉黏土砖的性能指标对比见表3-13。

（2）低气孔黏土砖。低气孔黏土砖（也称致密黏土砖）是在一般黏土砖的基础上，改变工艺制造而成的。一般采用烧结质量优良、密度高、杂质含量低的特级焦宝石为主要原料，加入少量Al2O3含量55%～75%的高铝矾土熟料细粉或“三石”或叶蜡石类膨胀性原料的混合粉制成。制砖时还需控制细粉的粒度，以获得致密的坯体。低气孔黏土砖的Al2O3含量较普通黏土砖的高，相应地，其烧成温度也稍高于普通黏土砖。

低气孔黏土砖的制作工艺主要有：采用磷酸或磷酸盐或微粉作结合剂，利用结合剂胶粒或微粉填充气孔的作用来降低砖的气孔率；加入少量含有一定量碱金属氧化物的助烧剂，以达到促进烧结，降低气孔的目的；另外还有一种较常见的方法是用浸渍法来封闭砖的气孔。低气孔黏土砖广泛用于玻璃窑、高炉、干熄焦装置、混铁炉等。一些低气孔黏土砖的理化指标见表3-14。

（3）大型黏土砖。锡槽是浮法平板玻璃生产线的心脏，而锡槽槽底砖的质量好坏则是影响锡槽能否正常运行的关键结构材料，一般采用黏土砖。这种黏土砖一般较重，要求单重在50kg以上，有的甚至重达400～500kg，不宜采用普通的机压法或捣打法成型，一般采用浇注成型法。

采用振动浇注成型法生产浮法玻璃锡槽底用大型黏土砖的生产工艺要点如下：采用黏土熟料、莫来石细粉、氧化物超细粉和硬化剂组成自硬性泥料，将制砖泥料调配成既具有触变性（可采用振动浇注法成型），又具有自硬性，成型后经过一定时间静置后即可脱模的泥料。为满足成型工艺要求，在配料组成中适当加入微量的解胶剂和少量的迟效凝聚剂。加入解胶剂不仅能使用水量由10%～13%降低到5.5%～6.5%，而且可以获得均匀的组织结构；加入迟效凝聚剂可使坯体内外同步发生固化，从而缩短脱模时间。

采用振动浇注成型的大型黏土砖，在振动过程中由于表面张力的作用，泥浆内未能排出的气体多数呈球状存在，形成封闭气孔，因此砖的透气度低，能有效地阻碍氧气通过耐火材料壁扩散进入，从而能避免由于金属锡氧化成氧化锡产生体积膨胀而导致的砖开裂。而且由于砖的透气度低，其氢气扩散度也低，由此能避免锡槽底部产生气泡而导致的玻璃缺陷，从而提高玻璃的成品率。对玻璃窑用大型黏土砖的理化指标要求见表3-15。