高铝砖的成分功能及蠕变断裂机理
2023-02-10 11:56:07 点击：
随着高铝砖A1203含量的增加，莫来石和刚玉成分的数量也增加了，玻璃也相应减少了，高铝耐火砖的耐火性和密度也增加了。当高铝砖A1203含量小于71时．8％随着A1203含量的增加，高铝耐火砖中高温稳定晶相是莫来石。A1203含量为71．8％以上高铝耐火砖，高温稳定晶相为莫来石和刚玉，71．8％含量增加，刚玉含量增加，莫来石减少，铝耐火砖的高温性能相应提高。
A1203含量大于48％硅酸铝耐火砖统称为高铝砖。A1203含量分为三个等级:I等(A1203>75％)；Ⅱ等(A1203为60％～75％)；Ⅲ等(A1203为48％～60％)。可分为低莫来石(包括硅线石)和莫来石(A1203为48％～71．8％)，莫来石-刚玉和刚玉-莫来石(A1203为71．8％一95％)，刚玉(A1203)％～100％)等耐火砖。
高铝砖的烧结温度取决于土矿原料的烧结性。采用矾土矿熟料(体积密度)≥2．80g／cm3)原料组织结构均匀，杂质含量高，容易烧结坯体，但烧成温度范围窄，容易造成过烧或过烧。使用Ⅱ分明土熟料饼(体积密度)≥2．55g／cm3)由于二次莫来石化引起的膨胀和松散效应，坯体不易烧结，烧成温度略高。使用Ⅲ明矾土熟料(体积密度)≥2．45g／cm3)组织致密，A1203含量低，烧成温度低，一般略高于熟料粘土砖烧成温度30～50℃。氧化焰中燃烧高铝耐火砖。
由于高铝耐火砖的荷载软化温度是一个重要的性质。实验结果表明，它随着高铝耐火砖中A1203含量的变化而变化：当A1203含量低于莫来石理论组成时，高铝耐火砖的平衡相为莫来石玻璃相。随着A1203含量的增加，莫来石含量增加，荷载软化温度也相应增加。
在生产中，通常采用调整泥浆颗粒组成的方法，以提高高铝耐火砖的颗粒结构特性，从而提高其耐热性和冲击性。近年来，在高铝耐火砖的成分中添加了一定数量的合成堇青石，制造了高耐热性和冲击性的高铝耐火砖，取得了明显的效果。
随着A1203含量的增加，高铝砖的耐渣性也有所提高。降低杂质含量，有利于提高耐腐蚀性。
高铝耐火砖与粘土砖的区别在于高铝耐火砖使用性能好，使用寿命比粘土砖长，已成为建材行业广泛使用的耐火砖之一。
高铝砖的蠕变断裂机理
高铝砖的另一种非线性断裂是在高温下变形时遇到的蠕变损伤。在这些条件下，纯耐火氧化物材料的变形主要来自晶体边界滑动。对于小变形，晶体边界滑动速度比例为剪应力；对于较大的变形，由于晶体边界不均匀，其几何不集成会导致相邻晶粒之间的咬合。当晶体边界迁移以调整这种不规则时，晶体边界的滑动速率就会降低。因此，在晶体边界区域形成高张应力，导致裂纹和气孔成核。当拉伸继续时，小气孔就会扩大。在多晶材料中，这个过程是一个体积扩散过程。在粘性晶体边界的材料中，气孔生长的机制可能是晶体边界的粘性流动。
气孔变大的后果是横截面固相面积减小，单位面积应力加大，然后断裂直至损坏。粒状结构多孔高铝砖在高温使用中的蠕变断裂形式是取自平炉顶部使用的镁铝砖在过热条件下使用后残余砖抛光照片的实际例子。图中显示，在自身重量的作用下，气孔从冷端逐渐增大，在继续承受自身重量的作用时，与工作面几乎平行的裂缝（断裂）。
含有高液相铝砖的蠕变断裂通常是由于扩散的结果。因此，高铝砖的蠕变断裂现象会随温度而变化，蠕变速度会随温度而变化。当曲线倾斜度大于1500℃时，表明温度液相开始急剧形成的事实。由于蠕变断裂是扩散的结果，因此无法测量确切的蠕变强度，但随着应力和温度的增加，断裂所需的时间将缩短。这种情况表明，实验数据有效的方法是蠕变-断裂曲线。如果在断裂前绘制对数对作用应力，则可以在高铝砖蠕变-断裂过程范围内正确表示数据。过热导致镁铝砖高温蠕变断裂路径的实际例子。
如何保护使用中的高铝砖？
冶金等工业部门的热工设备，只有连续自动控制高铝砖衬里的状态和高铝砖的系统保护，才能使设备可靠运行。
高铝砖系统保护措施的起初是在使用过程中经常测量衬里的厚度。
我们已经知道有几种方法可以找到高铝砖的损坏速度，如肉眼、原子、衬里温度等。现在研究了激光干扰分析，可以确定高铝砖衬里的残余厚度，精度小于1mm。
内衬不同区域高铝砖的损坏速度经常不断测量，砌体用坯的厚度可以相同。
高铝砖的保护有几个方面：
(1)冷却砌体的高铝砖，直到用水的护板完全取代内衬；
(2)用喷补、涂抹、粘附等方法恢复损坏层的高铝砖；
(3)降低侵蚀性；
(4)高铝砖内衬，规定使用温度和气统的标准额；
(5)改进砌体构件和砌体结构的目的是降低热机械应力。
