紅柱石的特點是傳導性低、抗蠕變性高及受熱時體積變化小。結合劑的種類顯著地影響著紅柱石磚的性能。在由Esteghlal型黏土和RR40型黏土組成的配料中，分別采用木質(zhì)磺酸鈣和膨潤土作結合劑，將這兩種配料制成的磚分別在1000℃、1200℃及1450℃下進行燒成，并測定其體積密度、顯氣孔率和常溫耐壓強度。采用X射線衍射法鑒定了物相。研究結果表明，膨潤土可以顯著地改善此種耐火材料的質(zhì)量，而木質(zhì)磺酸鈣只能改進其成型性能，但對其最終性能無影響。

　　1前言

　　紅柱石具有下列性能：無氣孔、熱導率低及非可逆地轉化為莫來石，在莫來石中它保持著自己的形態(tài)和尺寸，而且不發(fā)生體積變化和二次莫來石化，就是說結合劑或在常溫下或在高溫下起作用。

　　這些性能可保證紅柱石制品獲得下列特性：體積穩(wěn)定、荷重軟化點高、抗蠕變性好、抗熱震性高、抗CO侵蝕性高及熱導率低。根據(jù)這些特性便可在下列工業(yè)部門中使用以紅柱石為原料制造的耐火材料：玻璃工業(yè)、陶瓷工業(yè)、煉鋁工業(yè)及煉鋼工業(yè)。

　　但是各種不同的結合劑對此種磚具有較大的影響，并可保證擴大其應用范圍。在本研究工作中嘗試分析了結合劑對此種耐火材料性能的影響。

　　應當指出，關于各種加入劑對莫來石化的影響做了大量的研究工作，但是通過改變配料組成及結合劑類型而使此類耐火材料性能達到最佳化卻未做過研究。

　　2實驗

　　首先利用兩種不同的黏土作原料制備了6種配料，然后再根據(jù)所取得的結果另外制備了3種配料。

　　這些配料的制備方法如下：首先按照配方制備配料，待均勻化之后再對配料進行加壓成型。將成型后的試樣于110℃在干燥器中干燥24h，然后經(jīng)過一定的時間在一定的溫度下將其燒成。隨后測定了氣孔率、體積密度、常溫耐壓強度及鑒定物相。圖1中示出了本研究工作采用的流程圖。

　　圖1 研究工作采用的流程圖

　　2.1原料

　　表1中列出本研究工作中所用原料的化學成分。

　　2.2磚的配料組成

　　表2中列出了本研究工作所用配料的配方。表中示出了9種配料組成，其中R20和E20、R15和E15、R10和E10的組成絕對是相似的，但它們唯一的差別就是黏土的類型不同。根據(jù)研究結果可知，后3種配料均采用RR40型黏土制備。

　　2.3磚的制備

　　按照下面方法制備配料：

　　——在第1階段將含有粗顆粒的料進行充分混合。紅柱石的粒度為1~3mm和0~1mm;——在第2階段向所制備好的配料中加水;

　　——在第3階段將細顆粒料進行充分混合，此部分料中包括燒結氧化鋁和粒度<160μm的紅柱石;

表1原料的化學成分/%

　　表2磚配料的配方/%

　　——在第4階段將第2階段制備好的配料與第3階段制備好的配料混合起來;——在第5階段向第4階段所制備好的配料中加入黏土并與之充分混合。

　　在制備配料R5L時，在第2階段及加水之前，將木質(zhì)磺酸鈣加入水中調(diào)和均勻，然后將該調(diào)和的液體倒入第1階段所制備的配料中。

　　在制備配料R5B時，先將黏土和膨潤土進行混合，然后將該混合物倒入第4階段所制備好的配料中。

　　每種配料制成每份80g，然后將其睏置24h，旨在達到均勻化。

　　采用40t液壓機進行成型。所使用的壓模為圓柱形，直徑31.4mm。為防止出現(xiàn)分層現(xiàn)象，分3個階段將配料加入壓模中。在這3個階段采用手工成型，然后利用成型設備分2個階段進行加壓成型。在第1階段的15s內(nèi)采用36MPa的壓力，然后在第2階段的25s內(nèi)采用73MPa的壓力。

　　成型之后，將試樣放入干燥器中于110℃干燥24h。干燥之后將每種配料組成的試樣分別于1000℃、1200℃及1450℃下進行燒成，歷時5h。

　　2.4密度及氣孔率

　　在進行試驗時，將試樣放置在70℃的水中3h，然后放置于常溫的水中。此后從水中取出試樣，在漂浮狀態(tài)和飽和狀態(tài)下對試樣進行稱重。應當指出，為了使取得的結果具有更大的可靠性，共對3個試樣進行了試驗。然后按照公式(1)和公式(2)計算其體積密度和氣孔率。由于110℃下干燥后的試樣未達到所要求的強度，因此對其氣孔率及體積密度未進行計算。

　　式中：Db—體積密度;Pa—氣孔率;W1—濕重;W2—飽和重量;W3—漂浮重量。

　　2.5常溫耐壓強度

　　在進行試驗時，使用了壓力為200kN的液壓機，并取得破損所需要的力。為了使取得的結果更可靠及減少出現(xiàn)誤差的可能性，共對3個試樣進行了試驗。

　　2.6X射線衍射

　　對在1450℃下燒成的含5%黏土的3種配料組成的試樣進行了試驗，并取得了相應的衍射圖。

　　3結果及討論

　　3.1密度和氣孔率

　　如圖2所示，隨著燒成溫度的提高，氣孔率下降。看來，這是由于出現(xiàn)了大量的玻璃相所致，并且玻璃相流入空隙中。在較高的溫度下，不僅玻璃相數(shù)量增加，而且它變得更有流動性，因而在燒成溫度升高時導致氣孔率下降。

　　此外，如圖3所示，采用RR40黏土制備的試樣的氣孔率低于用Esteghlal黏土制備的試樣的該項指標，這可能是由于RR40黏土顆粒比Esteghlal黏土顆粒微細所致。

　　如圖4所示，就采用兩種黏土制備的試樣而言，隨著黏土數(shù)量的減少，其氣孔率卻增大。造成此種現(xiàn)象的原因可能是玻璃相數(shù)量下降所致。當然僅在燒成溫度為1450℃時才可以觀察到此種現(xiàn)象，而在其它燒成溫度下則不會發(fā)生此種情況。

　　此外，如圖5所示，在將R5、R5L和R5B這3種配料進行比較時發(fā)現(xiàn)，采用膨潤土制備的配料R5B試樣的氣孔率小于配料R5L試樣的該指標;配料R5L試樣的氣孔率小于配料R5試樣的該指標。這表明，由于玻璃相的增多，膨潤土可能引起玻璃相產(chǎn)生流動性，并充填于空隙內(nèi)。

　　還有一種可能性，與無加入劑的配料R5試樣比較，木質(zhì)磺酸鈣可能是使玻璃相流動性得到改善的原因。

　　3.2常溫耐壓強度

　　如圖6所示，對于所有配料的試樣來說，提高燒成溫度可使強度得到提高。隨著燒成溫度的提高，其莫來石化程度也提高，從而使其結合得到強化。另一方面，隨著燒成溫度的提高，其玻璃相數(shù)量也增加，對提高強度來說這也是有效的。

　　如圖7所示，隨著黏土含量的減少，其強度也下降。這是由于黏土含量影響莫來石化所致。

　　如圖8所示，Esteghlal黏土和RR40黏土具有不同的強度，其原因是Esteghlal黏土含有較多的雜質(zhì)，而且其莫來石化程度也較低。由于RR40黏土顆粒的粒度小于Esteghlal黏土顆粒的粒度，而且其固態(tài)擴散性良好，所以前者的強度高于后者。

　　如圖9所示，配料R5、R5L及R5B的試樣具有較高的強度;配料R5和R5L試樣的強度幾乎相同，而配料R5B試樣的強度則高于配料R5和R5L試樣的該指標。這表明采用少量黏土和膨潤土時也可以達到較高的莫來石化程度。

　　同時觀察到，配料R5及R5L試樣具有近似的強度，并且配料R5L中的木質(zhì)磺酸鈣有助于改善成型性能，故在成型各種不同尺寸的磚時它會起到有效的作用。

　　3.3X射線衍射

　　在圖10、11及12中示出配料R5、R5L及R5B試樣的X射線衍射結果。在此項研究工作中最重要的物相為莫來石相。配料R5B試樣中的莫來石相數(shù)量大于其它兩種配料試樣的該相數(shù)量，這證明該配料試樣的強度較高，而對于取得較大的莫來石化程度及較強的結合來說，膨潤土具有較大的影響力。

　　4結論

　　(1)采用RR40黏土制備的試樣性能比采用Esteghlal黏土制備的試樣更好;(2)當黏土使用量減少時，常溫耐壓強度隨之下降，但是由于莫來石數(shù)量的增加，可以預測其高溫性能能夠得到改善;(3)顆粒組成及更細小的顆粒有利于改善性能;

　　(4)采用木質(zhì)磺酸鈣有助于改善成型性能;

　　(5)膨潤土有助于提高強度和增大莫來石相的數(shù)量，也有可能改善其高溫性能。