硫酸鋁質(zhì)耐火可塑料最常用的品種，性能較好，價(jià)格低廉。耐火可塑料的基質(zhì)是由生黏土粉和高鋁粉組成的，起主要作用的是生黏土粉。在加熱過(guò)程中，生黏土的物理化學(xué)變化，其宏觀上的表現(xiàn)，就是耐火可塑料的強(qiáng)度變化特征，，隨著加熱溫度的升高，燒后耐壓強(qiáng)度增加，高溫耐壓強(qiáng)度有個(gè)峰值，即1000℃左右時(shí)強(qiáng)度最高，達(dá)到50MPa左右，隨后強(qiáng)度逐漸下降。這是由于結(jié)合黏土生成高黏度的液相所致。低于1000℃時(shí)，依靠化學(xué)結(jié)合劑和生黏土的黏結(jié)性，獲得強(qiáng)度，即或有液相，其數(shù)量少、黏結(jié)力小，因此強(qiáng)度低;高于1000℃時(shí)，化學(xué)結(jié)合劑失去作用，結(jié)合黏土產(chǎn)生較多的液相，所以高溫強(qiáng)度逐漸降低，到1400~1500℃時(shí)僅為5MPa左右。
應(yīng)當(dāng)指出，1200℃以上的燒后強(qiáng)度，一般是隨著加熱溫度的升高而增加的。這是由于液相量增多，新生莫來(lái)石交錯(cuò)生長(zhǎng)和晶體不斷發(fā)育完善所致。即耐火可塑料逐步達(dá)到了燒結(jié)，組織結(jié)構(gòu)變得更加致密，因此強(qiáng)度較高。有時(shí)，由于燒結(jié)不完全或新生礦物少，1400℃燒后耐壓強(qiáng)度比1200℃燒后耐壓強(qiáng)度低，這也是正常的。到1500℃時(shí)，其燒后強(qiáng)度又有所提高，說(shuō)明組織結(jié)構(gòu)變得致密了，即達(dá)到了燒結(jié)。也就是所，耐火可塑料由黏結(jié)結(jié)合達(dá)到了陶瓷結(jié)合，所以強(qiáng)度是不斷提高的。
原材料及配合比
耐火可塑料用的骨料，主要有特級(jí)黏土熟料，三級(jí)、二級(jí)或一級(jí)礬土熟料等。耐火骨料最大粒徑為10mm，其顆粒級(jí)配：10~5mm，33%~40%;5~3mm，28%~35%;小于3mm，28%~35%。
應(yīng)當(dāng)指出，0.5~0.09mm的顆粒應(yīng)盡量減少，或剔除不用。其骨料用量為55%~65%。
耐火粉料一般選用特級(jí)、一級(jí)或二級(jí)礬土熟料制作，其細(xì)度為≤0.09mm的應(yīng)占95%，實(shí)際上越細(xì)越好。研究用欠燒料或黏土熟料作耐火粉料。耐火粉料用量為20%~30%。
輕質(zhì)黏土是耐火可塑料的重要原材料，可塑料主要性能特性也是來(lái)源于軟質(zhì)黏土。在耐火可塑料中，軟質(zhì)黏土不但起結(jié)合劑作用，同時(shí)也起增塑劑和燒結(jié)劑作用。它對(duì)耐火可塑料的可塑性、保水性、施工性、常溫和高溫耐火性能，都有較大的影響。因此，配制耐火可塑料用的軟質(zhì)黏土，應(yīng)具有良好的可塑性、吸濕性，適度的黏性、耐火性和燒結(jié)性。從成型和保水性上看，黏塑性最好的是廣西泥和水曲柳黏土，最差的是復(fù)州黏土，焦作泥與樟樹(shù)黏土、紫木節(jié)粘土可復(fù)合使用。其細(xì)度：小于0.09mm占85%以上，用量為10%~15%。
化學(xué)結(jié)合劑為硫酸鋁溶液，密度為1.2~1.3g/cm3。采用該結(jié)合劑混煉后應(yīng)進(jìn)行困料，困料時(shí)間16h以上。因硫酸鋁中的硫酸根與粉料的鐵反應(yīng)，生成硫酸鐵并逸出氫氣，致使泥料其泡或鼓脹，所以應(yīng)困料;烘干后的耐火可塑料表面，有淡黃色的析出物，化學(xué)和巖相分析認(rèn)定為鐵明礬，其分子式為FeO·Al2O3·4SO3·22H2O。從硫酸鋁和可塑料表面析出物的差熱分析。硫酸鋁溶液中所含18個(gè)結(jié)晶水，約在134℃大部分脫除。在330℃左右，再失去小部分結(jié)晶水。在835℃上的吸收峰，是硫酸鋁分解成Al2O3和SO3，SO3呈氣態(tài)逸出。因此，致使耐火可塑料組織結(jié)構(gòu)稍有疏松，強(qiáng)度有所降低;鐵明礬差熱曲線低溫段的吸熱峰，系結(jié)晶水排出所致，752℃的吸熱峰為鐵明礬分解出放出SO3造成的，同樣對(duì)可塑料強(qiáng)度有所影響。
應(yīng)當(dāng)指出，耐火可塑料發(fā)泡的數(shù)量，與硫酸鋁的純度、密度和加入量由直接關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，純度高、密度大的加入量多時(shí)，其發(fā)泡數(shù)量也多。這是由于帶入的硫酸根多所致。因此，在滿足耐火可塑料的可塑性、施工性和耐火性的前提下，可選用粗制硫酸鋁，配制成低密度溶液，并盡量減少其用量。硫酸鋁溶液用量一般為9%~13%。
耐火可塑料用的外加劑，主要有保存劑、增塑劑、增強(qiáng)劑和防腐劑等。其外加物有鋰輝石粉(LiO2·Al2O3·4SiO2)、鋰云母粉(LiO2·Al2O3·3SiO2)和膨潤(rùn)土等燒結(jié)劑(亦稱礦化劑)，藍(lán)晶石或硅線石等膨脹劑。表12-1為不同的外加劑和外加物及其用量。
表1-1 不同的外加劑和外加物及其用量
應(yīng)當(dāng)指出，耐火可塑料用的外加劑種類較多，除表12~1中所述之外，還可用聚乙烯醇、糊精、淀粉、羚甲基纖維素、檸檬酸、葡萄糖酸和硅酸乙酯等。外加劑用量一般小于1%，大于1%時(shí)兼有結(jié)合劑的作用;外加物還有紅柱石、硅線石和鋯英石和氧化鋁粉等，其用量一般大于3%。
表1-2 為硫酸鋁質(zhì)耐火可塑料的配合比。耐火骨料的最大粒徑為10mm，可塑料含水量約為9%，可塑性指數(shù)為17%~30%。表中蘇南泥系指蘇州泥和南京泥復(fù)合使用，前者燒結(jié)溫度高，后者因含低熔物多，燒結(jié)溫度低;特黏和Ⅰ礬等，分別代表特級(jí)黏土特級(jí)黏土熟料和Ⅰ級(jí)礬土熟料等;Ⅰ、Ⅱ礬為Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)礬土熟料;以1:1混合制成耐火粉料;外加劑根據(jù)耐火可塑料的使用要求，進(jìn)行選定，參見(jiàn)表1-1。例如，生產(chǎn)后即進(jìn)行施工，可不摻加保存劑和防腐劑。
主要性能
耐火可塑料配制生產(chǎn)工藝是較復(fù)雜的。首先，將固體硫酸鋁加水溶解并靜放1d，調(diào)成適合的密度待用;其次，將耐火粉料、軟質(zhì)黏土及固體外加劑干混均勻;第三，按配合比稱量原材料，干混均勻;添加液體結(jié)合劑和外加劑，濕混10min以上至均勻。然后，出料蓋上蓋上塑料布困泥一晝夜以上，再擠泥切坯。
采用濕料坯，人工搗固成型或振動(dòng)加壓成型，1天后拆模。然后，烘干24h，并檢驗(yàn)其性能，詳見(jiàn)表1-1。其編號(hào)與表1-2對(duì)應(yīng)。因不是同一批的檢驗(yàn)結(jié)果，故無(wú)確切的比較性。
表1-2 硫酸鋁耐火可塑料的主要性能
從表中可以看出，隨著加熱溫度的升高，燒后耐壓和抗折強(qiáng)度也提高，這是一個(gè)趨勢(shì)。在800℃左右時(shí)，有的強(qiáng)度有所下降，系由于硫酸鋁分解致使其組織結(jié)構(gòu)疏松造成的;在1000℃時(shí)，高溫耐壓強(qiáng)度最高，隨著溫度的升高而液相量增加，致使其強(qiáng)度下降，一般約為4MPa;1400℃燒后線變化呈收縮狀態(tài)，即使是膨脹，其值也較小，這是軟質(zhì)黏土加熱收縮較大所致。荷重軟化溫度較低，也是由于黏土造成的。因此，選擇黏土結(jié)合劑的品種，十分重要。編號(hào)2和編號(hào)3為廣西泥結(jié)合耐火可塑料，與其他的相比，荷重軟化溫度和強(qiáng)度高，燒后線膨脹也較大。這再次證明，廣西泥也是耐火可塑料的良好結(jié)合劑。
耐火可塑料中含有軟質(zhì)黏土，高溫下生成較多的液相，能減少或緩沖熱應(yīng)力造成的不良影響，因此熱量穩(wěn)定性較好。800℃加熱、水冷循環(huán)次數(shù)約為100次;1100℃加熱、水冷循環(huán)15次后，其殘余耐壓強(qiáng)度仍為110℃烘干耐壓強(qiáng)度的80%左右。
高鋁質(zhì)耐火可塑料的高溫蠕變，見(jiàn)圖12-3。荷重為0.2MPa，在1400℃的高溫下，保溫10h,其收縮變形率達(dá)13.5%;在1500℃的高溫下，保溫4h，收縮變形率已超過(guò)17%。
眾所周知，耐火可塑料是在火焰工業(yè)爐中長(zhǎng)期使用的。由于燒后的體積變化和高溫蠕變較大，致使襯體內(nèi)表面出現(xiàn)較大的裂縫，其縫寬有時(shí)達(dá)到20~40mm，雖不影響使用，但增加了散熱損失，降低了熱效率。當(dāng)錨固磚質(zhì)量不佳或布置不當(dāng)時(shí)，也可能產(chǎn)生襯體剝落現(xiàn)象。因此，應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)軟質(zhì)黏土作結(jié)合劑，同時(shí)應(yīng)添加膨脹劑和燒結(jié)劑等外加物，以提高其性能。
