《致密刚玉的开发研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《致密刚玉的开发研究（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、硅酸盐通报 1997 年增刊致密刚玉的开发研究胡 勇 甘志华(中国七砂集团公司研究所清镇 551414) 铺摘要：本文就以铝矾土为主原料全部取代工业氧化铝粉熔炼致密刚玉所依据的物理化学原理进行I，分析JJ 熔炼工艺试验及初步应用进行丁叙述。理沧与试验结果证明挫用铝矾土为主原料完全可以生广： m】) 矗优价 lI【f n0敛 密刚玉产品。关键词：致密剐玉，刚玉，熔炼，铝矾土1引 言 易于还原去除， Na20 与 I己。等含量 j；人儿肛 氧化铝含量高达 97 5以上致密刚玉材 碳还原气氛下易于气化挥发，所以它 “I在致密 料，由于其纯度高、气 iL率低、硬度高、抗冲刷耐 刚玉中的含量不高且易于控
2、制。氧化钙 fm 侵蚀，因此被广泛地用于制造优质耐火材料、磨 刚玉熔炼条件下不能还原电不能气化，味利料 削材料及其制品等。目前对这一材料的生产， 中的 CaO含量就完全决定 J 致密刚 It中的 国内外主要是采用工业氧化铝粉外加一定的添CaO的含量范围，必须严格控制混台炉料 ， 加剂经高温熔炼冷却结晶丽成，再根据不同的 caO含量。由此可知，无论是从使用要求，原材 用途与要求加工成不同的粒度规格。由于工业 料状况还是从生产熔炼可行性方面来讲敛衔氧化铝粉价格昂贵，导致致密刚玉成本增加，价 刚玉的化学成份指标均应满足表 I要求， 越格居高不下，又在一定程度上限制了其用户市 的物理性能指标，耐火度
3、1850 ，湿气孔牢 场与使用范围。为了争取致密刚玉的广大市场 4 0，体积密度 3 809 cm3。 并扩大其使用范围，赢得良好的经济效益和社 表 1致密刚玉化学指标要求 会效益，并本着合理有效地利用铝质资源，降低 Alz03 ， Ill()1 F吨 (b产品成本的原则，我们进行了 “贵州质优价廉储量丰富的高铝矾土为主要原材料全部取代工 l 97 515O 4 I)3x ，业氧化铝粉制造质优价廉致密刚玉产品的开发研究与应用推广工作。 3物理化学原理分析致密刚玉熔炼所依据的物理化学娘理与棕2物理化学指标要求 刚玉熔炼有相似之处，均是以铝矾土为主璎 b： i 以铝矾土为主要原材料全部取代工业氧化
4、 料，经高温熔融还原冶炼而成。不 |司之处在 Ji 铝粉熔炼的致密剐玉，其主要化学成份 Al，毡 二者杂质去除程度不同。前凿杂质去除率人， 含量高达 97 5以上。此外，尚有 2的 Alz03含量高达 97 5以上，但当 Al二 (1岔；待 T峨、 Si02、隔 03、 KzO、 Na20、 CaO和 Mgo等 继续提高到一定限度时，易于火量生成碳化销 杂质，这是由于铝矾土从保证和提高材料的高 而出现致密刚玉粉化现象。这就决定 j投桁刚温力学与使用性能、材料的特殊磨削性能、以及 玉熔炼的关键是： 材料高纯度化发展的趋势来看，客观上要求杂 (1)铝矾土的过碳还原； 质越少越好。考虑到贵州铝矾土中
5、含有 3 5 (2)碳化铝及过量碳的去除。s的二氧化钛且不易还原 ，因此钛的各种 3 l过碳还原 矿物成份就成了影响致密刚玉性能的主要矿物 铝矾土中的主要杂质是 n02 、 Sio! 、 杂质。其它杂质，如si。2、F岛q与MgOE2】等 Fe203 ，是影响刚玉熔炼过程的主要因索，据此 136 一硅酸盐通报 1997 年增 p致密刚玉熔炼中，杂质的还原去除过程可用化 为代价，并进而导致致密刚玉冶炼中需消耗额 学方程式简要表示如下： 外的更多的碳质还原剂。也就是致衍刚： K熔炼 Pez03+3C=2Fe+3CO 十 (1) 所需的配碳量大于铝矾土还原所需理沦配峨 Si凸 +2C=Si+2CO
6、十 (2) 量，而必须在理论配碳量基础上乘上大于 l的Tio ， +2C=Ti 十 2CO 十 (3) 配碳系数。致密刚玉熔炼必须经历过碳还原这按一般的热化学数据计算， 1、 iO，是比 一步骤，其杂质去除率较之棕刚玉为高。3 2除碳一多余碳及 AhG 的氧化反应 SiOe 、 Fez03 较难还原，坦其在标准状态下的起始还原温度为 1700*C ，较之 A12哂还原的起始 采用碳质还原剂还原法熔炼致密刚玉过 温度2000 2100 低 300-400 ，应该说采用 量的碳必然导致 Al， O的还原损失及碳化铝的 铝矾土与碳质还原剂还原熔炼致密刚玉，是易 生成。而碳化铝的大量产生，必然会出观敛
7、衔 于去出杂质氧化物提纯 A12 鸥至大于 99以 刚玉的自然粉化。因此必须改变向传统棕刚正 上而不出现铝碳化物，即使出现也是很少量的， 熔炼工艺的模仿现象而在致密刚玉冶炼中使 因而不会导至发生致密刚玉的自然粉化。然而 用脱碳舔加剂 TC，增加除碳措施、使多余的碳 实践证明并非如此。对这一实践与理论认识结 及碳化铝发生氧化还原反应而去除掉。论的矛盾，笔者曾著文 进行过论述，而认为 在碳还原气氛中于高温下二氧化钛较易转化为 4熔炼工艺试验 W203，起始还原温度为 1007 以下，继续向更 4 1工艺流程框图低价态钛氧化物转化均难于进行，所需还原温 致密刚玉熔炼工艺流程框尉如下：度很高，可以充分
8、地认为 Ti()2生成 Ti203的反 !备配料jf熔炼I一，接包卜，C冷却l2Ti02(s)+CO(g)=Tiz03(s) 十 toe(g) 一 、上应在固相时即能进行，并且可以用 作还原剂进行如下反应： C垡塑王卜 -l二垒笪卜 盒整些 iL 塑耋 4 2原材料技术条件及熔炼工艺技术 (4)在 1000 温度下反应充分时二氧化钛基 致密刚玉熔炼，虽与棕刚玉熔炼相似，但由本上转化为 Ti203 形式存在，因此在致密刚玉 于其 A1203 含量高，杂质还原度大，去除率高2000 高温的熔炼条件下，三氧化二钛 Ti203 因此对铝矾土等原材料质量要求配方汁算，电 是主要的高价态钛氧化物，进一步的
9、还原反应 炉工作电流电压，炉台操作，弦 -前质量判断和调只能以 Ti203 为准进行说明，竹 203还原反应的 整等熔炼工艺技术，均要作科 4#裔她的坐础 难易程度才能反映熔炼实际情况。于是有下面 4 2 I原材料化学指标的热化学方程式l 3I： 啄 f ：镐矾土、碳质还原 7flj等 IJ； q, t料中杂 Ti2q(1)+3C=2Ti(1)+3CO(g) (5) 质含量她少桃好。在综合分析原材料来源、啸 AG。 =277900 一 t20T( 温度范围 1000 25001) 炼技术经济指标的基础上，权稹 f各力碰利弊、确A12 缺 (1)+3C=2AI(1)+3CO(g) 定铝矾土化学指
10、标如下：AG。 =306000 129 3T( 温度范围 930 2300K) A1， 0185 SiO， 6 埔， Fee035 由 (5)、 (6)式可得出在标准状态下， Tiz03 TiO， 5 ，烧减 1 与 AI， O，还原的起始温度极为接近，分别为4 2 2原材料粒度2316K 与 2366K 。这就说明钛氧化物在刚玉熔炼条件下不易还原去除。要想还原去除钛氧化 在致密刚玉熔炼条件下，与棕刚 -E#N比，适物以提纯氧化铝，而氧化铝不明显地发生还原 当降低原材料粒度，有利于提高混合炉料电阻反应是不可能的，在这样的化学反应条件下碳 率，有利于炉料的熔化及氧化还原反应的进行，化铝将不可避免
11、地产生。钛氧化物的还原去除 以取得良好的技术经济指标。 是以氧化铝的还原损失与一定量碳化铝的生成 42 3工作电压一 137 硅酸盐通报 1997 年增刊由于致密刚玉熔炼用混合炉料中配碳量 至消除碳化铝和致密剐玉中的游离碳含髓。 大，因而炉料电阻率较之棕刚玉熔炼用炉料电阻率小，致密刚玉熔炼宣采用低电压大电流工 5致密刚玉产品的加工 作，才能保证扩大熔液量和炉料熔化面积，提高 合格的致密刚玉块。可按照 ISO 、 ANSI 、 熔液温度，让熔解在刚玉熔液里的游离碳有充 AsTM 、 FEPA 、 JIS 等标准进行制粒加工，也可 分的时间和机会把残留的杂质还原掉，从而达 根据用户要求组织生产。典
12、型粒度规格如下： 8 到降低杂质含量提高 Alj03 至 97 5以上之 5ram 、 5 3mm 、 3 lnllll 、 l 0nlm 、 0 5一目的。据我们试验的结果表明，各种功率的电 Omm 、 0 21 0mm 、 1511#F 、 220#F 、 320#F 、 24弧炉其工作电压应满足下式，即可获得良好的 #、 30# 、 36# 、 46# 、 60# 、 8() 肆。技术经济指标。U=K zTp 6产品性能分析 式中 u为工作电压 (V) ， P为炉用变压器额定 致密刚玉的开发研究经过四年IBlf1 n0试验 功率 (KVA) ， K为比例系数，一般 K=8 12。 开发成
13、功 r新的生产制造技术。在熔炼、加一 J：发4 2 4炉料配比 制品性能测试、用户使用验证等方面，都取得 r致密刚玉熔炼用混合炉料中，配碳量要比棕 i午多宝贵的经验与数据。理化测试结果见丧二。 刚玉熔炼用混合炉料为多，相应地配铁量、添加 表 2理化测试值剂量也有所增加。炉料配比的计算可依据 (1)、 样 Al：q s； (xb(2， I zo! (：一 !JJl气 体积 耐火 品 扎率 密度 麝(2)、 (3)三个化学方程式进行。以 t000kg 铝矾 编 (克号 百分台髓 ( ) (“) 厚米) (t)Gc：唑墅幽堕掣型嫂 x1000xl_(c(kg士为基准，计算配人碳质还原剂量 Cc如下：
14、 J j98 蚓 0 26 0)5 0 62 0 05 ， 82 7 纠 )297 7d0 14 0 09 i 28 1 5 3 S2 I 7903f99 0“0 51 1710 62 0 09 3 2 3 84 l 791)04 98 3驯0 32 0 ll 0 87 2 7 3 80 Jl 790(8) *为圜家磨料麝具质量监督检验中心务忻结果铁屑配人量 Gf按 (9)式进行计算 *贵阳耐火材料厂分析值物理性能均由贵阳耐火材料厂测试。Gf=0 467x8iO2弋 x蕊 Kf-0 7xFe2一 Os 1000(kg)(9n V，式中：siQ、F0203、Ti02分别表示铝矾土 7致密刚玉的应
15、用中相应杂质的百分含量。 致密刚玉自开发研究以来以， E优良的一眺 C表示碳质还原剂中固定碳百分含量。 能显示 r其在耐火材料： 业中广泛应 jH的前 Fe表示铁屑中铁的百分含量。 景。经宝钢制成 “新型铁口炮泥 ”，进 ji实验窀 Kc、 Kf分别为配碳系数与配铁系数。 性能测试和宝钢 i#高炉工、此性泼验征实， ”新 由于碳质还原剂在熔炼过程中的不稳定 型铁口炮泥 ”比宝钢原用铁口炮泥料 J耐炉渣化 性，实际选用配碳量应根据炉前情况适时调整， 学侵蚀，抗机械冲刷性能提高，高妒 r出铁次数减以保证 A1203 既能大于 97 5，叉不致过量太 少，炉前出铁开口、堵口正常，达到j预j9j E抓多的碳和产生太多的碳化铝而致使熔炼后期无 基于此，经宝钢有关部门研究决定， “九 ： ”l钾法调整。 间，将逐步在宝钢三座高炉 12推广使用 “新删铁 4 2 5熔炼后期除碳 口炮混 ”进行作业，届时致密刚玉蛊钢年需求量致密刚玉熔炼是在高温富碳状态下进行 在 3000T 以上，据此估算致密刚玉产品，我七 的。随着 A1203 成份的提
