高鋁磚可以說是耐火材料行業(yè)中應用最為廣泛的耐火磚之一。高鋁磚規(guī)格尺寸分為上百種，可用于鋼鐵行業(yè)、建材行業(yè)、電力行業(yè)等多種熱工窯爐。

一般來說把Al?O?含量大于48%的硅酸鋁質耐火材料統(tǒng)稱為高鋁質耐火材料，定型的產品即為常用的高鋁磚，一般分為三個等級：Ⅰ等：Al?O?>75%;Ⅱ等：Al?O? 60%?75%;Ⅲ等：Al?O? 48%?60%。

燒制一級高鋁質耐火磚，通常燒成溫度為1700到1800℃;燒制二級高鋁磚，通常燒成溫度為1600到1700℃;燒制三級高鋁質耐火磚，通常燒成溫度為1500到1600℃;高鋁磚和多熟料黏土磚的生產工藝類似，其主要耐火原料有：含水鋁氧礦物(一水鋁石、三水鋁石等)為主要組成的高鋁礬土;硅線石族礦物(包括藍晶石、紅柱石、硅線石等);人工合成原料，如工業(yè)氧化鋁、合成莫來石、電熔剛玉等。不同之處在于配料中熟料比例較高，可高達90%?95%，熟料在破碎前需分級揀選和篩分除鐵，燒成溫度較高，如Ⅰ、Ⅱ等高鋁磚用隧道窯燒成時一般為1500?1600℃。

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關于理化指標

高鋁磚的耐火度波動范圍大，一般為1770?2000℃，主要受Al?O?含量的影響，隨著制品中Al?O?含量的增加而提高。同時耐火度還受雜質含量和種類的影響，與制品的礦相結構有關。

高鋁磚荷重軟化開始變形溫度大于1400℃，并隨著Al?O?含量的增加而提高。Al?O?含量小于71.8%的制品，荷重軟化溫度取決于莫來石和玻璃相的數(shù)量比例，隨莫來石數(shù)量的增加而提高。玻璃相的數(shù)量和性質對荷重軟化點有明顯影響。Al?O?含量為71.8%?90%時為莫來石、剛玉質制品，隨Al?O?含量的增加，玻璃相量基本不變，剛玉雖有增多，但莫來石卻有減少;故荷重軟化溫度提高不顯著。Al?O?含量超過90%以后，隨Al?O?含量的增加，玻璃相數(shù)量減少，荷重軟化溫度顯著提高，由Al?O?90%時的1630℃升至Al?O?100%時的1900℃,荷重軟化溫度都隨Al?O?含量的增加而提高。

高鋁磚的熱導率隨溫度升高而降低。當高鋁磚中含Al?O?越高時，其莫來石、剛玉晶體越多，則熱導率隨溫度升高而降低的傾向越明顯。但在1000℃以上，其下降幅度減小。

現(xiàn)行的有關高鋁磚的國家標準、黑色冶金標準、以及建材行業(yè)標準有以下6條：

YB∕T 4577-2016 抗?jié)B透高鋁磚

GB/T 2988-2012 高鋁磚

JC/T 1063-2007 水泥窯用抗剝落高鋁磚

YB/T 4439-2014 加熱爐用高鋁質錨固磚

JC/T 350-2013 磷酸鹽結合高鋁質磚

GB/T 3995-2014 高鋁質隔熱耐火磚

關于高鋁磚的牌號

普通高鋁磚按Al?O?的百分含量分為LZ-80、LZ-75、LZ-70、LZ-65、LZ-55、LZ-48六個牌號，其理化指標見表1。

以1級礬土熟料和電熔白剛玉粉為原料，配入適量膨脹劑，經(jīng)成型和800℃熱處理，可制得熱震穩(wěn)定性較好的高鋁磚。以Ⅰ級礬土熟料和電熔白剛玉粉為原料，配入適量膨脹劑，經(jīng)成型和800℃熱處理，可制得熱震穩(wěn)定性較好的高鋁磚。

為了降低高鋁磚的氣孔率，從原料的選用、配料、混合直至成型、燒成各工序都要采取相應的措施。

選用的一級高鋁礬土熟料的吸水率以小于5%為宜，二級高鋁料吸水率以小于7%為宜。把含水量小于4%的軟質粘土和鋁礬土熟料混合細磨。用這種混合細磨粉配料，可降低磚坯氣孔率。

配料時的顆粒級配，粗中細之比為4:2:4為宜，最大顆粒應不超過5mm。混料時的加料順序如下：先加入粗顆粒，再加入亞硫酸紙漿廢液后預混3min，再加入高鋁細粉進行混合。

燒成工藝引起的缺陷

一般情況下，經(jīng)過燒成后高鋁磚中幾乎所有的問題都會暴露出來，產生形形色色的缺陷。其中，主要的缺陷有欠燒、過燒、破損、污染、黑心、扭曲、裂紋等。

1、欠燒

欠燒是由于燒成溫度不夠，或保溫時間不足，或漏入冷風引起的問題。一般情況下，欠燒高鋁磚的機械強度低、結合松散、敲擊時聲音低沉、搬運時容易破損，高溫性能和抗侵蝕性能差。

2、過燒

過燒是燒成溫度過高，或保溫時間過長，或火焰直接接觸磚面引起的問題。一般情況下，過燒高鋁磚的機械強度高、顯氣孔率低、尺寸收縮多、磚體變形大、結合過于緊密、瓷化嚴重、敲擊時當當作響、抗熱震性能很差。不過，當原料含有較高Fe?O?、TiO?等過渡性金屬氧化物雜質時，過燒也可能使高鋁磚發(fā)泡，出現(xiàn)密度降低、顯氣孔率增大、體積膨脹增大的現(xiàn)象。

3、破損

破損是燒后出現(xiàn)缺棱、掉角、落粒等缺陷。其原因可能是基質數(shù)量偏少、結合劑強度不足、搬運時受力過猛、混練不勻、顆粒偏析、成型壓力不夠或燒成溫度偏低等。

4、污染

污染指熔洞、鐵斑等缺陷。熔洞的成因可能是煤渣、雜物等低熔物混入制磚料，燒成時使高鋁磚熔融所致。鐵斑是制造時鐵質物質混入原料，燒成時鐵質物質氧化擴散所致暗色斑塊。其原因可能是在破碎、粉磨時鐵質物質混入耐火原料。

5、黑心

黑心是燒后耐火制品中心帶有黑色而呈現(xiàn)出的缺陷。黑心的成因可能是制品內部的有機物被氧化前，其表面就被產生的玻璃相密封而致。也可能是制品在還原氣氛下燒成，冷卻時受氧化性氣氛影響所致。一般情況下，黑心制品的抗侵蝕性不佳。

6、扭曲

扭曲是高鋁磚制品在高溫下受壓產生的變形，其標志是高鋁磚底面的各棱不在同一平面上。如果成型、裝窯、燒成不當，都可能導致高鋁磚扭曲。

7、裂紋

裂紋指燒后耐火制品具有的各種裂紋，包括表面的、內部的、顯見的、隱蔽的裂紋。高鋁磚裂紋的成因各不相同，如成型不當可能出現(xiàn)層裂;干燥、燒成過程中收縮、膨脹過大，或收縮、膨脹不均都會引起裂紋;燒成中磚坯受熱、冷卻不均，出現(xiàn)不一致的燒成線變化或承受過大熱應力也會引起開裂。

裂紋產生的原因則一般有以下幾種：

(1)原料原因;

改善措施：高鋁磚的主要礦物相組成為莫來石、剛玉和玻璃相。隨著制品中Al?O?含量的增加，莫來石和剛玉相的數(shù)量也增加，玻璃相相應減少，制品的耐火度和高溫性能隨之提高。實際生產高鋁磚時，要注意所用的高鋁礬土熟料的雜質含量進行控制，按照YB/T5179-2005(高鋁礬土熟料)的要求，K?O和NaO含量<0.35%~0.6%，盡量采用雜質含量低和燒結程度好的原料進行生產。

(2)泥料原因

泥料中的臨界顆粒尺寸、細粉加入量、泥料的混合質量都會影響高鋁磚半成品產生裂紋。如基質料一般由細粉組成，燒成過程中產生收縮，而顆粒一般是產生膨脹，兩者之間產生較大的變形差而引起內應力，從而使制品產生裂紋。

(3)成型原因。包含磚型的原因、成型模具設計不合理、布料不均勻的原因、成型操作和成型壓力的原因
(4)燒成原因

高鋁磚的燒結是液相燒結，液相的形成溫度和液相量，燒成時的升溫速度、氣氛條件、坯體在燒成過程中產生的收縮以及二次莫來石化合剛玉再結晶作用會導致不一致收縮，使制品表面產生裂紋。

一般有預熱帶裂紋、燒成帶裂紋、冷卻帶裂紋。高鋁磚產生裂紋的原因是多方面的，可是有一種或者幾種因素共同作用，但從實質上來分析，主要由于應力的作用超過高鋁磚本身承受的應力才導致裂紋的發(fā)生。實際生產過程中由于制品物理化學變化而產生的微裂紋有時對制品提高抗熱震性能是有益的，就要根據(jù)造成高鋁磚裂紋的各種因素來進行分析，作出改善提高制品的成品合格率。

高鋁磚的應用

高鋁磚主要分為普通高鋁磚和改性高鋁磚。普通高鋁磚是指常用的標準燒成磚，而改性高鋁磚主要是指：高荷軟高鋁磚、微膨脹高鋁磚、低蠕變高鋁磚和磷酸鹽結合高鋁磚四種。

一、普通高鋁磚。

高鋁磚的主要礦物組成為莫來石、剛玉和玻璃相。

普通高鋁磚主要用于砌筑高爐、熱風爐、電爐爐頂、鼓風爐、反射爐、回轉窯內襯。除此之外，高鋁磚還廣泛地用于平爐蓄熱式格子磚、澆注系統(tǒng)用的塞頭、水口磚等。

二、高荷軟高鋁磚。

高荷軟高鋁磚和普通高鋁磚相比，所不同的是基質部分和結合劑部分。

(1)基質部分除添加三石精礦外，按照燒后化學組成接近莫來石的理論組成，合理引入高鋁物料(磨細的高鋁礬土、工業(yè)氧化鋁或a-Al2O3 微粉、剛玉粉、高鋁剛玉粉)。

(2)結合劑選擇優(yōu)質球黏土等，視品種不同采用黏土復合結合劑，或莫來石質結合劑。

通過采用以上辦法，使高鋁磚的荷重軟化溫度提高50-70℃。

三、 微膨脹高鋁磚

微膨脹高鋁磚是以高鋁礬土為主體原料，添加三石精礦，按照高鋁磚生產工藝流程制成。為使高鋁磚在使用過程中適量膨脹，關鍵選擇好三石礦物和其粒度，控制好燒成溫度，使所選的石礦物部分莫來石化，殘留部分三石礦物。殘留的三石礦物在使用過程中進一步莫來石化( 一次或二次莫來石化)，伴著膨脹反應。選擇的三石礦物以復合材料為好。因三石礦物的分解溫度各不相同。莫來石化產生的膨脹也各有差異，利用此特征，高鋁磚因工作溫度不同而有相應的膨脹效應，擠緊磚縫，提高磚的整體密實性，從而提高了磚的抗熔渣滲透能力。

四、低蠕變高鋁磚

我國長期在熱風爐使用的黏土磚、高鋁磚的考核指標中，主要是荷重軟化溫度，未提出蝶變率的指標要求。經(jīng)過長年使用，出現(xiàn)了磚的變形、開裂、下沉等問題，如果熱風爐風溫提高，此類問題更加突出。隨著煉鐵高爐大容積、高風溫技術及長壽化的發(fā)展，對熱風爐用耐火材料提出了更高的要求，要求材料能承受長期熱應力和高風溫等的作用而不易損壞。因此要求熱風爐用高鋁磚具有低的蠕變率。這對熱風爐的長壽起著重要作用。低蠕變高鋁磚的理化指標如下：

為了解決高鋁磚的抗蠕變性，采用添加有益礦物的辦法，利用所謂的未平衡反應來解決、當蠕變溫度為1550℃、1500℃ 時添加物為石英、三石礦物;蠕變溫度為1450℃ 、1400℃、1350℃時，添加物為三石礦物，相應引入剛玉、a-Al2O3等;蠕變溫度為1300℃、1270℃、1250℃ 時，添加物為三石礦物。其中，三石礦物、活性氧化鋁等主要以基質形式加入，基質的完全或近于完全莫來石化是關鍵。因為基質的莫來石化，必將提高材料的莫來石含量，降低玻璃相含量，而莫來石優(yōu)異的力學、熱學性能有利于材料高溫性能的改善或提高。

經(jīng)研究表明，在高鋁磚的生產中，加入15%-35%的硅線石精礦，可制得蠕變溫變?yōu)?400-1450℃的高爐熱風爐用高荷軟、低蠕變高鋁磚。對于蠕變溫度為1500~-1550℃的低蠕變高鋁磚，除添加適量的硅線石外，還需加入一定量的莫來石;或采用部分電熔剛玉和硅石原料。

五、磷酸鹽結合高鋁磚

磷酸鹽結合高鋁磚是以致密的特級或一級高鋁礬土熟料為主要原料，磷酸溶液或磷酸鋁溶液為結合劑，經(jīng)半干法機成型后，于400-600℃熱處理而制成的化學結合耐火制品。它屬于免燒磚，為避免在高溫使用過程中制品收縮較大，配料中需要引入加熱膨脹性原料，如藍晶石、硅線石、葉蠟石、硅石等。與陶瓷結合的燒成高鋁相比，其抗剝落性更好，但其荷重軟化溫度較低，抗侵蝕性較差，因此需加入少量的電熔剛玉莫來石等，以強化基質。磷酸鹽結合高鋁磚適用于水泥窯、電爐頂和鋼包等。