剛玉磚(sintered corundum brick)以致密的氧化鋁熟料為原料制成的剛玉磚。該磚具有較高熔點,高溫下性能穩定,常溫及高溫機械強度和耐磨性良好。抗金屬侵蝕和抗氧化、還原性能優越。
生產剛玉磚所用原料是將高純工業氧化鋁經過煅燒后細磨(有時也加入少量MgO添加劑,以改善其晶體結構),壓制成坯體,在1850℃以上煅燒。高溫煅燒使坯體結構中氣孔減少,晶粒增大約25~40倍。良好的燒結剛玉晶體呈致密的板狀結構。
燒結剛玉磚生產工藝是將燒結剛玉分別破碎至3mm粗顆粒及部分小于0.074mm細粉,有的加入少量粘土及其它結合劑進行混練,用高壓力摩擦壓磚機或油壓機成型,磚坯經烘干后裝入高溫窯內燒成。一般純度較高的燒結剛玉磚,其燒成溫度1750~1800℃。
如加入少量粘土或添加劑,燒成溫度可在1600~1700℃。
TiO2、Fe203、MgO、CaO和R2O都是剛玉磚的雜質,這些雜質主要來自原料。還有原料磨細時帶人的氧化鐵。氧化鋁中含有小于0.01%的TiO2,還有作為促進燒結的添加物或者硅酸鋁原料的雜質,使TiO2含量達到l%—1.5%。TiO2及Fe203、FeO使剛玉磚的蠕變應力減小。
用磷酸鹽結合的剛玉磚密實而堅固,引人P205小于3%,剛玉磚的耐火性質稍有降低,蠕變應力和斷裂強度亦降低,因此受高溫荷重作用的剛玉磚不宜引入P205。
般剛玉磚的氣孔率大都在18%—23%。閉口氣孔率在3%—6.6%之間波動,閉口氣孔是剛玉結晶顆粒內的氣孔。可以根據閉口氣孔率增加程度考慮提高剛玉磚的密度。提高剛玉磚的密度,透氣度降低,證明氣孔尺寸減小。
剛玉熟料的煅燒溫度及剛玉磚的燒成溫度對剛玉磚的氣孔率有決定性的影。向,其次泥料的顆粒組成、添加物和磚坯的成型壓力對剛玉磚的氣孔率都有重要影響。
剛玉熟料煅燒溫度由1300℃升高到1750℃,純剛玉磚的氣孔率由3%—4%增大到15%—16%,而熟料煅燒溫度由1300℃提高到1500℃,剛玉磚氣孔率由3%—4%增大到8%—10%。降低剛玉制晶的燒成溫度,同樣使剛玉磚的氣孔率增大,特別是剛玉磚燒成溫度與所采用的剛玉熟料煅燒溫度一樣時,剛玉磚的氣孔率增大很多。
泥料顆粒組成對剛玉磚氣孔率的影響,主要是磚坯顆粒堆積密度的關系,而泥料的細顆粒數量對剛玉磚的燒結有重大影響。燒結剛玉熟料的臨界顆粒尺寸由lmm增大到3mm,純剛玉剛玉磚的氣孔率稍有降低(降低1—3%),細顆粒含量由25%增加到45%及成型壓力由25—30MPa增加到100MPa,有同樣的影響。采用1000—1200MPa的成型壓力,即使用電熔剛玉為主要原料,也能獲得致密制品。
剛玉磚的抗熱震性較差,因為大顆粒和細粉之間連結較好的致密結構,使剛玉磚的彈性模量相當大。
剛玉磚具有很強的抗渣性。對高爐煉鐵熔渣,燃料渣、以及鋼和鐵的熔體很穩定。
剛玉磚有很寶貴的性質:在高溫下有很好的抗碳還原穩定性。降低制品的氣孔率和減少SiO2雜質含量,該性能顯著提高。
剛玉磚的生產原料:
1:鋁凡土,高嶺土,粘土,硅藻土,主要有土組成,耐火性比較好。
2:石:瑩石,藍晶石,紅柱石,鎂橄欖石,蛭石,莫來石,葉蠟石,綠泥石,白云石,硅線石,鎂鋁尖晶石,硅石,主要有石材組成,耐火性較好。
3:陶砂,鋯英砂,石英砂,鎂砂,耐火性和石材相當。
4:鉻礦,耐火性好。
5:金屬鋁粉,硅微粉,金屬硅粉,剛玉磚,透氣磚耐火性非常好。
6:瀝青,石墨,酚醛樹脂,珍珠巖,漂珠,賽隆,剛玉,硫酸硅,碳化硅,水玻璃,硅溶膠,碳化硼,鋁酸鈣水泥,氮化材料,頁巖陶粒,氧化鋁,鋁溶膠,氧化鋯等。
剛玉磚的優點性能:
1.具有較好的燒結活性,可以提高剛玉磚的致密程度;
2.板狀剛玉的剛玉磚體積密度高,顯氣孔率低;
3.具有較高的常溫耐壓強度,常溫抗折強度和高溫抗折強度;
4.耐磨性能最好;
5.抗煤氣化爐渣和渣油渣侵蝕和滲透性能優于純電熔白剛玉磚;?
6.作為骨料可提高剛玉磚的熱震穩定性;
由于剛玉磚具有很好的高溫性能,適用于各種各樣的使用條件:不僅可以砌筑高爐爐胸,還可以用于高爐和其他窯爐的熱風爐,1500—1700℃的爐墻、爐頂和格子磚;煤氣預熱器及分壓低的,在碳、甲烷,天然氣和焦爐煤氣直接作用下的設備內襯和磚格子等;鋼的爐外真空處理和連鑄裝置;對無煙煤和其他碳質材料進行高溫處理連續作業的立式爐;高溫炭化爐;高溫荷重很大的窯爐;操作溫度為1800℃的隧道窯及其他爐窯(低堿氧化鋁為主的剛玉制品使用溫度町達到1920—1950℃);作為催化劑和載熱體噴嘴小球;沸騰爐風口帶(如煅燒汞礦用);加熱爐底;替代機器磨損快的金屬部件和內襯,其中包括耐火材料工業;化學儀器和氨重整反應器的球狀頂蓋和內襯;生產玻璃球和玻璃纖維的高溫玻璃熔窯頂和內襯。
二、剛玉磚砌筑專用泥漿
采用磷酸鋁—礬土熟料泥漿。其泥漿組成為:
磷酸鋁:礬土熟料=2:5
磷酸鋁溶液由氫氧化鋁、磷酸及水配制而成,要求Al2O3與P2O5的摩爾比為1:3.2(磷酸濃度為85%)。
礬土熟料級配:<0.3mm的占40%,通過4900孔篩的占60%。
應注意以下事項。
①所用礬土熟料應為一級高鋁礬土,用回轉窯經1600℃高溫煅燒、加工而成。其微粉采用石襯球磨機加工,要求比表面積為4000—4500cm2/g。
②磷酸鋁溶液配制步驟
a.按比例稱取磷酸,氫氧化鋁和水,把水倒入氫氧化鋁中,不斷攪拌。
b.將磷酸加熱至70℃左右。
c.將氫氧化鋁和水的漿體分數次加入到磷酸中并不斷攪拌,直到溶液變清亮時為止。
d.溶液冷卻后,經紗布過濾,注入容器中待用。
磷酸或溶液以及膠泥等所用的工具(攪拌棒、瓦刀、灰桶等)和容器均應用陶瓷質、搪瓷質、木材或不銹鋼制成。不能用鐵質或鋁質等與酸易反應的容器和工具。
磷酸鋁溶液相對密度應控制在1.56—1.59(20℃)。
若大量配制溶液時,可用冷配法,即將磷酸預先放在陶質大缸內,用開水調和氫氧化鋁成漿體,分次加入到磷酸中去,邊加邊攪拌,等到加入的氫氧化鋁漿體與磷酸的作用差不多完成時,再加入第2份、第3份……最后配成的溶液應是清亮的,然后測定相對密度進行調整。
③配制膠泥時,先將干料混合攪拌均勻,然后將磷酸鋁溶液倒人干混合料中,再充分攪拌,即可使用。如采用鐵磨細粉,則干混料中可不必加入氫氧化鋁和耐火水泥,但混合料需在空氣中擱置1晝夜,以利氣體排出,方可使用。
④如作高溫工業爐的修補,則預先將修補處進行處理,直至露出堅硬層為止,然后用毛刷或其它物品蘸取少量磷酸鋁溶液,涂刷在修補處,濕潤表面(不宜涂刷過多),然后進行修補。
如作膠泥使用,則預先需把被粘結件的表面塵土、油污去除,最好先把表面打毛,然后進行粘結。
⑤熱處理的升溫速度以不超過10—20℃/h為宜。