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                      棕剛玉雜質對耐火材料的影響

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                      棕剛玉雜質對耐火材料的影響

                      【摘要】:
                      棕剛玉是一種由天然鋁礬土為原料,在電弧爐內經過高溫冶煉提純精煉后,電熔合成的一種高溫耐火材料。由于硬度大、純度高、磨削力強,先是被廣泛應用于磨料磨具行業,近年來由于高爐、轉爐的大型化,開始被廣泛用作中、大型高爐出鐵鉤澆注料、無水炮泥以及剛玉磚的原料,并取得很好的使用效果,?并為耐火材料的發展做出了巨大的貢獻。???可是近年來隨著生產棕剛玉廠家的增多,礬土品味的下降,以及電費的提高,棕剛玉生產成本面臨很大的壓力,加之市場競爭激烈,利潤逐漸下降,同時產品品質也逐漸下降,質量不穩定,粉化、爆裂的現象經常發生,成了棕剛玉的一種通病,也成了耐火材料廠家比較頭疼的一個問題,因為直接影響使用效果,所以很大程度上也制約了棕剛玉市場的發展,雖然在鋁硅系和氧化鋁系占有很大的份額,但是和鋁礬土相比,還是相差甚遠。為此,我們專門針對棕剛玉的各項雜質進行分析,實驗、論斷,來判定其雜質對耐火材料究竟有哪?些影響?我們應該如何避免這些情況的發生。?????棕剛玉呈棕褐色,一般Al2O3≥94.5%,SiO2≤3.5%,Fe2O3≤1%,TiO2≤3%,另外還有少量的CaO、MgO、K2O等雜質。其礦物相以α-Al2O3為主,晶體形狀中心部位為菱形、厚板形和帶有裂紋的顆粒,周邊有較多的氧化硅、氧化鈣熔體結晶,呈長板狀,最粗大晶粒呈骸狀片晶。由于雜質尚未完全去除,因此?次晶相為六鋁酸鈣、鈣斜長石、尖晶石、金紅石等,還有少量的玻璃相、鐵合金固溶體等。?????從棕剛玉的理化性質我們可以看出,SiO2,Fe2O3,TiO2是棕剛玉中主要的雜質成分,直接影響棕?剛玉的高溫物理性能,也是影響耐火材料使用情況的直接因素。我們分析SiO2。??棕剛玉中SiO2的含量一般在1-3%左右,一般情況下,棕剛玉Al2O3≥95%時,SiO2的含量在2%?以下,當Al2O3≥96%時,SiO2的含量在1.2%以下。根據耐火材料中各種化學成分的含量和其作用,通常將其分為主成分、雜志和外加成分三大類:(一)主成分?耐火材料中的主成分是指占絕大多數的、對耐火高溫性質起決定性作用的化學成分。耐火材料之所以具有優良的抵抗高溫作用的性能,以及許多耐火材料又具特性,完全或基本上取決于主成分。所以,對耐火材料的主成分,必須予以充分重視。通常,對耐火材料依化學組成分類,以及對許多同材質耐火材料劃分為若干等級,都是或多半是根據其主成分的種類以及含量多寡而定的??勺鳛槟突鸩牧现鞒煞值亩际蔷哂泻芨呔Ц衲艿母呷埸c或分解溫度很高的單質或化合物。要求它在耐火材料生產或者服役過程中能形成穩定的具有優良性能的礦物,在自然界儲量較高而且較易提取與利用。在地殼中分布較多,可作為耐火材料主成分的主要是氧化物。另外,有一些碳化物、氮化物、硅化物和硼化物,也可作為耐火材料的主成分?,F在,生產與使用較廣泛的耐火材料中的主成分主要是Al2O3、BeO、Cr2O3、MgO、CaO、SiO2、ThO2、TiO2、UO2、ZrO2等氧化物和SiC、WC、B4C等碳化物以及AIN、Si3N4等氮化物。(二)雜志?雜志是指耐火材料中不同于主成分的,含量微少而對耐火材料的抵抗高溫性質往往帶來危害的化學成分。這種化學成分多是由于含主成分的原料中夾帶而來的。耐火材料中的雜志中有的是易熔物,有的本身具有很高熔點,但同主成分共存時,卻可產生易熔物。故雜志的存在往往對主成分起強的助熔作用。助熔作用雖有時有助于材料的液相燒結,但對耐火材料抵抗高溫作用有嚴重危害。助熔作用愈強,即由于雜志的存在,系統中開始形成液相的溫度愈低,或形成液相量愈多,或隨著溫度升高液相量增長速度愈快,以及所形成的液相粘度愈低和潤濕性愈好,危害愈嚴重??梢?,若Na2O與SiO2共存,由于開始形成也想的溫度很低,故以SiO2為主成分的耐火材料中分別含有Al2O3和TiO2,雖然SiO2-Al2O3與SiO2-TiO2兩系統的共融溫度相近,分別為1595℃和1550℃,但在共融溫度下系統內每1%雜質氧化物生成的液相量卻差別較大,前者約為后者1.9倍。而且,隨溫度的升高,此差別更大。如在1600℃下,約為2.3倍。因此,雜志Al2O3較TiO2對SiO2的熔劑作用強。氧化鋁對硅質耐火材料的高溫性能危害極大,另外,當雜志與主成分共存時,若生成的液相粘度較低,且隨著溫度升高粘度降低愈快以及潤濕性愈好,則對耐火材料的危害愈嚴重。因此,愈提高耐火材料抵抗高溫的性能,必須嚴格控制雜志的含量。外加成分?常稱外加劑,是在耐火材料制品生產中為特定目的的另外加入的少量成分。如為促進材料中某些物相的形成和轉化,而加入的礦化劑;為抑制材料中某些物相形成,而加入的抑制劑或穩定劑;為促進材料的燒結,而加入的助熔劑等等??傊?,在耐火材料生產中,采取加入少量外加劑可在一定程度上改變材料的組成與結構,從而便于生產和使制品獲得某種預期特性。

                          棕剛玉是一種由天然鋁礬土為原料,在電弧爐內經過高溫冶煉提純精煉后,電熔合成的一種高溫耐火材料。由于硬度大、純度高、磨削力強,先是被廣泛應用于磨料磨具行業,近年來由于高爐、轉爐的大型化,開始被廣泛用作中、大型高爐出鐵鉤澆注料、無水炮泥以及剛玉磚的原料,并取得很好的使用效果, 并為耐火材料的發展做出了巨大的貢獻。

                         可是近年來隨著生產棕剛玉廠家的增多,礬土品味的下降,以及電費的提高,棕剛玉生產成本面臨很大的壓力,加之市場競爭激烈,利潤逐漸下降,同時產品品質也逐漸下降,質量不穩定,粉化、爆裂的現象經常發生,成了棕剛玉的一種通病,也成了耐火材料廠家比較頭疼的一個問題,因為直接影響使用效果,所以很大程度上也制約了棕剛玉市場的發展,雖然在鋁硅系和氧化鋁系占有很大的份額,但是和鋁礬土相比,還是相差甚遠。為此,我們專門針對棕剛玉的各項雜質進行分析,實驗、論斷,來判定其雜質對耐火材料究竟有哪 些影響?我們應該如何避免這些情況的發生。

                           棕剛玉呈棕褐色,一般Al2O3≥94.5%,SiO2≤3.5%,Fe2O3≤1%,TiO2≤3%,另外還有少量的CaO、MgO、K2O等雜質。其礦物相以α-Al2O3為主,晶體形狀中心部位為菱形、厚板形和帶有裂紋的顆粒,周邊有較多的氧化硅、氧化鈣熔體結晶,呈長板狀,最粗大晶粒呈骸狀片晶。由于雜質尚未完全去除,因此 次晶相為六鋁酸鈣、鈣斜長石、尖晶石、金紅石等,還有少量的玻璃相、鐵合金固溶體等。

                           從棕剛玉的理化性質我們可以看出,SiO2,Fe2O3,TiO2是棕剛玉中主要的雜質成分,直接影響棕 剛玉的高溫物理性能,也是影響耐火材料使用情況的直接因素。我們分析SiO2。  棕剛玉中SiO2的含量一般在1-3%左右,一般情況下,棕剛玉Al2O3≥95%時,SiO2的含量在2% 以下,當Al2O3≥96%時,SiO2的含量在1.2%以下。

                      根據耐火材料中各種化學成分的含量和其作用,通常將其分為主成分、雜志和外加成分三大類:

                      (一)主成分 耐火材料中的主成分是指占絕大多數的、對耐火高溫性質起決定性作用的化學成分。耐火材料之所以具有優良的抵抗高溫作用的性能,以及許多耐火材料又具特性,完全或基本上取決于主成分。所以,對耐火材料的主成分,必須予以充分重視。通常,對耐火材料依化學組成分類,以及對許多同材質耐火材料劃分為若干等級,都是或多半是根據其主成分的種類以及含量多寡而定的??勺鳛槟突鸩牧现鞒煞值亩际蔷哂泻芨呔Ц衲艿母呷埸c或分解溫度很高的單質或化合物。要求它在耐火材料生產或者服役過程中能形成穩定的具有優良性能的礦物,在自然界儲量較高而且較易提取與利用。在地殼中分布較多,可作為耐火材料主成分的主要是氧化物。另外,有一些碳化物、氮化物、硅化物和硼化物,也可作為耐火材料的主成分?,F在,生產與使用較廣泛的耐火材料中的主成分主要是Al2O3、BeO、Cr2O3、MgO、CaO、SiO2、ThO2、TiO2、UO2、ZrO2等氧化物和SiC、WC、B4C等碳化物以及AIN、Si3N4等氮化物。

                      (二)雜志 雜志是指耐火材料中不同于主成分的,含量微少而對耐火材料的抵抗高溫性質往往帶來危害的化學成分。這種化學成分多是由于含主成分的原料中夾帶而來的。耐火材料中的雜志中有的是易熔物,有的本身具有很高熔點,但同主成分共存時,卻可產生易熔物。故雜志的存在往往對主成分起強的助熔作用。助熔作用雖有時有助于材料的液相燒結,但對耐火材料抵抗高溫作用有嚴重危害。助熔作用愈強,即由于雜志的存在,系統中開始形成液相的溫度愈低,或形成液相量愈多,或隨著溫度升高液相量增長速度愈快,以及所形成的液相粘度愈低和潤濕性愈好,危害愈嚴重??梢?,若Na2O與SiO2共存,由于開始形成也想的溫度很低,故以SiO2為主成分的耐火材料中分別含有Al2O3TiO2,雖然SiO2-Al2O3SiO2-TiO2兩系統的共融溫度相近,分別為1595℃和1550℃,但在共融溫度下系統內每1%雜質氧化物生成的液相量卻差別較大,前者約為后者1.9倍。而且,隨溫度的升高,此差別更大。如在1600℃下,約為2.3倍。因此,雜志Al2O3TiO2SiO2的熔劑作用強。氧化鋁對硅質耐火材料的高溫性能危害極大,另外,當雜志與主成分共存時,若生成的液相粘度較低,且隨著溫度升高粘度降低愈快以及潤濕性愈好,則對耐火材料的危害愈嚴重。因此,愈提高耐火材料抵抗高溫的性能,必須嚴格控制雜志的含量。

                      外加成分 常稱外加劑,是在耐火材料制品生產中為特定目的的另外加入的少量成分。如為促進材料中某些物相的形成和轉化,而加入的礦化劑;為抑制材料中某些物相形成,而加入的抑制劑或穩定劑;為促進材料的燒結,而加入的助熔劑等等??傊?,在耐火材料生產中,采取加入少量外加劑可在一定程度上改變材料的組成與結構,從而便于生產和使制品獲得某種預期特性。

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