高鋁磚產(chǎn)生裂紋的原因是多方面

 

分析了原料、泥料、成型、干燥、裝車、燒成等方面可能導(dǎo)致高鋁磚裂紋的原因以及相應(yīng)的改善措施，高鋁磚產(chǎn)生裂紋的原因是多方面的，可能有一種或者幾種因素共同起作用，應(yīng)結(jié)合實(shí)際采取針對(duì)措施，減少以致消除其危害，提高高鋁磚產(chǎn)品的合格率。

關(guān)鍵詞：高鋁磚；裂紋；二次莫來石化；壓裂

1 前言

高鋁磚是Al2O3含量在48%以上的硅酸鋁質(zhì)制品［1］，按照GB/T 2988—2004《高鋁磚》分類，高鋁磚按理化指標(biāo)分為：LZ80、LZ75、LZ65、LZ55、LZ48共5個(gè)牌號(hào)［2］，常用于砌筑高爐、熱風(fēng)爐、電爐爐頂、鼓風(fēng)爐、反射爐、水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯、玻璃熔窯的蓄熱室和風(fēng)火隔墻［3］。在高鋁磚的生產(chǎn)過程中，因?yàn)楫a(chǎn)品表面和內(nèi)部產(chǎn)生裂紋而造成的廢品是高鋁磚的主要廢品類型。在生產(chǎn)過程中，就要根據(jù)造成高鋁磚裂紋的各種因素進(jìn)行調(diào)整改善，來降低高鋁磚裂紋發(fā)生的概率，提高高鋁磚產(chǎn)品的合格率。

2 裂紋原因分析及改善措施

2.1 原料原因及改善措施

生產(chǎn)高鋁磚用的主要原料高鋁礬土熟料的雜質(zhì)（特別是K2O和Na2O）和燒結(jié)程度會(huì)使制品表面產(chǎn)生裂紋。燒結(jié)不良的熟料在制品燒成過程中繼續(xù)收縮且不均勻，引起制品開裂和產(chǎn)生裂紋；同時(shí)，在制品的燒成過程中，燒結(jié)不良的熟料本身的二次莫來石化（3α-Al2O3+2SiO2→3Al2O3·2SiO2，1 200～1 500℃）仍在繼續(xù)進(jìn)行，二次莫來石化主要是指高鋁磚生產(chǎn)中結(jié)合黏土的SiO2與高鋁熟料的Al2O3反應(yīng)生成莫來石，并伴隨體積膨脹（約10%），造成制品收縮不一致，導(dǎo)致了制品表面裂紋數(shù)量的增多和開裂程度的加大。

改善措施：高鋁磚的主要礦物組成為莫來石、剛玉和玻璃相。隨著制品中Al2O3含量的增加，莫來石和剛玉相的數(shù)量也增加，玻璃相相應(yīng)減少，制品的耐火度和高溫性能隨之提高。實(shí)際生產(chǎn)高鋁磚時(shí)，要注意對(duì)所用的高鋁礬土熟料的雜質(zhì)含量進(jìn)行控制，按照YB/T 5179—2005《高鋁礬土熟料》的要求，K2O和Na2O含量≤0.35%～0.6%，盡量采用雜質(zhì)含量低和燒結(jié)程度好的原料進(jìn)行生產(chǎn)。

一般通過檢測(cè)熟料的吸水率來判斷熟料的燒結(jié)程度。生產(chǎn)過程中可以采用吸水率低的的熟料來生產(chǎn)高鋁磚，可以有效降低制品表面的裂紋。實(shí)踐表明，為了避免和減少高鋁磚表面網(wǎng)絡(luò)裂紋產(chǎn)生，對(duì)GL-50～GL-90高鋁礬土熟料的吸水率分別控制在2.5%～5.0%以下。

2.2 泥料原因及改善措施

泥料中的臨界顆粒尺寸、細(xì)粉加入量、泥料的混合質(zhì)量都會(huì)影響高鋁磚半成品產(chǎn)生裂紋。如基質(zhì)料一般由細(xì)粉組成，燒成過程中產(chǎn)生收縮，而顆粒一般是產(chǎn)生膨脹，兩者之間產(chǎn)生較大的變形差而引起內(nèi)應(yīng)力，從而使制品產(chǎn)生裂紋。

改善措施：高鋁磚泥料攪拌時(shí)，必須嚴(yán)格控制加料順序，混練時(shí)先加入顆粒料干混1～3 min，然后加入紙漿結(jié)合劑混練2～3 min，最后加入細(xì)粉混6～8 min，紙漿有效混練時(shí)間不低于10 min。鋁磚的泥料粒度常規(guī)控制參數(shù)：3～2 mm，18%±5%；0.5～0.1 mm，15%±5%；＜0.1 mm，40%±5%。水分含量＜1.5%，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)可以通過調(diào)整臨界顆粒尺寸、細(xì)粉加入量，同時(shí)可以引入適量的膨脹劑或者熱膨脹率較小的顆粒料，并制定合理的泥料控制參數(shù)，以提高泥料的混合質(zhì)量。

2.3 成型原因及改善措施

高鋁磚成型通常采用300 T以上摩擦壓力機(jī)或自動(dòng)壓磚機(jī)成型。由于制品磚型、成型模具、布料不均、操作和壓力等原因造成的裂紋，最大特點(diǎn)是規(guī)律性強(qiáng)，裂紋的深度、位置、方向基本一致。

1）磚型的原因：由于不同磚型采用不同的模具進(jìn)行壓制，帶孔、舌、槽或拐角的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，舌槽較多且多在模幫面上不易成型，且兩側(cè)模幫均為活板，出模后極易導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。

2）成型模具設(shè)計(jì)不合理：由于成型模具設(shè)計(jì)缺少排氣槽、排氣孔，磚坯成型出模時(shí)易出現(xiàn)裂紋。

3）成型模具安裝和使用不合理：模具安裝不合理，磚坯成型出模時(shí)易出現(xiàn)裂紋。模具使用過程中，模具磨損后成型過程中模型與泥科相互磨擦，模壁表面的光潔度和硬度受到一定的磨損，易造成孔、舌、槽或拐角處出現(xiàn)裂紋。

4）布料不均的原因：布料不均，易使高鋁磚磚坯邊部與中間部位等的密實(shí)度不同，坯體在干燥過程中，因四周的密實(shí)度低于中間，邊部溫度高于中間溫度而導(dǎo)致邊部水分蒸發(fā)快，中間水分蒸發(fā)慢，形成邊部脫水率大于中部的狀況，當(dāng)邊部脫水收縮過快時(shí)，坯體邊部即產(chǎn)生裂紋。

5）成型操作和成型壓力的原因：成型操作時(shí)，“短程快打”，“滿程狠打”，雖然大部分氣體被排除，但仍有一小部分氣體被壓縮未被完全排出，當(dāng)此壓力超過磚坯的斷裂強(qiáng)度，就會(huì)造成磚坯產(chǎn)生內(nèi)部橫向裂紋。

改善措施：

1）針對(duì)帶孔、舌、槽或拐角的磚型，可以設(shè)計(jì)合適的倒角和錐度參數(shù)，壓制前模幫刷少量石墨和油的混合物，以方便磚出模，減低因模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理而產(chǎn)生的裂紋。

2）合理設(shè)計(jì)模具，在所有頂?shù)装鍌?cè)面均加工2 mm（寬）×1 mm（深）的排氣槽，排氣槽間距100 mm，以方便成型操作時(shí)氣體的排出，減少磚坯成型出模時(shí)出現(xiàn)裂紋。

除在模具上加工排氣槽外，所有產(chǎn)品在頂板面增設(shè)排氣孔，直徑Φ6 mm～Φ15 mm，沿長(zhǎng)度方向間隔100～150 mm分布。長(zhǎng)度≤230 mm，1個(gè)；230～400 mm，2個(gè)；＞400 mm，3個(gè)。并在非工作面加工5 mm（寬）×2 mm（深）水平通道以利于排氣。通過采取以上改進(jìn)措施，大大降低了磚坯成型壓制時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)部裂紋。

3）合理安裝成型模具，由專職模型質(zhì)量質(zhì)檢員負(fù)責(zé)模型現(xiàn)場(chǎng)檢查驗(yàn)收，對(duì)模型進(jìn)行磚型核對(duì)、尺寸測(cè)量，并對(duì)驗(yàn)收情況一一記錄，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)模具使用情況的檢查，對(duì)磨損程度較大的模具及時(shí)進(jìn)行燒焊處理，降低因模具磨損而造成的半成品出模裂紋。對(duì)于磚型復(fù)雜的品種，可以通過模型改進(jìn)等措施降低生產(chǎn)難度，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

4）成型操作時(shí)，要注意均勻布料，使高鋁磚磚坯邊部與中間部位等的密實(shí)度基本相同，降低坯體在干燥過程中，因坯體部與中間部位密實(shí)度的不同而產(chǎn)生的裂紋。

5）成型操作時(shí)，按操作規(guī)程壓磚，先輕后重，緩慢加壓，保證打壓次數(shù)，注意不要“短程快打”和“滿程狠打”，以減少內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生。

2.4 干燥原因及改善措施

由于坯體干燥敏感程度，干燥介質(zhì)濕度、溫度、時(shí)間的不同會(huì)造成干燥時(shí)磚坯產(chǎn)生表面裂紋。磚坯干燥過程中，坯體中水分被蒸發(fā)的同時(shí)，體積也逐漸縮小。由于坯體干燥速度和收縮速度總是外快內(nèi)慢，當(dāng)其收縮量超過泥料的彈性系數(shù)（1%～2%）時(shí)，即產(chǎn)生網(wǎng)狀裂紋。