淺析燒結(jié)剛玉的多元化發(fā)展

剛玉類原料作為氧化鋁基耐火材料的主要原料，其使用優(yōu)勢越來越多，使用范圍也越來越廣泛，而剛玉質(zhì)耐火材料也是隨著剛玉質(zhì)耐火原料的不斷發(fā)展而發(fā)展的。

雖然燒結(jié)剛玉在使用中體現(xiàn)出較多的優(yōu)點，但是目前國內(nèi)的燒結(jié)剛玉品質(zhì)單一，大部分都是普通的燒結(jié)板狀剛玉，并沒有根據(jù)不同的使用環(huán)境和要求來區(qū)分不同的燒結(jié)剛玉品種。因此，研究人員探索了不同種類燒結(jié)剛玉的特殊性能和使用特性，為燒結(jié)剛玉未來多元化發(fā)展提供一種可能。

目前，市場上的燒結(jié)剛玉一般指的是燒結(jié)板狀剛玉，而電熔剛玉的種類有多種電熔剛玉，如電熔白剛玉、電熔致密剛玉、電熔鋯剛玉、電熔鉻剛玉等。相對于電熔剛玉的多品種，目前，燒結(jié)剛玉的多品種化推進工作比較滯后，沒有把燒結(jié)剛玉的用途完全挖掘出來，所以要相應(yīng)開發(fā)多品種燒結(jié)剛玉，推進耐火材料制品顧客化發(fā)展趨勢。

1、輕質(zhì)燒結(jié)剛玉

輕質(zhì)燒結(jié)剛玉是以工業(yè)氧化鋁為主要原料，結(jié)合有機發(fā)泡技術(shù)制備的，是具有核殼結(jié)構(gòu)的多孔輕質(zhì)燒結(jié)剛玉。這種輕質(zhì)燒結(jié)剛玉具有孔徑分布均勻且多為封閉氣孔、體積密度可以通過泡沫加入量來控制的特點，應(yīng)用在鋼包澆注料中，可在保持其力學(xué)性能和抗渣性的前提下降低熱導(dǎo)率并且改善抗熱震性，同時還為優(yōu)化鋼包工作襯耐火材料的輕量化提供了理論依據(jù)。

典型輕質(zhì)燒結(jié)剛玉的常溫物理性能如下：體積密度3.18g/cm3，真密度4.08g/cm3，顯氣孔率，閉氣孔率6.6%。從其常溫物理性能指標可以看出，采用發(fā)泡法制備出的輕質(zhì)燒結(jié)剛玉大幅降低了剛玉體積密度。從其顯微結(jié)構(gòu)可以看出，該輕質(zhì)燒結(jié)剛玉為核殼結(jié)構(gòu)的多孔剛玉，其內(nèi)層核結(jié)構(gòu)中氣孔分布較多且均勻，為減少導(dǎo)熱起到較好作用；其外層為殼結(jié)構(gòu)，較為致密，為輕質(zhì)燒結(jié)剛玉起到提高機械強度的作用。

研究人員將采用此方法制備出的燒結(jié)輕質(zhì)剛玉應(yīng)用在剛玉-尖晶石澆注料中，并與采用燒結(jié)板狀剛玉的剛玉-尖晶石澆注料進行了性能對比。

對采用不同種類燒結(jié)剛玉的剛玉-尖晶石澆注料的常溫力學(xué)性能、采用不同種類燒結(jié)剛玉的剛玉-尖晶石澆注料抗渣性試驗后的坩堝剖面照片以及采用不同種類燒結(jié)剛玉的剛玉-尖晶石澆注料在不同測試溫度下的熱導(dǎo)率等進行分析比較，可以看出，采用輕質(zhì)燒結(jié)剛玉代替燒結(jié)板狀剛玉在剛玉-尖晶石質(zhì)澆注料中使用，在強度和抗侵蝕性方面沒有較大變化的同時，還大幅度降低了材料的熱導(dǎo)率，對改善材料的隔熱保溫性能起到較好作用。這種燒結(jié)輕質(zhì)剛玉主要是依照發(fā)泡造孔的原理來降低燒結(jié)剛玉的體積密度而制得的具有核殼結(jié)構(gòu)的多孔剛玉，因此，通過此原理可以根據(jù)不同的發(fā)泡劑加入量來開發(fā)出多種體積密度的系列輕質(zhì)剛玉，其體積密度可以為。不同體積密度的燒結(jié)剛玉，根據(jù)不同的使用環(huán)境分別得到充分的利用。

2、微孔燒結(jié)剛玉

微孔燒結(jié)剛玉是一種高純耐火骨料，與普通燒結(jié)板狀剛玉相比，其體積密度相對較低；從顯微結(jié)構(gòu)方面來看，微孔燒結(jié)剛玉的晶內(nèi)及晶間的微米級氣孔的數(shù)量更多；而在化學(xué)組成上，與燒結(jié)板狀剛玉并無差異。微孔燒結(jié)剛玉的制備工藝也與燒結(jié)板狀剛玉的一樣，采用工業(yè)氧化鋁和氫氧化鋁及特定的有機外加劑為主原料，在高溫下快速燒結(jié)，通過氫氧化鋁的原位分解形成大量晶內(nèi)和晶界間的微小封閉氣孔，從而實現(xiàn)微孔輕量化。

微孔燒結(jié)剛玉具有密度小、強度高、熱導(dǎo)率低等特點，可以直接接觸鋼水，抵抗鋼渣和鋼水的侵蝕和滲透，在某些部位可以直接代替燒結(jié)板狀剛玉使用，降低熱能散失。由其顯微結(jié)構(gòu)照片可知，微孔燒結(jié)剛玉晶粒內(nèi)部分布有較多的細小氣孔，氣孔尺寸大小在1μm~8μm之間，同時氣孔分布均勻，為晶體內(nèi)部的閉氣孔。另外，微孔燒結(jié)剛玉的晶粒大小和結(jié)構(gòu)也與燒結(jié)板狀剛玉一致，這樣也保證了燒結(jié)微孔剛玉作為工作層材料使用的基本性能。

分析燒結(jié)板狀剛玉和微孔燒結(jié)剛玉分別作為骨料時對鋁鎂澆注料物理性能的影響可以發(fā)現(xiàn)：

以微孔燒結(jié)剛玉為骨料可以使鋁鎂澆注料的體積密度降低約4.5%，高溫燒后的線變化率更低，℃和600℃下的熱導(dǎo)率分別降低約0.200W/mK；而澆注料的強度并沒有出現(xiàn)下降的趨勢，不同溫度處理后的強度處于相同水平。另外，從抗渣試驗結(jié)果來看，采用微孔燒結(jié)剛玉的澆注料的抗渣侵蝕性能,與采用燒結(jié)板狀剛玉的鋁鎂澆注料相當，但抗?jié)B透性能略差一點。

根據(jù)上述試驗結(jié)果可知，燒結(jié)微孔剛玉可以廣泛應(yīng)用于冶金耐火材料（如鋼包澆注料、中間包澆注料、加熱爐）行業(yè)，也應(yīng)用于石化行業(yè)、電子絕緣行業(yè)、熱工窯爐行業(yè)。它可以代替燒結(jié)板狀剛玉或電熔剛玉原料使用，大幅度降低高溫熱爐設(shè)備外表面溫度。

3、致密燒結(jié)剛玉

致密燒結(jié)剛玉是在普通燒結(jié)板狀剛玉的基礎(chǔ)上研發(fā)出來的一種新型高密度燒結(jié)剛玉。浙江自立氧化鋁材料科技有限公司已成功批量生產(chǎn)出來了這種燒結(jié)致密剛玉，并已投入使用。

與普通燒結(jié)板狀剛玉不同的是，致密燒結(jié)剛玉的體積密度達到3.65g/cm3以上，同時顯氣孔率低于3.0%，吸水率低于1%。這個指標與原來的標準值相比有了很大的提升，可以很好改善耐火制品的性能，有效地延長耐火材料的使用壽命，而這在國內(nèi)普遍實施噸鋼承包制的大環(huán)境下顯得意義重大，更長的壽命意味著更大的經(jīng)濟效益。同時更低的噸鋼耐材消耗意味著可以實現(xiàn)更節(jié)能、更環(huán)保的生產(chǎn)。對比其主要理化指標可以發(fā)現(xiàn)，致密燒結(jié)剛玉體積密度普遍比一般燒結(jié)板狀剛玉高0.2g/cm3左右，同時，顯氣孔率降低2%左右，另外，化學(xué)成分中沒有較大變化。因此致密燒結(jié)剛玉也具備一般燒結(jié)板狀剛玉所具有的高耐火度特點，同時，由于其高致密度和極低的氣孔率從而具備極好的耐磨性、抗沖刷性和抗侵蝕性。

分析致密燒結(jié)剛玉的顯微結(jié)構(gòu)可知，致密燒結(jié)剛玉晶體大小分布較為均勻，都分布在25μ左右，晶體之間結(jié)合較為致密。這為其提高材料的抗渣性和抗侵蝕性很好的前提條件。

從燒結(jié)致密剛玉在剛玉質(zhì)低水泥澆注料中的應(yīng)用結(jié)果可以看出，首先從加水量來看，燒結(jié)致密剛玉的配方中加水量可以減少0.2%，同樣也可以達到較好的流動值。而流動值隨著時間的衰減速率相差不大。制得的澆注料試樣，燒結(jié)致密剛玉的體積密度比板狀剛玉高0.1g/cm3左右，而顯氣孔率低1.2%左右。常溫、中溫和高溫抗折耐壓強度均為燒結(jié)致密剛玉高于燒結(jié)板狀剛玉，而在抗熱震性和高溫抗折上面表現(xiàn)相近。

致密燒結(jié)剛玉比一般燒結(jié)板狀剛玉具有更高的體積密度和更低的顯氣孔率，因此致密燒結(jié)剛玉具有更好的機械強度、耐磨性和抗沖刷性能，而更低的顯氣孔率使得材料的抗侵蝕性能得到好的提升。使用條件比較苛刻的耐火制品，如滑板、三大件、透氣磚、水口等功能材料，以及鋼包沖擊區(qū)澆注料、鐵溝澆注料、水泥回轉(zhuǎn)窯噴煤管澆注料等抗沖刷性要求高的耐火制品，使用致密燒結(jié)剛玉可以大幅度延長耐火制品的使用壽命并提高其系數(shù)。

4、特種燒結(jié)剛玉

特種燒結(jié)剛玉指的是在原料中加入少量的特種金屬氧化物成分，經(jīng)過豎窯高溫燒結(jié)而制得具有特殊用途的一種新型特種燒結(jié)剛玉。由于加入了少量的金屬氧化物改變了原料的燒結(jié)剛玉某些性能特征，其應(yīng)用領(lǐng)域不同。

燒結(jié)鈦剛玉。燒結(jié)鈦剛玉是一種在工業(yè)氧化鋁中加入少量的TiO2粉工磨，成球后經(jīng)過豎窯高溫燒成制備出來的特種剛玉。在氧化鋁中加入少量的氧化鈦可以起到礦化促燒的作用，由于剛玉（α-Al2O3）與金紅石（TiO2）的晶格常數(shù)接近，高溫下TiO2可與Al2O3形成固溶體，增加晶格缺陷，活化晶格，大幅度提高了燒結(jié)活性，燒結(jié)溫度大概可以降低100℃左右。

加入了氧化鈦后的燒結(jié)鈦剛玉體積密度較普通燒結(jié)剛玉會略微提高，但其顯氣孔數(shù)量略微增多。這主要是因為Ti4+可加速擴散能力，使氣孔在燒結(jié)前期被排到表面，使得燒結(jié)鈦剛玉晶體之間結(jié)合更加緊密。因此，燒結(jié)鈦剛玉具有較大的機械強度，可以和β-剛玉一起用于玻璃窯的熔池中。另外，鈦剛玉還具備較好的抗彈性能，用于特殊陶瓷產(chǎn)品中，可以改善高溫條件下韌性。

燒結(jié)鋯剛玉。電熔鋯剛玉是以工業(yè)氧化鋁和鋯英石為主要原料，在電弧爐中經(jīng)高溫電熔而成，與生產(chǎn)電熔白剛玉工藝一致。所以，燒結(jié)鋯剛玉也是采用工業(yè)氧化鋁和鋯英石為原料，與燒結(jié)板狀剛玉工藝一致，成球后豎窯高溫快速燒結(jié)。這樣制備出的燒結(jié)鋯剛玉是α-Al2O3和ZrO2組成的共晶幾何體，顯氣孔率低，閉氣孔數(shù)量多，因此燒結(jié)鋯剛玉不但可以利用氧化鋯物相提高抗熱震性，還可以利用大量微小閉氣孔進一步提高抗熱震性。

與電熔鋯剛玉一樣，燒結(jié)鋯剛玉可以用于玻璃和鋼鐵行業(yè)中熱震性能較差的耐火制品。另外，鋯剛玉的耐磨性較好，可以用于高速重負荷的耐磨材料中。

燒結(jié)剛玉作為一種耐火原料，由于其特有的性能優(yōu)點，已經(jīng)廣泛于各種冶金設(shè)備和高溫窯爐。大多數(shù)耐火制品中均有燒結(jié)剛玉作為主要原料加入，以提高使用性能。國內(nèi)通過這幾年燒結(jié)剛玉技術(shù)的積累和發(fā)展，也已經(jīng)形成了自有知識產(chǎn)權(quán)的一套燒結(jié)剛玉的生產(chǎn)技術(shù)及品種。

因此，在此基礎(chǔ)上探索開發(fā)不同種類的燒結(jié)剛玉，使得燒結(jié)剛玉向多元化發(fā)展，在不同的領(lǐng)域和環(huán)境下可以使用不同的燒結(jié)剛玉，以充分發(fā)揮各品種燒結(jié)剛玉的性能優(yōu)點，延長耐火材料的使用壽命，同時為耐火材料新產(chǎn)品的發(fā)展提供原料支持。鄭州榮盛作為的中原耐材，不僅注重自身規(guī)模的擴大，更重要的是始終站在長遠的發(fā)展角度，不斷研制出新型的耐火材料，從而不斷滿足更加嚴格的市場需求，順應(yīng)時代潮流的發(fā)展。榮盛耐材生產(chǎn)各種高鋁磚，耐火磚，粘土磚，澆注料等產(chǎn)品，歡迎廣大客戶來廠實地考察，并建立長久的合作關(guān)系。