藍(lán)晶石是一種高鋁礦物原料，在高溫下分解產(chǎn)生莫來石和SiO2，同時伴隨明顯的體積膨脹，而高溫膨脹是其他高鋁原料所沒有的特性，故常常將藍(lán)晶石作為原料添加到制品中，利用其膨脹效應(yīng)抵消某些基體材料的收縮或者制品的燒成收縮，使制品具有高溫體積相對穩(wěn)定，抗熱震性好和抗蠕變性能好等特點，進(jìn)而提高制品的高溫使用性能，延長制品的使用壽命。藍(lán)晶石還具有耐酸堿、耐腐蝕、抗沖擊力強(qiáng)、電絕緣性能好等特點。藍(lán)晶石被廣泛應(yīng)用于冶金、陶瓷、耐火材料、玻璃、機(jī)械、電力和化工等領(lǐng)域。本文對藍(lán)晶石在不定形耐火材料領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展報道文獻(xiàn)加以匯總，系統(tǒng)地介紹了藍(lán)晶石材料的利用進(jìn)展情況。

澆注料是一種加水?dāng)嚢韬缶哂辛己昧鲃有缘牟欢ㄐ文突鸩牧?，既可直接澆注成襯體使用，又可用澆注或震實的方法制成預(yù)制塊使用。在不定形耐火材料中，澆注料所占比例最大。澆注料主要作為冶金、水泥、石油、化工、建材及機(jī)械工業(yè)窯爐和熱工設(shè)備的內(nèi)襯材料而廣泛使用。

礬土基耐火澆注料

隨著技術(shù)的發(fā)展，澆注料正朝向低水泥方向發(fā)展，低水泥澆注料與傳統(tǒng)澆注料相比，具有更佳的高溫性能和抗渣性能。其中，礬土基低水泥澆注料已取得一定的進(jìn)展，為了解決礬土基低水泥澆注料在高溫條件下因體積收縮導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)剝落，張玲等、朱新偉、單玉香等分別研究了藍(lán)晶石對礬土基低水泥澆注料性能的影響。結(jié)果表明：藍(lán)晶石原料在1300℃以前膨脹不明顯，在1325℃～1390℃溫度區(qū)間內(nèi)快速膨脹，在1430℃達(dá)到最大膨脹值。藍(lán)晶石膨脹溫度區(qū)間較窄，僅65℃。當(dāng)溫度繼續(xù)升高，由于液相的生成及燒結(jié)的作用，膨脹率下降。

當(dāng)藍(lán)晶石的加入量足夠多時，才能補(bǔ)償澆注料因燒結(jié)產(chǎn)生的收縮，提高材料的高溫體積穩(wěn)定性。在藍(lán)晶石有較大膨脹值的高鋁輕質(zhì)耐火磚溫度范圍內(nèi)加入適量藍(lán)晶石有利于提高材料的荷重軟化溫度。澆注料應(yīng)根據(jù)使用溫度的不同而加入不同含量的藍(lán)晶石，以便確保材料強(qiáng)度的提高。藍(lán)晶石的加入，一方面能分解產(chǎn)生莫來石，提高材料的強(qiáng)度；另一方面由于分解產(chǎn)生的膨脹，使強(qiáng)度的增加受到限制。因此，只有引入適量的藍(lán)晶石，才能改善材料的常溫力學(xué)性能。

藍(lán)晶石的體積膨脹在低溫時不明顯，因此只有加入少量的藍(lán)晶石才能提高0.6%變形溫度，而加入量過多時，低熔作用占主導(dǎo)導(dǎo)致0.6%變形溫度下降。藍(lán)晶石在高溫下產(chǎn)生的體積膨脹補(bǔ)償了試樣的壓縮變形以及藍(lán)晶石降低液相生成溫度，因此澆注料的4%變形溫度隨藍(lán)晶石加入量的增加而提高。

藍(lán)晶石加入量對礬土基低水泥澆注料高溫抗折強(qiáng)度和抗熱震性的影響。隨著藍(lán)晶石加入量的增加，材料的高溫抗折強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度保持率均呈先增大后減小的變化規(guī)律，當(dāng)加入量w(藍(lán)晶石)=4%時，材料具有最大的高溫抗折強(qiáng)度，當(dāng)加入量w(藍(lán)晶石)=2%時，材料具有最佳的抗熱震性。加入藍(lán)晶石可提高材料抗熱震性的原因為：藍(lán)晶石在高溫下分解形成柱狀莫來石，這些長柱狀晶粒穿插在基質(zhì)中，形成網(wǎng)絡(luò)交織結(jié)構(gòu)，彼此相互制約和加強(qiáng)，能較好抵抗由熱震引起的裂紋擴(kuò)展，對提高材料的強(qiáng)度和抗熱震性有利。

燒結(jié)點火爐用耐火澆注料

燒結(jié)點火爐是制備供高爐用燒結(jié)礦和球團(tuán)礦的熱工設(shè)備，使用的內(nèi)襯材料在使用過程中往往會出現(xiàn)爐墻底部化學(xué)侵蝕嚴(yán)重和爐頂燒嘴周圍溫度較高的現(xiàn)象，導(dǎo)致點火爐使用壽命一般不到2年。

為了提高點火爐使用壽命，夏昌勇等以礬土、莫來石、SiC、藍(lán)晶石和硅線石為原料，以SiO2微粉、活性α-Al2O3微粉和鋁酸鈣水泥為結(jié)合劑，加入減水劑三聚磷酸鈉，研制出一種燒結(jié)點火爐用澆注料。結(jié)果表明：Si耐火磚g2 價格O2微粉的加入不但增加了材料的烘干后強(qiáng)度，也增加了材料經(jīng)過1350℃燒后的常溫抗折強(qiáng)度，但高溫?zé)蟛牧系木€收縮率卻隨著SiO2微粉加入量的增加而增大，影響了材料的高溫體積穩(wěn)定性。藍(lán)晶石的引入能確保材料獲得較理想的膨脹效果。綜合考慮澆注料的各項性能，材料的最佳配比為：w(礬土)=70%，w(莫來石)=11%，w(藍(lán)晶石)=3%，w(SiC)=4%，w(鋁酸鈣水泥)=5%，w(SiO2微粉)=3%，w(活性α-Al2O3微粉)=4%，w(三聚磷酸鈉)=0.15%。

該澆注料可用于點火保溫爐的爐頂、隔墻和點耐火磚用材火段的側(cè)墻，并且該澆注料已在馬鋼燒結(jié)廠、三明鋼鐵廠、本鋼燒結(jié)廠、天津鐵廠、南昌鋼鐵廠、漣鋼、湘鋼和武鋼等國內(nèi)鋼鐵廠的點火爐上使用，實際使用結(jié)果表明：該澆注料施工性能好，烘干和高溫?zé)髲?qiáng)度高，荷重軟化溫度高，抗熱震性好，點火爐內(nèi)襯無大的剝落和開裂，使用壽命已超過4年，確保了正常的生產(chǎn)運行。

礬土基無水泥澆注料

加熱爐、均熱爐是軋鋼或鍛鋼時用于加熱和均熱鋼坯或鋼錠的熱工設(shè)備，用于燒嘴部位的耐火材料需有良好的高溫耐火性能和抗熱震性能以及優(yōu)良的抗高溫氣流沖刷與煙塵侵蝕的性能。而現(xiàn)用的礬土水泥結(jié)合高鋁質(zhì)耐火澆注料抗熱震性一般，耐剝落性差，使用壽命較短，一般為3～6個月；同時由于使用礬土水泥作結(jié)合劑，水泥中的CaO成分在高溫使用時形成低熔物，降低了澆注料的耐火性能，使材料變形嚴(yán)重，改變了爐內(nèi)溫度場，從而影響了鋼坯的加熱質(zhì)量。

為此，以礬土、藍(lán)晶石和硅線石為原料，以ρ-Al2O3微粉和SiO2微粉為結(jié)合劑，制備出礬土基無水泥澆注料。因ρ-Al2O3結(jié)合劑中w(Al2O3)=99.21%，雜質(zhì)含量極低且不帶入低熔物，因此不構(gòu)成Al2O3-SiO2-CaO系，材料在高溫使用過程中不形成鈣黃長石或斜長石這樣的低熔物，從而提高了材料的高溫性能。將藍(lán)晶石和硅線石按照質(zhì)量比為2∶1的比例引入到澆注料中，改善了材料的高溫?zé)缶€變化并提高了材料的抗熱震性能。藍(lán)晶石和硅線石的熱膨脹系數(shù)較小，在高溫下轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊硎臒崤蛎浵禂?shù)也小，相變前后的晶相都有利于提高材料的抗熱震性；同時由于藍(lán)晶石和硅線石熱膨脹系數(shù)的差異，導(dǎo)致在相的界面上產(chǎn)生微裂紋，利用微裂紋的增韌機(jī)制也提高了材料的抗熱震性能。

鐵水預(yù)處理脫硫噴槍澆注料

鐵水預(yù)處理是提高鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量，擴(kuò)大鋼材品種，降低成本的重要工藝手段。脫硫噴槍是預(yù)處理設(shè)備的重要組成部分，在使用過程中脫硫噴槍澆注料因受到渣液、鐵水的攪動而需承受高溫沖刷磨損，同時還需承受噴吹時槍體振動帶來的機(jī)械破壞以及間歇作業(yè)時溫度的驟然變化。因此，脫硫噴槍澆注料常常產(chǎn)生穿孔、開裂和熔損等現(xiàn)象，進(jìn)而損壞鋼管內(nèi)芯，降低了脫硫噴槍的使用壽命，阻礙了生產(chǎn)，加大了生產(chǎn)成本。

對此，以礬土、莫來石和藍(lán)晶石為原料，以SiO2微粉和鋁酸鈣水泥為結(jié)合劑，添加適量鋼纖維，研制出一種適應(yīng)攀鋼工藝要求的鐵水預(yù)處理脫硫噴槍澆注料。由于噴槍壁薄，使用時溫度波動較大，槍體機(jī)械振動劇烈，因此槍體的高溫體積穩(wěn)定性非常重要，為盡量減少鋼管內(nèi)芯的熱膨脹與澆注料的熱膨脹的差異，必須使噴槍在中、高溫條件下具有一定的膨脹。因此，適量藍(lán)晶石的引入抵消了材料在高溫和冷卻過程中產(chǎn)生的收縮裂縫，從而提高了材料的使用壽命。將研制的該澆注料成型10支脫硫噴槍在攀鋼使用，抗沖刷能力明顯增強(qiáng)，平均使用壽命37.9次，較原噴槍使用壽命提高20次左右，保證了生產(chǎn)需要。但該澆注料在使用十幾次后，仍存在環(huán)狀裂紋，這也將影響其使用壽命，因此有待進(jìn)一步解決澆注料與鋼管內(nèi)芯的熱膨脹系數(shù)匹配問題。

莫來石基澆注料

莫來石基澆注料具有很強(qiáng)的抗爆裂性、較高的強(qiáng)度和優(yōu)良的抗熱震性等特點，適用于耐剝落及耐磨性優(yōu)良的襯里部位。為了進(jìn)一步提高莫來石基澆注料的性能以莫來石、剛玉和藍(lán)晶石為原料，以SiO2微粉和蘇州土為結(jié)合劑，研究了3種粒度的藍(lán)晶石(0.8mm～0.355mm，0.355mm～0.088mm，<0.088mm)對莫來石-剛玉材料性能的影響。

結(jié)果表明：隨著溫度的升高，加入粒度>0.088mm藍(lán)晶石試樣的線變化率增加，顯氣孔率增大，體積密度下降，耐壓強(qiáng)度減??；而加入粒度<0.088mm藍(lán)晶石試樣的線變化率略有增加，顯氣孔率、體積密度和耐壓強(qiáng)度變化不大。含有3種粒度藍(lán)晶石的試樣中，引入粒度<0.088mm藍(lán)晶石的試樣具有較低的顯氣孔率、較大的體積密度和較高的耐壓強(qiáng)度。由XRD曲線看出，粒度<0.088mm的藍(lán)晶石在1200℃開始分解，在1300℃時完全分解，莫來石衍射峰的強(qiáng)度不斷提高。

粒度為0.355mm～0.088mm和0.8mm～0.355mm的藍(lán)晶石分解溫度升高，完全分解的溫度提高至1400℃左右，快速分解溫度在1200℃～1紙槳廢泥造耐火磚300℃，溫度繼續(xù)升高時，藍(lán)晶石的分解量變化不大。雖然3種粒度的藍(lán)晶石在1400℃時已完全或幾乎完全分解，但由線變化率結(jié)果可知，含有3種不同粒度的試樣在1400℃～1500℃區(qū)間仍在膨脹，根據(jù)Saruhan等的研究，莫來石的合成溫度始于1470℃，因此在該溫度區(qū)間的膨脹是由藍(lán)晶石分解產(chǎn)生的SiO2與Al2O3反應(yīng)，即二次莫來石化反應(yīng)造成的。在本試驗條件下，加入藍(lán)晶石的最佳粒度為<0.088mm，最佳加入量為w(藍(lán)晶石)=10%～15%。Belogurova等以藍(lán)晶石、氧化鎂、SiC和硅鐵生產(chǎn)廢棄物為原料，制備出具有優(yōu)良抗熱震性能的莫來石-堇青石復(fù)合材料。該材料經(jīng)過1300℃→水冷條件下，熱震循環(huán)次數(shù)可達(dá)45次。

硅酸鋁纖維澆注料

隔熱保溫材料與致密材料相比具有密度低、熱導(dǎo)率低、保溫性能好等特點，被廣泛應(yīng)用于高溫窯爐的隔熱層和內(nèi)襯，增加了窯爐的蓄熱效果并減輕了窯爐的重量，在提倡低碳環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的理念下，具有很好的發(fā)展前景和研究意義。其中，硅酸鋁纖維是一種重要的隔熱材料。然而，傳統(tǒng)的硅酸鋁纖維材料主要以定形制品為主，如纖維板、氈、毯等，受到強(qiáng)度及施工條件的限制，不能廣泛的應(yīng)用于需滿足一定強(qiáng)度和施工條件較為復(fù)雜的窯爐部位，并且纖維材料的定向收縮嚴(yán)重，容易因產(chǎn)生過大的裂縫而導(dǎo)致爐壁受損。隨后發(fā)展的纖維不定形材料主要為纖維噴涂料，纖維噴涂料雖然克服了上述定形制品的缺點，但由于纖維噴涂料的強(qiáng)度耐火磚重皮低，易受機(jī)械力破壞，因此其應(yīng)用范圍有限。

為此，以高鋁纖維球、輕質(zhì)莫來石、藍(lán)晶石、α-Al2O3粉和SiO2微粉為原料，以高鋁水泥和硅溶膠為結(jié)合劑，研制出一種整體性好、施工方便、低導(dǎo)熱性、高強(qiáng)度的硅酸鋁纖維澆注料。硅酸鋁纖維材料的體積密度非常低，內(nèi)部具有很多的空氣，同時由于硅酸鋁纖維的直徑非常細(xì)，一般為3μm～7μm，且纖維是一種非晶體物質(zhì)，它具有比晶體高的內(nèi)能，極不穩(wěn)定，在高溫下很容易析晶，因此纖維澆注料和其他澆注料相比，具有更大的高溫體積收縮。藍(lán)晶石的引入對纖維澆注料強(qiáng)度的影響不大。隨著藍(lán)晶石加入量的增多，材料的線收縮率先減小后增大，當(dāng)w(藍(lán)晶石)=5%時，材料具有最小的線收縮率。倪文等為了減少莫來石隔熱耐火澆注料的高耐火磚廠家溫收縮，將藍(lán)晶石作為膨脹劑引入到隔熱澆注料中。結(jié)果表明：當(dāng)藍(lán)晶石加入量為w(藍(lán)晶石)=25%時，隔熱耐火澆注料經(jīng)過1500℃×24h燒成后的線收縮率為0.8%，達(dá)到了設(shè)計要求。

焦寶石基澆注料

此外，焦寶石基澆注料具有優(yōu)良的耐高溫性能、耐熔融金屬侵蝕和抗熱震性能，適用于與鐵水直接接觸的轉(zhuǎn)爐、鐵水包等設(shè)備的襯里部位。作者等將藍(lán)晶石引入到焦寶石基澆注料中，分別開發(fā)出不同種類的焦寶石基澆注料。由于藍(lán)晶石的引入，這些澆注料在高溫下均具有良好的體積穩(wěn)定性能。

總結(jié)

除了上述中，藍(lán)晶石在耐火澆注料中的應(yīng)用，其在其他不定形耐火材料的制備領(lǐng)域都起著舉足輕重的作用。利用藍(lán)晶石高溫下永久性膨脹的特點，將其引入到耐火材料和陶瓷等材料中，可以提高制品的體積穩(wěn)定性、荷重軟化溫度、抗熱震性、抗渣性和抗磨性，解決了材料在高溫和冷卻過程中因產(chǎn)生收縮、裂紋和剝落等降低使用壽命的問題。但藍(lán)晶石的體積膨脹在補(bǔ)償材料收縮的同時，也存在降低材料強(qiáng)度的不利影響，因此在實際使用中，應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境合理選擇藍(lán)晶石的粒度和加入量，通過控制藍(lán)晶石的粒度和加入量來調(diào)節(jié)其膨脹量，從而實現(xiàn)材料體積穩(wěn)定性和強(qiáng)度的平衡。

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