01. Введение и обзор

Андалузит является безводным алюмосиликатным минералом, содержание оксида алюминия в котором занимает промежуточное положение между огнеупорами из высокоглиноземистого боксита и каолина, заполняя пробел в ряду алюмосиликатных огнеупорных материалов со средним содержанием глинозема. Этот минерал обладает превосходной стабильностью объема при высоких температурах, устойчивостью к воздействию расплавов и способностью преобразовываться в муллит при высоких температурах. Поскольку сырой андалузит не требует предварительного обжига, он демонстрирует хорошую применимость в промышленных условиях, где предъявляются высокие требования к стойкости против термических ударов и прочности при высоких температурах.

02. Применение в огнеупорном кирпиче

Помимо использования в неформованных огнеупорах, андалузит часто применяется для производства спеченного огнеупорного кирпича. Огнеупорный кирпич, изготовленный principalmente из андалузита, обладает рядом превосходных свойств, включая хорошую стабильность объема, высокую температуру начала деформации под нагрузкой, повышенное сопротивление ползучести, отличную термическую стабильность, стойкость к воздействию оксида углерода, а также низкую теплопроводность.

В одном исследовании для успешного производства углеродного кирпича для доменных печей использовались электротермический антрацит, чешуйчатый графит, порошок коричневого электрокорунда, порошок андалузита и кремниевый порошок в качестве сырья, а жидкая термореактивная фенолформальдегидная смола — в качестве связующего. В ходе этого исследования систематически изучалось влияние различного содержания добавки порошка андалузита, частично или полностью заменяющего мелкий порошок корунда, на распределение пор по размерам и теплопроводность обожженного углеродного кирпича. Результаты показали, что распределение пор в кирпиче совместно регулируется процессом разложения андалузита и количеством образующегося карбида кремния. Разложение андалузита in situ при примерно 1300°C способствует формированию микропористой структуры внутри материала, одновременно стимулируя увеличение количества карбидокремниевых игольчатых кристаллов (вискеров), что дополнительно оптимизирует микроструктуру пор. Кроме того, введение андалузита также позволяет снизить теплопроводность углеродного кирпича.

В ходе практических исследований на шахте цинково-свинцовой печи с замкнутым дутьем огнеупорный кирпич на основе андалузита показал хорошие комплексные характеристики. Трехлетняя эксплуатационная проверка подтвердила, что данный тип кирпича обладает превосходной стойкостью к термическим ударам и высокой прочностью при повышенных температурах, что позволяет ему соответствовать строгим требованиям условий эксплуатации шахты печи, эффективно продлевает срок службы оборудования, тем самым повышая эксплуатационную эффективность, снижая производственные затраты и увеличивая общую производительность.

В другом исследовании в качестве сырья для получения муллит-кремнеземистых композитных огнеупорных материалов использовались муллит M40 (муллит-высококремнеземистый стеклокомпозит) и андалузит, а коллоидальный диоксид кремния применялся в качестве связующего. Эксперименты показали, что при одинаковых условиях термообработки с увеличением содержания мелкодисперсного порошка андалузита линейная усадка материала уменьшается, кажущаяся пористость возрастает, объемная плотность стабилизируется или незначительно снижается, а прочность на сжатие постепенно повышается. При фиксированном количестве андалузита с ростом температуры термообработки линейная усадка и объемная плотность материала увеличиваются, кажущаяся пористость снижается, а прочность на сжатие также повышается.

Исследования также показали, что введение в композитный материал андалузита различного содержания или размера частиц способствует повышению температуры начала деформации под нагрузкой. Конкретно, с увеличением доли мелкодисперсного порошка андалузита температура деформации под нагрузкой демонстрирует тенденцию к росту; одновременно, использование крупнозернистого андалузита или повышение температуры обжига также могут дополнительно улучшить этот эксплуатационный показатель.