低蠕变高铝质耐火材料的主晶相是莫来石和刚玉相,制品在烧成过程中会发生不同方式的莫来石反应,必须合理设计和控制这些莫来石化行为。正象早年人们对二级高铝砖的认识一样,只有控制好高铝砖生产中的莫来石反应,才能生产出优质低蠕变高铝砖。
低牌号低蠕变高铝砖的蠕变温度一般在1200~1350℃,这类制品可完全采用矾土熟料来生产。,对于矾土材料的基础高温蠕变性能的研究表明,抗蠕变与材料的氧化铝含量相关,其优劣顺序为二等>一等>三等。二等矾土的优异的抗蠕变性取决于它住状的莫来石网络结构组织。但事实上用块法煅烧的二等矾土熟料来生产低蠕变砖是有困难的,其原因除了矾土熟料烧结程度较差外,与二等矾土熟料本身的化学组成不均匀有关。
在高牌号低蠕变砖中加入三石后的低蠕变高铝砖就发发生较大的变化,蠕变温度在1400℃以上的高牌号低蠕变砖一般要加入硅线石族矿物或硅石。硅线石、红柱石、蓝晶石的莫来石转化的开始温度和完成温度是不同的。根据X射线衍射分析结果,蓝晶石的开始和完成温度较低,分别为1100℃和1300℃:红柱石的开始和完成温度分别为1260℃和1450℃:硅线石的较高,分别为1400℃和1750℃。
如果以矾土熟料为基料添加蓝晶石制备低蠕变高铝砖,需要坯体在1520~1550℃,长时间保温(35~50小时),并增加蓝晶石的细度,以确保蓝晶石的莫来石化反应完全,莫来石晶体得到良好发育。显微结才能反应出制品的基质中柱状莫来石晶体连续网络结构形貌。这种莫来石网络结构能较好抑制晶界滑移,改善制品的抗蠕变性。
在矾土熟料中添加硅线石或红柱石制备低蠕变砖,则在控制制品烧结的前提下,使硅线石或红柱石仅部分莫来石化,一方面抑制硅线石或红柱石的莫来石化带来的膨胀效应(这种膨胀效应会阻碍制品的致密化),另一方面硅线石潜在的莫来石化“势能”将补偿制品使用时高温荷载下的压缩,大大增强了制品的抗蠕变性。
传统的高铝耐火砖生产,要求原料化学成分基本均匀,尽可能避免“混级”,特别忌隔级料,以减小原料之间在烧成时的莫来石化反应引起膨胀,对制品带来负面效应。然而近些年来耐火材料工作者在生产低蠕变高铝砖时进行“混级”只要对制品中莫来石化进行有效控制,就能利用这种莫来石化效应,提高高铝砖的抗蠕变性能。