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    耐火原料|剛玉質耐火原料的分類、性能及生產相關問題

    人氣:發表時間:2021-08-21 17:45:23

    什么是剛玉?


    剛玉是α-氧化鋁的結晶礦物。剛玉為耐火原料,其硬度僅次于金剛石。礦物結構為三方晶系,六方底心格子。晶體呈桶狀、短柱狀,少數為板狀或雙錐面上有較粗的條紋。集合體呈致密粒狀塊體。有多種變體。以α剛玉較穩定?;瘜W性質穩定,耐酸、堿侵蝕。體積密度為3.95~4.1g/cm3,莫氏硬度為9,熔點為2050℃,沸點為3400~3700℃,熔化熱為246.4kJ/kg,蒸發熱6160.7kJ/kg,熱導率(1000℃)為21.1W/(m·K),線膨脹系數(20~1000℃)為8.0×10-6/℃,電導率(567℃)2.71/(Ω·m)、(1230℃)1.96×10-4/(Ω·m),彈性模量36.3×1010Pa。



    剛玉原料的分類



    剛玉可分為天然剛玉和人造剛玉兩種。

    天然剛玉常見有藍灰色或黃灰色,透明而顏色鮮艷的稱為寶石,如有微量鉻,呈紅色,稱為紅寶石,含鈦呈藍色為藍寶石。

    人造剛玉有電熔剛玉、燒結剛玉兩種。

    (1)電熔剛玉有棕剛玉、白剛玉、單晶剛玉、鉻剛玉、微晶剛玉、鋯剛玉、鐠釹剛玉、釩剛玉等。其理化性質是Al2O394%以上,密度為3.65~4.05g/cm3,顯微硬度(HV)為17640~24010MPa。

    (2)燒結剛玉Al2O3含量在86%以上,密度為3.75g/cm3,顯微硬度(HV)16660MPa。

    耐火行業使用的比較多的是棕剛玉、白剛玉、致密電熔剛玉、板狀剛玉等。剛玉的理化指標見表1所列。




    耐火原料-棕剛玉



    棕剛玉,俗名又稱金剛砂,是用礬土、碳素材料、鐵屑三種原料在電弧爐中經過融化還原而制得的棕褐色人造剛玉,故為此名。棕剛玉主要化學成份是AL2O3,其含量在95.00%-97.00%,另含有少量的Fe,Si,Ti等。其主要應用如下:

    1、由于有耐高溫、耐腐蝕、高強度等性能,故用澆鋼滑動水口,冶煉稀有貴金屬、特種合金、陶瓷、煉鐵高爐的內襯(墻和管);理化器皿、火花塞、耐熱抗氧化涂層。

    2、由于有硬度大、耐磨性好、強度高的特點,在化工系統中,用做各種反應器皿和管道,化工泵的部件;做機械零部件、各種模具,如拔絲模、擠鉛筆芯模嘴等;做刀具、模具磨料、防彈材料、人體關節、密封模環等。

    3、剛玉保溫材料,如剛玉輕質磚、剛玉空心球和纖維制品,廣泛應用于各種高溫爐窯的爐墻和爐頂,即耐高溫又保溫。棕剛玉粒度砂是由人工精選棕剛玉塊,采用對輥、環磨等設備加工而成,粒度F8~F325,主要用于拋光、研磨、工業磨削等,還可以按客戶要求進行水洗、配洗處理等方法加工,能夠.滿足客戶的不同需求。


    低碳棕剛玉經過爐前和特殊工藝的再處理,降低棕剛玉中殘余碳的含量,使產品在使用中不粉化、不爆裂、韌性大,是磨料磨具行業、耐火材料行業的首選原料。主要用于陶瓷磨具、高檔磨具、有機磨具、砂帶、涂附磨具等,根據殘碳含量分為:棕剛玉C≤0.05%、低碳棕剛玉≤0.10%、普通棕剛玉C≤0.15%。

    棕剛玉以優質鋁礬土為原料,由無煙煤、鐵屑,在電弧中經2000℃以上高溫熔煉制成,經自磨機粉碎整形,磁選去鐵,篩分成多種粒度,其質地致密、硬度高,粒形成球狀,適用于制造陶瓷、樹脂高固結磨具以及研磨、拋光、噴砂、精密鑄造等,還可用于制造高級耐火材料,棕剛玉主成分是氧化鋁,分等級也就用鋁含量來區分。



    耐火原料-白剛玉



    白剛玉以工業氧化鋁粉為原料,于電弧中經2000度以上高溫熔煉后冷卻制成,經粉碎整形,磁選去鐵,篩分成多種粒度,其質地致密、硬度高,粒形成尖角狀,適用于制造陶瓷、樹脂固結磨具以及研磨、拋光、噴砂、精密鑄造(精鑄專用剛玉)等,還可用于制造高級耐火材料,代號“WA”于國際通用標準、國家標準一致,多數供出口,也有一定量供應國內用戶。

    (白剛玉粒度料)

    產品粒度按國際標準以及各國標準生產,可按用戶要求粒度進行加工。通用粒度號為F4~F220,其化學成份視粒度大小而不同。突出的特點是晶體尺寸小耐沖擊,如果用自磨機加工破碎,顆粒多為球狀顆粒,表面干潔,易于結合劑結合。


    (白剛玉微粉)

    白剛玉密度分為兩種,一種是白剛玉堆積密度,第二種是白剛玉密度。堆積密度為1.53~1.99g/cm3,磨料的堆積密度與磨料的粒度、粒度的組成、品種、顆粒形狀等因素有關。一般來說,粗粒度磨料比細粒度磨料堆積密度大,混合粒度磨料的堆積密度大于單一的粒度密度。



    耐火原料-致密電熔剛玉



    致密電熔剛玉也稱為低氣孔率電熔剛玉,它是一種新型的高級耐火材料。主晶相以α-Al2O3為主,其氧化鋁含量在98%以上。耐酸、堿,在高溫下具有良好的耐磨、抗侵蝕性能及體積穩定性。


    (電熔剛玉)

    廣泛用于冶金、建材等行業。主要用作高爐出鐵溝搗打料、撓往料、滑板、鐵水預處理及爐外精煉用整體噴槍、連鑄用到達塞棒及浸人式水口和各種剛玉磚等。由于純氧化鋁熔液2200℃時比α-Al2O3晶體的密度(真密度)3.99g/cm3小,因而在結晶過程中產生收縮,從而產生氣孔,其中氣孔少的剛玉為致密剛玉。致密剛玉又分為兩種:致密白剛玉(氧化鋁基致密剛玉)和致密亞白剛玉(礬土基致密剛玉)。



    耐火材料-板狀剛玉



    板狀剛玉是一種純凈的、不添加如MgO、B2O3等任何添加劑而燒成收縮徹底的燒結剛玉,具有結晶粗大、發育良好的α-Al2O3晶體結構。板片狀晶體結構,氣孔小且閉氣孔較多而氣孔率與電熔剛玉大體相當,純度高,體積穩定性好,極小的重燒收縮。體積密度≥3.7g/cm3,Al2O3≥99%,Na2O<0.3%。板狀剛玉具有良好的加熱體積穩定性和良好的抗熱震能力,板狀剛玉是一種理想的耐火原料,既可以作為骨料應用在各種鋁質耐火材料中,也可以添加到其他鋁質不定形耐火材料中,凡是電熔剛玉或白剛玉應用的部位都可用板狀剛玉替代,并使耐火材料的性能得到改進。


    (板狀剛玉)

    板狀剛玉既可作為主成分用于鋁碳質、鋁鎂碳質、鎂鋁碳質、鎂尖晶石質、鋁鉻質耐火磚中,也可作為富化氧化鋁成分引入到高鋁不定形耐火材料中,可以廣泛應用于鋼鐵、鑄造、陶瓷等行業,其中在鋼鐵行業的應用幾乎涵蓋了煉鐵煉鋼的全過程。


    板狀剛玉類耐火材料的應用


    電熔剛玉的生產


    電熔的生產過程是個還原熔融過程。目的是通過還原作用,去掉雜質成分中的Fe2O3、TiO2和CaO等,以得到完整的結晶體和致密結構組織。熔煉時用含碳物質(無煙煤、焦炭、石油焦等)作為還原劑,反應原理如下:


    被還原的鐵、硅、鈦第二次飪是入硅鐵合金中,硅鐵合金的密度比三氧化二鋁大,沉于爐底,與Al2O3熔液分離。

    在還原熔融過程中,部分TiO2被還原成一些含鈦礦物,如:γ-TiO2、m-TiO2、TiC等,這些礦物在冷卻到400~600℃間產生劇烈膨脹而使熔塊出現裂紋,這是由于氧化物形成金紅石所致。因此,可以在熔煉結束時,加入氧化物(軋鋼皮),使已被還原的鈦及其化合物氧化,以消除這種影響。


    生產電熔剛玉應注意


    在生產電熔剛玉時,操作控制要嚴格,使爐內的原料充分熔融和還原。熔液緩慢上升,料面均勻正常下沉,硅鐵合金充分下沉,產生的氣體均能均勻排出,以免發生噴濺及料層突然下沉或嚴重燒結從而影響正常的熔煉。


    電熔剛玉噴濺原因


    噴濺產生的原因主要是生產氣體及爐料透氣性不好造成的,因此,加放的爐料必須充分干燥和焙燒脫水,爐料粒度一般以10~14為宜。



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