刚玉耐火材料

刚玉耐火材料是指以Al2O3为主成分，主晶相为仪α-AL2O3(刚玉)的耐火材料。由于它具有耐高温、硬度大、强度高、抗氧化、耐腐蚀、电绝缘、气密性好等优良性能，因此具有广泛的用途。

天然刚玉在自然界中分布量很少，且不集中，主要用作机械工业的研磨材料以及珍贵的工艺品。到目前为止，还没有利用天然刚玉生产耐火材料的报道。耐火材料工业上使用的刚玉原料都是从含AL2O3矿物的矿石，主要是铝土矿中提取氧化铝，再由氧化铝制取。

1、烧结刚玉耐火材料

烧结刚玉耐火材料，由于所用原料的不同，可分为：

（1）用烧结刚玉熟料制造的刚玉制品，一般称为再结合烧结刚玉制品；

（2）烧刚玉粉的颗粒及细粉制造的刚玉制品，也称为烧结氧化铝制品。

烧结刚玉耐火材料除了刚玉原料的纯度较高外，与传统的耐火材料的生产工艺没有差异。

1.1烧结氧化铝制品

所用原料主要是工业氧化铝。工业氧化铝难以烧结，为改善其烧结性，降低烧结温度，需将工业氧化铝高度细粉碎并预烧，也可加入少量促进烧结的加入物。工业氧化铝在使用前应在—1600。C预烧，使γ-L2O3转变为稳定的α-AL2O3，并能减少制品的烧成收缩。缺点是烧后材料变硬，不易细磨。为了除掉粉碎过程中带入的铁，可用盐酸酸洗处理，再经多次水洗后，分离出白色的α-AL2O3，再经干燥破碎而制得坯料。

根据制品的用途、性质要求、形状尺寸确定成型方法。具体的成型方法有：应用水悬浮液(泥浆)在石膏模内进行泥浆浇注成型(坩埚、管子及其他中空制品)；形状复杂、尺寸小的制品采用热压注或挤压法成型；大型制品可采用机压或气锤捣打成型。制品在1600～1800℃成，烧成设备有小断面高温隧道窑和倒焰窑。对于管状制品，应在活顶倒焰窑中吊装烧成，以防烧成中变形。烧成后进行切割加工。

1.2再结合烧结刚玉制品

以烧结氧化铝(烧结刚玉)为颗粒料，与刚玉细粉配制成泥料，经成型、干燥和烧成的制品，也称为刚玉熟料耐火材料。

高纯烧结刚玉制品中，颗粒料和细粉应采用同一成分的纯刚玉熟料(细粉也可采用n—AL2O3型的细小晶粒的氧化铝)。在生产普通烧结刚玉制品时，为了提高其热震稳定性或抗渣性，一般允许加入小于10％的第二组分，第二组分主要是莫来石。为改善成型性能，常加入适量的有机黏结剂。泥料应进行非常充分的混练，必要时困料，泥料水分一般波动于5％～8％。普通制品采用半干压成型。形状复杂、尺寸较大的制品，采用气锤捣打或振动成型。特殊制品则用特殊设计的模具，采用流体等静压成型。刚玉熟料制品必须在高温下烧成。烧成温度介于1650～。C之问，有时达到1850。C。适当提高烧成温度，可以相应地提高制品的强度和密度。

2、电熔刚玉耐火材料

电熔刚玉耐火材料按照制造工艺可分为熔铸刚玉砖和再结合(半再结合)电熔刚玉砖。熔铸刚玉砖是以工业氧化铝及少量纯碱和石英粉在电弧炉内熔融，再经铸型、退火等工序，最后机械加工成所需的形状、尺寸。再结合(半再结合)电熔刚玉砖使用电熔刚玉颗粒及细粉，加入结合剂，经充分混练后，用压砖机成型，砖坯烘干后高温烧成。

2.1  熔铸刚玉制品

将氧化铝原料的配合料在高于熔融温度下熔化后，浇注在预制的耐火模型中，经过冷却固化使结晶发育长大而形成的制品，称为熔铸刚玉耐火材料。一般采用电熔方法熔化。

以工业氧化铝为主要原料电熔的熔铸刚玉耐火材料是经过配合料熔化、精炼，然后浇铸到模型中，铸件经过凝固、退火、切割、磨削和预组装，成为合格产品。按其化学矿物组成主要有三种类型：

（1）α-AL2O3砖。又称电熔α-AL2O3砖，是以α-A12O3晶相的熔铸耐火材料。α-AL2O3，含量约95％，β-AL2O3含量为5％～10％，玻璃相较少。这种砖结构致密，耐火度和高温结构强度较高，高温化学稳定性好，但在碱金属氧化物的作用下，可能转化为β-AL2O3而发生体积增大，适用于砌筑玻璃窑冷却池部位和上部结构，以及有色金属冶炼炉及高温隧道窑。

（2）熔铸β-AL2O3砖。又称电熔β-AL2O3砖，是以β-AL2O3为主晶相的熔铸耐火材料。β-AL2O3含量约99.5％，以较大的板状结晶互相啮合，玻璃相较少，约占0.5％以下，对碱蒸气呈惰性。在不含碱的气氛中，易分离出碱而转化为α-AL2O3，并伴随有体积收缩，而可能引起砖的碎裂。熔铸β-AL2O3砖抗热震性较好，700℃到常温空气循环可达40次左右，一般适用于砌筑玻璃熔窑的上部结构。

（3）熔铸α、β-AL2O3砖。又称电熔α、β-AL2O3砖，是含α-AL2O3和β-AL2O3的熔铸制品。α-AL2O3含量约40％～55％，β-AL2O3含量约45％～60％，玻璃相极少。同β-AL2O3型制品相比，抗玻璃液的侵蚀能力较强，高温下抗碱蒸气的作用也较好，可用于玻璃窑上部结构，也可用于直接与玻璃液接触的低温部位。河南耐火材料厂生产的电熔刚玉砖理化指标如下图。

2.2再结合电熔刚玉制品

再结合电熔刚玉制品以电熔刚玉熟料为颗粒料，电熔刚玉细粉或烧结刚玉细粉为基质，配合制成的再结合烧结制品。

作为原料的电熔棕刚玉或白刚玉，颗粒料用电磁除铁，细磨粉料则采用酸洗除铁。粒度配比应采用多级配比，减少中间颗粒，增加细粉量(含一定量超微细粉)，有利于提高制品的密度和烧结性能。加入一定量的结合剂，混合均匀，水分约为3％～4％。经高压成型，获得致密砖坯。电熔刚玉制品的纯度高，难烧结，需在高于1800℃下烧成。小批量生产时，以高温间歇窑为宜，成批稳定生产时可用小型高温隧道窑。再结合电熔白刚玉砖的化学组成与性能如下图。

3、刚玉质耐火材料的应用

由于刚玉质耐火材料具有很好的高温性能，适用于各种使用条件。不仅可以砌筑高炉炉腹，还可以用于高炉和其他炉窑的热风炉。可用于1500～1700℃的炉墙、炉顶和格子砖，煤气预热器，在碳、甲烷、天然气和焦炉煤气直接作用下的设备内衬和砖格子等，钢的炉外真空处理和连铸装置，对无烟煤和其他碳质材料进行高温处理连续作业的立式炉，高温炭化炉，高温荷重很大的窑炉，操作温度为1800℃的隧道窑及其他窑炉(低碱性氧化铝为主的刚玉制品使用温度可达1920～1950℃)作为催化剂和载热体喷嘴小球，沸腾炉风口带(如煅烧汞矿用)，加热炉炉底，替代机器磨损快的金属部件和内衬，生产玻璃球和玻璃纤维的高温玻璃熔窑顶和内衬等。