一般蠟石含Al2O315%~30%,SiO270%~85%,其他雜質(zhì)成分很少,是良好的半硅質(zhì)耐火原料。很早以前美國(guó)就將大塊蠟石鑿成磚塊,砌筑煙囪和爐底,俗稱耐火石或爐石。以蠟石為原料制造耐火材料,日本已有百年歷史,至今仍然大量生產(chǎn)蠟石質(zhì)耐火材料,日本用于生產(chǎn)耐火材料的蠟石約占全國(guó)蠟石總量(包括進(jìn)口)的50%~60%,蠟石磚素有:“日本王牌“之稱。美國(guó)也有50%以上的蠟石用來(lái)生產(chǎn)耐火材料。蘇聯(lián)于1936年就試制過(guò)蠟石質(zhì)耐火材料,現(xiàn)仍然進(jìn)行蠟石磚的研究。巴西、澳大利亞、印度等國(guó)家利用本國(guó)蠟石生產(chǎn)盛鋼桶襯磚、袖磚、下注流鋼磚,在三明鋼鐵廠、馬鞍山鋼鐵公司、鞍山鋼鐵公司的小型、中型、大型盛剛桶上試用,中小型盛剛桶的使用壽命較粘土磚提高近一倍,大型盛剛桶使用效果也明顯較粘土磚好。釉磚,下注流鋼磚也較粘土磚抗侵蝕。1979年浙江耐火材料廠利用本地蠟石試制盛鋼桶襯磚,在杭州鋼鐵廠、首都鋼鐵公司、上海重型機(jī)器廠的小型、中型盛鋼桶上試用,使用壽命較粘磚提高40%以上,有的也較黏土磚壽命提高一倍。由于蠟石磚具有高溫膨脹性,使盛鋼桶內(nèi)襯在使用過(guò)程中磚縫變小,整體性好、抗侵蝕、而且蝕損均勻、不掛渣。寶鋼300T盛鋼桶底一直使用蠟石磚,不用清渣,十分平整。包鋼轉(zhuǎn)爐爐前使用315T鐵水包,蠟石磚作內(nèi)襯,由于在高溫下蠟石磚有輕微膨脹性,使鐵水包內(nèi)襯變得更加致密,使用壽命500次以上,比粘土磚壽命顯著提高。由于粘土磚高溫收藏,磚縫溶損較大,容易產(chǎn)生漏鐵事故。
日本對(duì)蠟石質(zhì)耐火材料有多方面的研究。圍繞盛鋼桶襯磚的使用效果,從蠟石原料到制造工藝進(jìn)行了多次變革。最早是將蠟石煅燒成熟料。加結(jié)合粘土配料,制造在1300℃左右溫度下燒成,制造堿含量較高、氣空率較低、燒結(jié)比較好的蠟石磚?蛇@種磚在使用過(guò)程中,表面容易起泡,蝕損嚴(yán)重,使用壽命不高。根據(jù)蠟石基本性質(zhì)的研究認(rèn)識(shí)到:蠟石灼燒減量少(4%~8%),加熱過(guò)程中脫水速度緩慢,葉蠟石脫水后結(jié)構(gòu)未被破壞,不發(fā)生新的結(jié)晶作用,體積穩(wěn)定,蠟石可以不用煅燒熟料,直接破碎制磚。1961~1970年日本多采用SiO2=71%~75%,R2O=0.5%~1.5%的蠟石直接制磚。通過(guò)蠟石質(zhì)襯磚損毀機(jī)理的研究得出了堿含量及硅含量與侵蝕率的關(guān)系。有人指出Fe2O3+堿含量為2.1%的蠟石磚轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂肍e2O3+堿為0.6%的低堿蠟石磚。耐侵蝕性提高1.2倍。在SiO2含量方面,看到前蘇聯(lián)、德國(guó)成功的使用高硅質(zhì)盛鋼桶內(nèi)襯。而且日本蠟石資源已逐漸枯竭,勢(shì)必向高硅防發(fā)展。1970年以后,日本多采用SiO2=75%~83%的高硅低堿(<0.6%)蠟石制磚,以及用SiO2=85%~92%的高硅蠟石配以30%~60%鋯英石粉制成高硅—鋯系盛鋼桶投射料。
筆者在實(shí)驗(yàn)室條件下,分別采用蠟石生料,850℃輕燒料,1350℃煅燒熟料制磚,在制磚工藝條件完全相同的情況下,蠟石生料制品較輕燒制品致密,輕燒制品較熟制品致密,其不同原料制品的顯氣孔率。
我國(guó)蠟石磚從半工業(yè)試驗(yàn)開(kāi)始基本上是采用蠟石生料制磚,加入10%結(jié)合粘土配料,為了減少Fe2O3、K2O、Na2O等雜志成分,有的制品加入5%結(jié)合粘土,或者采用全部蠟石配料。針對(duì)礦山資源,洛陽(yáng)耐火材料研究所和福州耐火材料廠對(duì)A1203含亮為14%、15%、17%直到31%的蠟石分別進(jìn)行了制磚試驗(yàn)及在盛鋼桶上使用觀察,隨著Al2O3含量降低,SiO2含量增加,制品的荷重化點(diǎn)增高,使用效果差別不太明顯。制磚泥料顆粒配比研究得出:3~0.5mm顆粒60%~70%,0.5~0.088mm顆粒10%~20%,<0.088細(xì)粒20%~30%的泥料,其制品的體積密度較高,臨界顆粒尺度以3mm為好,改變臨界顆粒尺度,對(duì)制品的體積密度影響不大。蠟石硬度小,采用輪碾機(jī)或反擊式破碎機(jī)組成,就可以配料制轉(zhuǎn)。輪碾機(jī)破碎的蠟石顆粒呈圓形、表面光滑,制磚泥料容易達(dá)到緊密堆積,使制品的氣孔率較低,制磚泥料一般采用濕碾機(jī)濕練,每次混15~20 min,用260t或300t摩擦壓磚機(jī)成型,倒焰窯或隧道窯燒成,燒成溫度通常為1200`C左右。福州耐火材料廠為上海寶山鋼鐵總廠容量為300t的大型盛鋼桶生產(chǎn)蠟石質(zhì)襯磚,采用高硅低堿蠟石制磚,其制品的Al2O3含量16%~20%左右,SiO277%~80%,F(xiàn)e2O3<1%,K2O+Na2O<0.6%,顯氣孔率12%~18%,荷重軟化點(diǎn)1480~1520℃,耐壓強(qiáng)度40~70MPa,耐火度1610~1650℃。在蠟石磚的生產(chǎn)過(guò)程中,為了提高成型效率,往往加入部分蠟石熟料或廢蠟石磚,采用全部蠟石配料,不加結(jié)合粘土,其配方為:3~0mm蠟石95%,1~0mm廢蠟石磚5%,用紙漿、糊精、糖蜜或水玻璃等做結(jié)合劑。
蠟石磚質(zhì)地純潔、外觀呈白色、制造工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、透氣性小、荷重軟化點(diǎn)較高,高溫使用略有膨脹性,對(duì)CO氣穩(wěn)定性強(qiáng),廣泛用于各種爐窯的底部、煙道、火箱、沖天爐、鐵水包,化鐵爐的內(nèi)襯、釉磚、流鋼磚、玻璃熔窯的拱頂、胸墻、噴火口、拱腳、蓄熱寶格子磚,玻璃纖維用語(yǔ)坩堝鑲磚,粒鐵回轉(zhuǎn)爐,精煉有色金屬的氯化爐內(nèi)襯,盛鋼桶內(nèi)座磚,水口磚、步進(jìn)式加熱爐底等,其他爐窯的溫度不太高的部位,受到強(qiáng)堿性之外的其他化學(xué)作用的部位;蛘呤苣p作用的部位。近年來(lái),日本很重視蠟石質(zhì)盛鋼桶底磚的研究,認(rèn)為高硅低堿蠟石磚荷重軟化點(diǎn)高,與渣的接觸反映少,取得了好的使用效果,基本確定盛鋼桶底磚、連鑄用中間盛鋼桶底磚使用高硅低堿蠟石磚。上海重型機(jī)器廠的真空澆注裝置引進(jìn)日本生產(chǎn)工藝技術(shù),除了中間省鋼桶底外,限流期上圈,鋼錠冒口圈也使用蠟石磚。
蠟石可以直接作為耐火混凝土骨料,輕燒或煅燒后的蠟石作耐火混凝土骨料更好些。因?yàn)橄炇褵螅捕仍黾、容量減小,具有良好的熱震穩(wěn)定性及較高的強(qiáng)度。冶金建筑研究院試制水玻璃耐火混凝土(不燒磚),烘干耐壓強(qiáng)度僅為13MPa,可是在加熱過(guò)程中耐壓強(qiáng)度提高幅度較大,加熱至700℃后的強(qiáng)度約為烘干耐壓強(qiáng)度的180%,900℃約為210%,用蠟石做骨料和粉倆里的水玻璃耐火混凝土耐酸度為92.7%。
從施工機(jī)械化,接生勞動(dòng)力,節(jié)省能源的觀點(diǎn)出發(fā),盛鋼桶內(nèi)襯從投資成型開(kāi)始,以及搗打、噴補(bǔ)修理等,向不定化發(fā)展。蠟石可以作為散狀的投射料、搗打料和噴補(bǔ)料,林武志研究了各種投射料的加熱組織變化及渣滲透的關(guān)系,結(jié)果表明:1500℃燒成后的顯氣孔率和渣舌頭的關(guān)系為,當(dāng)硅石氣孔率在15%以下,硅質(zhì)蠟石在17%以下時(shí),沒(méi)有發(fā)現(xiàn)渣的滲透,;蠟石質(zhì)料,即使氣孔率達(dá)20%以上,也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)渣的滲透,藤村宗平研究了硅石—蠟石—水玻璃投射料,在硅石中添加蠟石對(duì)抗侵蝕性有好處,干燥和燒成之后,強(qiáng)度增大,抗熔渣和鋼水侵蝕滲透的效果更好,認(rèn)為高硅質(zhì)投射料SI02含量為85%~92%最合適,盛鋼桶內(nèi)襯采取自動(dòng)澆注,蠟石澆注內(nèi)襯的使用壽命是蠟石磚砌筑內(nèi)襯的83.3%,日本拉市澆注料的配方如下;
高硅拉市10~4mm 20%
4~1mm 30%
1~0.074mm 20%
<0.074mm 30%
陶洗的粘土 <0.074mm 3%(外加)
膨潤(rùn)土 <0.074mm 1%(外加)
膠態(tài)氧化硅 1%(外加)
對(duì)盛鋼桶及其他爐窯內(nèi)襯局部損壞區(qū)域,可以用蠟石作為噴補(bǔ)料進(jìn)行噴補(bǔ)維護(hù),日本推出的蠟石噴補(bǔ)料配方如下:
蠟石 >1.0mm 20%
1~0.5mm 15%
0.5~0.125mm 15%
<0.125mm 5%
硅石 1~0.5mm 5%
0.5~0.125mm 20%
<0.125mm 20%
糊精 1%(外加)
磷酸鈉 1%(外加)
選擇Al2O3>23%,F(xiàn)e2O3<0.4%,耐火度>1700`C的水鋁石質(zhì)蠟石,高嶺石質(zhì)蠟石質(zhì)蠟石制造玻璃坩堝。目前我國(guó)是將高鋁低鐵蠟石經(jīng)石輪干碾機(jī)破碎至30目以下再配料,一般玻璃坩堝泥料中,蠟石占30%~50%。浙江一家坩堝廠采用青田蠟石與山東焦寶石,蘇州土配料,經(jīng)真空練泥、手工成型、干燥后經(jīng)900℃燒成的坩堝,表面灰白色,SiO2<55%,Al2O3>38%,Fe2O3<1.2%,顯氣孔率<33%,耐壓強(qiáng)度>0.8MPa。玻璃坩堝平均使用20多天,煉鋅坩堝平均使用170多天。北京玻璃研究所用蠟石53%,高嶺土25%,紫木節(jié)5%,工業(yè)氧化鋁14%,長(zhǎng)石3%的配方,澆注玻璃坩堝,在1600℃下燒成,熔化窗口玻璃,還可以代替白金坩堝熔化某些光學(xué)玻璃。
為了提高盛鋼桶襯的抗侵蝕性,強(qiáng)化基質(zhì),在蠟石磚配料中加入氧化鉻5%,壽命提高16.1%,加入10%,壽命提高1.2~1.3倍。天津耐火器廠用蠟石作骨料,炭化硅作粉料,中性化水玻璃作結(jié)合劑制成不燒盛鋼桶襯磚,使用壽命是粘土磚的3~5倍。鋯英石磚導(dǎo)熱性好,用于盛鋼桶襯磚易掛渣,而且成本高。在蠟石磚里添加鋯英石,即利用鋯英石的抗侵蝕能力,又利用拉市體積膨脹、不掛渣等優(yōu)點(diǎn),制品成本也不高。日本、澳大利亞大量生產(chǎn)蠟石—鋯英石磚,我國(guó)也進(jìn)行過(guò)這方面的試驗(yàn)。筆者研究以為:在蠟石磚配料中,鋯英石必須加入20%以上,在加入20%以上時(shí),隨著加入量增加,制品侵蝕率下降,鋯英石60%~70%的制品指標(biāo)最好;毙彝瞥鱿炇—鋯英石的專利配方如下:
天然鋯英石 <0.3mm 15%~30%
<0.15mm 20%~40%
生蠟石 1~4mm 30%~35%
<1mm <20%
熟蠟石 <1.5mm <10%
硅酸鈉粉 3%
或水玻璃 4%
制品在50MPA壓力下成型,自然干燥后在80~120`C下干燥24~30H。水井新久在蠟石配料中加入藍(lán)晶石,使用過(guò)程奕不掛渣,抗侵蝕能力是蠟石磚的2~3倍。加入硅線石,高鋁礬土使用效果也很好。
含堿亮較高,燒結(jié)性好的絹云母質(zhì)蠟石,可以用來(lái)制造高致密的特殊耐火材料,用于爐窯磨損較大的低溫部位。
蠟石在硅磚性質(zhì)有比較明顯的影響。硅磚配料中引入1%葉蠟石和3%英石葉蠟石時(shí),硅磚中的石英幾乎完全轉(zhuǎn)化,石英的鱗石英化過(guò)程明顯停滯,形成方石英結(jié)構(gòu),制品有較高的性能指標(biāo)。如變型溫度為1650℃,如果加入葉蠟石超過(guò)1%時(shí),變形溫度降低到1630℃。
在磷酸鹽結(jié)合的剛玉混凝土中,加入蠟石后,能使凝固溫度降低到室溫。在適當(dāng)?shù)臏囟认拢?37℃以下)能提高溫度,可是大大降低軟化溫度,但制品的熱震穩(wěn)定性提高。
蠟石與結(jié)構(gòu)粘土共同磨細(xì)制成火泥漿或耐火涂料,奕可以在蠟石粉中添加無(wú)機(jī)及有機(jī)粘結(jié)劑制成泥漿或涂料。由于蠟石在高溫下略有膨脹性,蠟石泥漿和涂料不易產(chǎn)生裂紋,磚縫體積穩(wěn)定。對(duì)于含鐵較高的蠟石可以用做耐火泥漿。