烧结刚玉特性及技术改进方向分析_铬刚玉砖的性能分析

烧结刚玉特性及技术改进方向分析由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“铬刚玉砖的性能分析”。

烧结刚玉特性及技术改进方向分析

随着钢铁冶炼对耐火材料的适应性要求提高，以及钢铁企业耐火材料吨钢计价采购模式的普及和节约化社会发展的要求，耐火材料企业对高档原料的需求日趋增加。刚玉类原料作为氧化铝基高档耐火材料的主要原料，使用优势越来越多，使用范围也越来越广泛，而刚玉质耐火材料的推进也是由于各种刚玉质耐火原料的不断发展和改进。最近10年，我国刚玉耐火原料行业发展迅速，无论是在技术还是在产量上都得到了突飞猛进的提高，尤其以烧结刚玉最为明显。

虽然烧结刚玉在使用中体现出较大的优点，但是，目前国内的烧结刚玉品质单一，大部分都是普通的烧结板状刚玉，体积密度一般也是在3.50克~3.60克/立方厘米之间，并没有根据不同的使用环境和要求来区分不同的烧结刚玉品种。因此，多元化将是烧结刚玉产业未来发展的一条有效途径。

烧结刚玉与电熔刚玉的比较

目前，市场上存在的刚玉原料主要分为烧结刚玉与电熔刚玉两大品种：电熔刚玉在国内发展较早，生产技术比较成熟；而烧结刚玉起步较晚，仅在最近10年发展加快。然而这两种刚玉原料无论是从生产工艺上还是性能指标上都存在较大的差异，因此分辨出两者之间的不同有利于更好地利用不同刚玉的特点。

生产工艺不同。由于电熔刚玉可以分为电熔白刚玉和电熔棕刚玉，本文主要是阐述电熔白刚玉。电熔白刚玉和烧结刚玉都是以工业氧化铝为主要原料，分别以电熔法和高温烧结法制备出来的刚玉产品，因此其生产工艺和原理是完全不一致的。

从电熔白刚玉的基本生产工艺流程可以发现，工业氧化铝在电弧炉中熔融后冷却再结晶而成的白色熔块的过程，其电熔温度高达2000℃以上。电熔白刚玉的冶炼不存在还原过程，电熔处理虽有一定净化提纯作用，但还不能将其完全排除。其中Na2O与Al2O3在熔融状态中生成β-Al2O3（Na2O·11 Al2O3），生成量随着Na2O含量的增加而增大。β-Al2O3的熔点低、密度小，因此熔块冷却结晶时，偏析于熔块的上中部，虽然通过碎选可以剔除，但仍会有少量留在刚玉熔体中，严重影响白刚玉熔块的耐火性能。因此，为了减少Na2O的含量和危害，在冶炼的过程中会加入少量的氟化铝，可以促进Na2O的高温挥发，但是，同时也会产生少量有害的氟化物气体，对空气和人体产生危害。

就目前烧结刚玉普遍使用的生产工艺流程来看，其工艺较电熔白刚玉复杂，但其原理不一样。烧结刚玉是利用氧化铝在竖窑中高温快速烧结快速冷却的过程来制备出来的，其烧结温度达到了1900℃左右。烧结刚玉是在竖窑中连续性生产，不但产量高，同时，也可以满足产品质量的稳定性和均一性。另外，烧结刚玉在生产中不加任何外加剂，所以，高温下也不会对环境产生任何影响，是一种绿色工业产品。

性能指标有差异。从电熔白刚玉与烧结板状刚玉的物理指标可以看出，电熔白刚玉的体积密 度要高于烧结板状刚玉的，但是烧结板状刚玉的显气孔率和吸水率都低于电熔白刚玉的。

从电熔白刚玉与烧结板状刚玉的显微结构中可以看出，电熔白刚玉的晶体较大，达到了200μm以上，而烧结板状刚玉的晶体大小一般分布在60μm~120μm之间。晶体结构大必然导致晶体之间的结合不紧密，使得晶界之间的气孔较多较大，这也是电熔白刚玉体积密度高而气孔率也高的原因。烧结板状刚玉晶体较小，晶体之间的结合较为紧密，所以显气孔率低，同时烧结板状刚玉晶体内部分布有大量的微小闭气孔，其闭气孔的大小分布在1μm~5μm之间，为其提供了较好的抗热震性。

生产过程中耗能不同。根据在报的《刚玉单位产品能耗限额》国家标准编制说明，现有电熔白刚玉产品（熔炼部分）的电耗限额定值1640kWh/t，烧结刚玉(整个生产过程)的能耗限额定值202kgce/t，按照电力折标准煤系数0.1229 kgcekWh/t计算，电熔白刚玉冶炼部分耗能与烧结板状刚玉整个生产过程相当。而新建和改扩建能耗限值，电熔白刚玉比烧结板状刚玉高出27kgce/t，能耗限额先进值电熔白刚玉比烧结板状刚玉的高56kgce/t。随着烧结板状刚玉的窑炉大型化，能耗变小趋势越来越明显，而且生产过程中使用清洁能源，环境负荷小。正是由于烧结板状刚玉生产过程环保，深入研究各种不同品种的烧结刚玉具有较大的意义。

国内烧结刚玉的发展

烧结刚玉产量的大幅度提高。最早烧结板状刚玉是1934年由Thomas S.Curtis 在其发明的竖窑中烧结得到的，1935年经中间试验后便商业化生产，用作耐火材料和陶瓷行业窑炉的内衬材料。20世纪50年代，它才作为大宗耐火材料骨料应用于耐火行业。这期间，美国铝业公司开发了一系列以低Na2O工业氧化铝为原料的板状刚玉产品。

我国接触烧结板状刚玉比较晚，在20世纪90年代就尝试过多次，但均以失败告终。汉中秦元新材料有限公司在1999年广泛考察研究的基础上，以洛阳耐火材料研究院和陕西冶金设计院为主，联合济南市平阴鲁耐新型材料厂的技术人员，最终于2001年修建了1条年产4000吨的烧结板状刚玉生产线，于2002年9月生产出了满足用户使用要求的产品，揭开了烧结板状刚玉国产化大规模生产的序幕。2000年以后，国内烧结板状刚玉得到了快速发展，2003年10月，淄博泰贝利尔铝镁有限公司烧结板状刚玉生产线投产。2005年，江苏扬州晶辉耐火材料有限公司开始建设烧结板状刚玉竖窑生产线；浙江自立股份有限公司在2009年~2015年的3年间，共投资建设了5条烧结板状刚玉生产线，目前公司烧结板状刚玉产能每年达到9万吨。

2015年至今，按照以窑炉为生产线的标准计算，不完全统计，全球有41条生产线，产能86.3万吨。其中，中国生产线有21条，产能为33.8万吨，占全球产能的39%。由于产能过剩，国内多条生产线已经处于停产状态。

国内烧结刚玉生产技术的提高。国内烧结板状刚玉能得到快速发展，与其生产工艺技术的提高密不可分。烧结板状刚玉的研究前期需要对产品性能和生产工艺进行分析解剖，所以刚开始的技术是模仿国外技术，但是后来发现，我国国内生产烧结刚玉采用的原料与国外不一样，国内大部分采用的是工业氧化铝，而国外采用的是煅烧氧化铝作为原料，这也导致其生产工 艺出现差异，因此不能完完全全模仿国外生产工艺技术，需要根据自身的特点开发相应的工艺技术，提高产品的性能指标。主要工艺改进如下：

球磨技术的改进。烧结板状刚玉所用的原料在成球之前需要球磨成细粉，而目前大部分厂家只是控制球磨机出粉粒度为325目通过率，并没有从细粉粒度上去研究。然而原料粒度是影响烧结效果的一个重要因素，粒度的减小，增大原料的比表面积，增加烧结活性，促进烧结效果，降低烧结需要的温度，从而可以降低天然气用量。

原料粉的粒度主要是通过球磨机控制来实现的。球磨机中的研磨球分为两种瓷球和钢球，采用钢质磨球的生产效率要比瓷球效率高20%~30%，节约电力消耗10%~15%。在同样的条件下，钢质磨球生产出的细粉粒度要比瓷球生产出的粒径小5%左右，这样可以大幅度提高原料的烧结活性，降低烧成时需要的热能能耗。另外，球磨机中的研磨球配比也会影响其生产效率和细粉粒度，很多厂家经过多次尝试已调试出合适的磨球配比。

成球方式的改进。烧结板状刚玉的烧成过程是一个固相烧结，通过物质迁移使粉末体产生强度并导致致密化和再结晶的过程。因此烧结板状刚玉半成品球的致密度是影响制品烧结效果的一个重要因素，半成品致密度的提高是改变粉料颗粒之间的接触状态，缩短颗粒之间的距离，增大接触面积，提高固相之间传递能量的速度和效率，从而提高烧结效果。为了达到较为致密的半成品球，浙江自立氧化铝材料科技有限公司对成球系统进行改进，使半成品球的体积密度可以达到2.0克/立方米以上，而传统式的成球机半成品体积密度只在1.80克/立方厘米左右，半成品致密度的提高可以提高高温的烧结效果，适当降低高温下烧结需要的能耗。

干燥系统的改进。由于半成品球在成型的过程中加入大量的水分结合，其含水率达到18%~23%，因此在进入竖窑之前必须进行干燥处理，要求进窑前半成品球的含水率低于5%，否则在窑炉中会出现大量炸球碎料状况，进而影响到整个窑炉的气氛分布，降低天然气的燃烧效率，影响烧结效果，增加天然气消耗量。原来很多厂家多此处重视程度不够，影响到整个生产体系。目前，大部分厂家已经对干燥系统进行大力改进，提高了整个干燥效果。

提高燃烧系统效率。竖窑燃烧系统是生产板状刚玉最重要环节，采用工业氧化铝生产烧结板状刚玉的煅烧温度要高于采用煅烧氧化铝的煅烧温度，国内采用工业氧化铝的煅烧温度一般在1900℃~1950℃，而这么高的烧结温度是通过天然气燃烧实现的。因此，提高天然气的燃烧效率是影响整个烧结工艺和节约能源的一个重要方式。

天然气的燃烧是一个化学放热过程，其燃烧的充分性由天然气和助燃风之间的比例及其之间混合的均匀度来决定的。若助燃风不够可能导致天然气燃烧不充分，若助燃风比例过高又会带走一部分热量造成能源浪费。目前，国内大部分厂家是在分别向竖窑中通入天然气和助燃风，在烧嘴处混合后燃烧，这样可能会导致不容易控制天然气和助燃风之间的比例，不能保证天然气和助燃风混合均匀，这样也难以确保天然气得到充分燃烧。而国外公司则在是在进入窑炉之前，在一个特定的容器中进行天然气和助燃风之间的混合，这样可以保证天然气和助燃风混合的比例及均匀性。因此，为了提高燃烧系统的效率，降低天然气的消耗量，首先就要改进燃烧系统，包括烧嘴、气体混合装置等，确保天然气的燃烧能够充分、集中。

因此，国内生产烧结板状刚玉厂家在不断自我摸索和总结的基础上，不断结合自身特点不断创新改进和提高，走出了具有中国特色、自有知识产权的技术路线。相信未来国内烧结板状 刚玉的质量会越来越好，越来越稳定。