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    淺析燒結剛玉的多元化發展

    2017-10-16 11:12:17 點擊:

    剛玉類原料作為氧化鋁基高檔耐火材料的主要原料,其使用優勢越來越多,使用范圍也越來越廣泛,而剛玉質耐火材料也是隨著剛玉質耐火原料的不斷發展而發展的。

    剛玉耐火磚廠家

    雖然燒結剛玉在使用中體現出較多的優點,但是目前國內的燒結剛玉品質單一,大部分都是普通的燒結板狀剛玉,并沒有根據不同的使用環境和要求來區分不同的燒結剛玉品種。因此,研究人員探索了不同種類燒結剛玉的特殊性能和使用特性,為燒結剛玉未來多元化發展提供一種可能。

    目前,市場上的燒結剛玉一般指的是燒結板狀剛玉,而電熔剛玉的種類有多種電熔剛玉,如電熔白剛玉、電熔致密剛玉、電熔鋯剛玉、電熔鉻剛玉等。相對于電熔剛玉的多品種,目前,燒結剛玉的多品種化推進工作比較滯后,沒有把燒結剛玉的用途完全挖掘出來,所以要相應開發多品種燒結剛玉,推進耐火材料制品顧客化發展趨勢。

    1、輕質燒結剛玉

    輕質燒結剛玉是以工業氧化鋁為主要原料,結合有機發泡技術制備的,是具有核殼結構的多孔輕質燒結剛玉。這種輕質燒結剛玉具有孔徑分布均勻且多為封閉氣孔、體積密度可以通過泡沫加入量來控制的特點,應用在鋼包澆注料中,可在保持其力學性能和抗渣性的前提下降低熱導率并且改善抗熱震性,同時還為優化鋼包工作襯耐火材料的輕量化提供了理論依據。

    典型輕質燒結剛玉的常溫物理性能如下:體積密度3.18g/cm3,真密度4.08g/cm3,顯氣孔率,閉氣孔率6.6%。從其常溫物理性能指標可以看出,采用發泡法制備出的輕質燒結剛玉大幅降低了剛玉體積密度。從其顯微結構可以看出,該輕質燒結剛玉為核殼結構的多孔剛玉,其內層核結構中氣孔分布較多且均勻,為減少導熱起到較好作用;其外層為殼結構,較為致密,為輕質燒結剛玉起到提高機械強度的作用。

    研究人員將采用此方法制備出的燒結輕質剛玉應用在剛玉-尖晶石澆注料中,并與采用燒結板狀剛玉的剛玉-尖晶石澆注料進行了性能對比。

    對采用不同種類燒結剛玉的剛玉-尖晶石澆注料的常溫力學性能、采用不同種類燒結剛玉的剛玉-尖晶石澆注料抗渣性試驗后的坩堝剖面照片以及采用不同種類燒結剛玉的剛玉-尖晶石澆注料在不同測試溫度下的熱導率等進行分析比較,可以看出,采用輕質燒結剛玉代替燒結板狀剛玉在剛玉-尖晶石質澆注料中使用,在強度和抗侵蝕性方面沒有較大變化的同時,還大幅度降低了材料的熱導率,對改善材料的隔熱保溫性能起到較好作用。這種燒結輕質剛玉主要是依照發泡造孔的原理來降低燒結剛玉的體積密度而制得的具有核殼結構的多孔剛玉,因此,通過此原理可以根據不同的發泡劑加入量來開發出多種體積密度的系列輕質剛玉,其體積密度可以為。不同體積密度的燒結剛玉,根據不同的使用環境分別得到充分的利用。

    2、微孔燒結剛玉

    微孔燒結剛玉是一種高純耐火骨料,與普通燒結板狀剛玉相比,其體積密度相對較低;從顯微結構方面來看,微孔燒結剛玉的晶內及晶間的微米級氣孔的數量更多;而在化學組成上,與燒結板狀剛玉并無差異。微孔燒結剛玉的制備工藝也與燒結板狀剛玉的一樣,采用工業氧化鋁和氫氧化鋁及特定的有機外加劑為主原料,在高溫下快速燒結,通過氫氧化鋁的原位分解形成大量晶內和晶界間的微小封閉氣孔,從而實現微孔輕量化。

    微孔燒結剛玉具有密度小、強度高、熱導率低等特點,可以直接接觸鋼水,抵抗鋼渣和鋼水的侵蝕和滲透,在某些部位可以直接代替燒結板狀剛玉使用,降低熱能散失。由其顯微結構照片可知,微孔燒結剛玉晶粒內部分布有較多的細小氣孔,氣孔尺寸大小在1μm~8μm之間,同時氣孔分布均勻,為晶體內部的閉氣孔。另外,微孔燒結剛玉的晶粒大小和結構也與燒結板狀剛玉一致,這樣也保證了燒結微孔剛玉作為工作層材料使用的基本性能。

    分析燒結板狀剛玉和微孔燒結剛玉分別作為骨料時對鋁鎂澆注料物理性能的影響可以發現:

    以微孔燒結剛玉為骨料可以使鋁鎂澆注料的體積密度降低約4.5%,高溫燒后的線變化率更低,℃和600℃下的熱導率分別降低約0.200W/mK;而澆注料的強度并沒有出現下降的趨勢,不同溫度處理后的強度處于相同水平。另外,從抗渣試驗結果來看,采用微孔燒結剛玉的澆注料的抗渣侵蝕性能,與采用燒結板狀剛玉的鋁鎂澆注料相當,但抗滲透性能略差一點。

    根據上述試驗結果可知,燒結微孔剛玉可以廣泛應用于冶金耐火材料(如鋼包澆注料、中間包澆注料、加熱爐)行業,也應用于石化行業、電子絕緣行業、熱工窯爐行業。它可以代替燒結板狀剛玉或電熔剛玉原料使用,大幅度降低高溫熱爐設備外表面溫度。

    3、致密燒結剛玉

    致密燒結剛玉是在普通燒結板狀剛玉的基礎上研發出來的一種新型高密度燒結剛玉。浙江自立氧化鋁材料科技有限公司已成功批量生產出來了這種燒結致密剛玉,并已投入使用。

    與普通燒結板狀剛玉不同的是,致密燒結剛玉的體積密度達到3.65g/cm3以上,同時顯氣孔率低于3.0%,吸水率低于1%。這個指標與原來的標準值相比有了很大的提升,可以很好改善耐火制品的性能,有效地延長耐火材料的使用壽命,而這在國內普遍實施噸鋼承包制的大環境下顯得意義重大,更長的壽命意味著更大的經濟效益。同時更低的噸鋼耐材消耗意味著可以實現更節能、更環保的生產。對比其主要理化指標可以發現,致密燒結剛玉體積密度普遍比一般燒結板狀剛玉高0.2g/cm3左右,同時,顯氣孔率降低2%左右,另外,化學成分中沒有較大變化。因此致密燒結剛玉也具備一般燒結板狀剛玉所具有的高耐火度特點,同時,由于其高致密度和極低的氣孔率從而具備極好的耐磨性、抗沖刷性和抗侵蝕性。

    分析致密燒結剛玉的顯微結構可知,致密燒結剛玉晶體大小分布較為均勻,都分布在25μ左右,晶體之間結合較為致密。這為其提高材料的抗渣性和抗侵蝕性很好的前提條件。

    從燒結致密剛玉在剛玉質低水泥澆注料中的應用結果可以看出,首先從加水量來看,燒結致密剛玉的配方中加水量可以減少0.2%,同樣也可以達到較好的流動值。而流動值隨著時間的衰減速率相差不大。制得的澆注料試樣,燒結致密剛玉的體積密度比板狀剛玉高0.1g/cm3左右,而顯氣孔率低1.2%左右。常溫、中溫和高溫抗折耐壓強度均為燒結致密剛玉高于燒結板狀剛玉,而在抗熱震性和高溫抗折上面表現相近。

    致密燒結剛玉比一般燒結板狀剛玉具有更高的體積密度和更低的顯氣孔率,因此致密燒結剛玉具有更好的機械強度、耐磨性和抗沖刷性能,而更低的顯氣孔率使得材料的抗侵蝕性能得到好的提升。使用條件比較苛刻的耐火制品,如滑板、三大件、透氣磚、水口等功能材料,以及鋼包沖擊區澆注料、鐵溝澆注料、水泥回轉窯噴煤管澆注料等抗沖刷性要求高的耐火制品,使用致密燒結剛玉可以大幅度延長耐火制品的使用壽命并提高其安全系數。

    4、特種燒結剛玉

    特種燒結剛玉指的是在原料中加入少量的特種金屬氧化物成分,經過豎窯高溫燒結而制得具有特殊用途的一種新型特種燒結剛玉。由于加入了少量的金屬氧化物改變了原料的燒結剛玉某些性能特征,其應用領域不同。

    燒結鈦剛玉。燒結鈦剛玉是一種在工業氧化鋁中加入少量的TiO2粉工磨,成球后經過豎窯高溫燒成制備出來的特種剛玉。在氧化鋁中加入少量的氧化鈦可以起到礦化促燒的作用,由于剛玉(α-Al2O3)與金紅石(TiO2)的晶格常數接近,高溫下TiO2可與Al2O3形成固溶體,增加晶格缺陷,活化晶格,大幅度提高了燒結活性,燒結溫度大概可以降低100℃左右。

    加入了氧化鈦后的燒結鈦剛玉體積密度較普通燒結剛玉會略微提高,但其顯氣孔數量略微增多。這主要是因為Ti4+可加速擴散能力,使氣孔在燒結前期被排到表面,使得燒結鈦剛玉晶體之間結合更加緊密。因此,燒結鈦剛玉具有較大的機械強度,可以和β-剛玉一起用于玻璃窯的熔池中。另外,鈦剛玉還具備較好的抗彈性能,用于特殊陶瓷產品中,可以改善高溫條件下韌性。

    燒結鋯剛玉。電熔鋯剛玉是以工業氧化鋁和鋯英石為主要原料,在電弧爐中經高溫電熔而成,與生產電熔白剛玉工藝一致。所以,燒結鋯剛玉也是采用工業氧化鋁和鋯英石為原料,與燒結板狀剛玉工藝一致,成球后豎窯高溫快速燒結。這樣制備出的燒結鋯剛玉是α-Al2O3和ZrO2組成的共晶幾何體,顯氣孔率低,閉氣孔數量多,因此燒結鋯剛玉不但可以利用氧化鋯物相提高抗熱震性,還可以利用大量微小閉氣孔進一步提高抗熱震性。

    與電熔鋯剛玉一樣,燒結鋯剛玉可以用于玻璃和鋼鐵行業中熱震性能較差的耐火制品。另外,鋯剛玉的耐磨性較好,可以用于高速重負荷的耐磨材料中。

    燒結剛玉作為一種高檔耐火原料,由于其特有的性能優點,已經廣泛于各種冶金設備和高溫窯爐。大多數耐火制品中均有燒結剛玉作為主要原料加入,以提高使用性能。國內通過這幾年燒結剛玉技術的積累和發展,也已經形成了自有知識產權的一套燒結剛玉的生產技術及品種體系。

    因此,在此基礎上探索開發不同種類的燒結剛玉,使得燒結剛玉向多元化發展,在不同的領域和環境下可以使用不同的燒結剛玉,以充分發揮各品種燒結剛玉的性能優點,延長耐火材料的使用壽命,同時為耐火材料新產品的發展提供原料支持。鄭州榮盛作為一流的中原耐材品牌,不僅注重自身規模的擴大,更重要的是始終站在長遠的發展角度,不斷研制出新型的耐火材料,從而不斷滿足更加嚴格的市場需求,順應時代潮流的發展。榮盛耐材專業生產各種高鋁磚,耐火磚,粘土磚,澆注料等產品,歡迎廣大客戶來廠實地考察,并建立長久的合作關系。

     
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