剛玉磚

剛玉磚所用原料是由氧化鋁和氧化鉻按一定比例配比, 經(jīng)過高溫熔化合成的一種固溶體。采用特種耐火材料生產(chǎn)工藝制成耐火磚, 可以改善和提高制品的內(nèi)在質(zhì)量, 提高制品的高溫性能。我廠開發(fā)生產(chǎn)的部分高性能鉻剛玉磚(AK 、AKZ)的理化性能指標(biāo)已達(dá)到國外部分同類產(chǎn)品及剛玉磚的性能指標(biāo)要求。

可以看出,剛玉磚性能優(yōu)異, 可達(dá)到國外同類產(chǎn)品的質(zhì)量水平, 在使用中可替代進(jìn)口耐火材料。

剛玉磚是指氧化鋁的含量大于90%、以剛玉為主晶相的耐火材料制品。很高的常溫耐壓強(qiáng)度(可達(dá)340MPa)。高的荷重軟化開始溫度(大于1700℃)。很好的化學(xué)穩(wěn)定性,對酸性或堿性渣、金屬以及玻璃液等均有較強(qiáng)的抵抗能力。熱震穩(wěn)定性與其組織結(jié)構(gòu)有關(guān),致密制品的耐侵蝕性能良好,但熱震穩(wěn)定性較差。分為燒結(jié)剛玉磚和電熔剛玉磚兩種?？煞謩e用燒結(jié)氧化鋁和電熔剛玉作原料或Al2O3/SiO2比高的礬土熟料與燒結(jié)氧化鋁配合,采用燒結(jié)法制成。也可用磷酸或其他黏結(jié)劑制成不燒剛玉磚。主要用于煉鐵高爐和高爐熱風(fēng)爐、煉鋼爐外精煉爐、滑動水器、玻璃熔窯以及石油化工工業(yè)爐等。

剛玉磚已廣泛應(yīng)用于高溫、高壓、化學(xué)侵蝕和機(jī)械磨損嚴(yán)重的石化熱工裝置中作內(nèi)襯材料, 隨著石化行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步, 生產(chǎn)中采用了很多新工藝和新技術(shù), 為使設(shè)備達(dá)到大負(fù)荷、長周期、低能耗、低成本的目的, 除對各種熱工設(shè)備進(jìn)行改造外,還對各種熱工設(shè)備的內(nèi)襯材料提出了更高的要求。為此, 開發(fā)了一種耐高溫和抗侵蝕性更好的鉻剛玉系列產(chǎn)品, 以滿足石化行業(yè)的需求 。

1 　剛玉磚的耐火性能

由Al2O3 -Cr2O3 二元相圖可知,Al2O3 和Cr2O3能形成連續(xù)固溶體, 而沒有低共熔物產(chǎn)生。因此, 在高純剛玉材料中加入Cr2O3 , 不論加入量多少, 不僅不會降低材料的耐火性能, 反而使材料的耐火性能有所提高。鉻剛玉磚的耐火度(>1790 ℃)及荷重軟化溫度(>1700 ℃)均優(yōu)于高純剛玉制品。

2 　剛玉磚的強(qiáng)度

高純剛玉磚的常溫耐壓強(qiáng)度一般為70 ～ 100MPa , 高性能鉻剛玉磚的常溫耐壓強(qiáng)度一般>150MPa , 其強(qiáng)度明顯高于剛玉磚。這是由于制品在燒成過程中, 其顆粒與顆粒之間, 顆粒與細(xì)粉之間, 細(xì)粉與細(xì)粉之間均形成了Al2O3 -Cr2O3 固溶體, 該固溶體象橋一樣把顆粒、細(xì)粉連接在一起, 使材料的強(qiáng)度大大提高。

3 　熱震穩(wěn)定性

據(jù)資料報道, 在剛玉中加入Cr2O3 , 當(dāng)C r2O3 含量為10 %～ 66 %時, 材料的熱震穩(wěn)定性隨C r2O3 含量的增加而降低, 即C r2O3 含量低的鉻剛玉磚, 其熱震穩(wěn)定性好于Cr2O3 含量高的鉻剛玉磚。我廠推廣應(yīng)用的高性能鉻剛玉磚Cr2O3 含量在12 %～20 %之間, 其熱震穩(wěn)定性比剛玉磚有所提高;尤其是加入少量產(chǎn)生相變的添加劑而生產(chǎn)出的AKZ 型鉻剛玉磚, 熱震穩(wěn)定性更優(yōu)。

4 　抗渣侵蝕能力

各種耐火材料氧化物在熔融煤渣中的溶解度：Cr2O3 在煤氣化爐渣(SiO2 -CaO系)及各種玻璃熔體中的溶解度比其他氧化物材料的溶解度要小得多。因而Cr2O3 或含Cr2O3 的耐火材料具有良好的抗鋼渣、有色冶煉渣、煤氣化爐渣、油氣化爐渣和各種玻璃熔體熔蝕能力。Cr2O3 熔體或Cr2O3 與爐渣反應(yīng)生成的液相粘度比其他低熔物粘度大, 這就阻止了熔渣沿毛細(xì)氣孔向磚體內(nèi)部滲透, 避免形成變質(zhì)層而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)剝落。

不同Cr2O3 含量的鉻剛玉磚與剛玉磚被玻璃熔渣侵蝕的深度不同。試驗表明:Cr2O3 <17 %時, 磚中Cr2O3 含量愈高, 玻璃熔渣侵入的深度愈淺。

為了更進(jìn)一步弄清氣化爐熔渣對剛玉磚和鉻剛玉磚的侵蝕情況, 以坩堝法用氣化爐渣樣在1500 ℃下進(jìn)行的抗渣試驗表明:剛玉磚被熔渣嚴(yán)重侵蝕, 爐渣全部滲入磚中, 并沿磚內(nèi)部氣孔滲透到表面, 磚變成褐色, 幾乎沒有渣殘留;鉻剛玉磚幾乎不被熔渣侵蝕, 渣與磚表面沒有明顯的化學(xué)反應(yīng), 內(nèi)孔邊緣與殘渣界限分明, 渣向磚內(nèi)滲透很少,磚孔周圍只形成約5 ～ 10 mm 厚的變質(zhì)層, 大量熔渣殘存于坩堝孔內(nèi)。

通過理論分析及實踐證明:鉻剛玉磚抗氣化爐熔渣的化學(xué)熔蝕及滲透性均比剛玉磚好, 抗結(jié)構(gòu)剝落性也比剛玉磚優(yōu)越 。

在鋼鐵行業(yè)中使用, 鉻剛玉材質(zhì)比剛玉材質(zhì)使用壽命延長一倍以上, 如鋼包透氣磚等;在有色冶煉行業(yè)使用,剛玉磚的耐磨性及抗侵蝕性明顯優(yōu)于其他磚種;在炭黑行業(yè)中,使用剛玉磚比相同條件下使用的剛玉磚壽命延長一倍。生產(chǎn)的AK 型鉻剛玉磚在炭黑廠的炭黑反應(yīng)爐上使用, 使用壽命已超過剛玉磚。

在石油化工行業(yè)中, 大、中型化肥廠氣化爐內(nèi)由于長期高溫(1350 ～ 1450 ℃)、高壓(3 .1 ～8 .53 MPa)、強(qiáng)還原氣氛(CO H2 CH4)且氣流速度大(約10 m·s-1), 對爐襯耐火材料的侵蝕、破壞較嚴(yán)重, 所以對爐襯耐火材料要求更高。高性能剛玉磚密度大, 強(qiáng)度高, 比剛玉磚更具抗氣流沖刷能力及耐磨性。在剛玉磚中引入Cr2O3 使制品的內(nèi)在質(zhì)量發(fā)生變化, 使磚的抗熔渣侵蝕及抗?jié)B透性顯著提高, 在氣化爐上使用剛玉磚可以提高氣化爐的使用壽命 。

主要礦物組成為α-Al₂O₃-Cr₂O₃固溶體。次要礦物組成為少量復(fù)合尖晶石(或不含復(fù)合尖晶石)、氧化鉻含量為1%～30%的耐火磚。有熔鑄鉻剛玉磚和燒結(jié)鉻剛玉磚兩種。一般情況下鉻剛玉磚就是指燒結(jié)鉻剛玉磚 。

熔鑄剛玉磚的制造工藝流程見圖1 。