CaO-Al2O3耐火材料的合成办法与在各工业流域中的应用,由耐火材料厂家搜罗整理。
1.CaO-Al2O3系耐火材料的合成方法:
(1)反应烧结法:
反应烧结是在烧结过程中原料通过化学反应合成材料,同时将其烧结成成品。反应烧结的特点是坯块在烧结过程中尺寸基本不变,可制得尺寸准确、形状复杂的部件,并且工艺简单、经济,适合于批量生产,但烧结体密度较低,力学性能不高。
(2)电熔法:
电熔法是将原料完全熔融,然后在一定的条件进行下冷却,从而制得材料。将CaCO3和Al2O3按CA6中CaO与Al2O3的化学计量比混合,完全熔融,然后将完全熔融的CA6化合物冷却,刚玉相大约在1980℃首先结晶,随着进一步的冷却,假设冷却条件能够保证在1830℃达到相平衡,刚玉相(约占总质量的45%)就会与残留的液相完全反应生成CA。但是,相平衡条件在工业化的熔融条件下很难达到,结果只能是一小部分刚玉与液相反应形成CAn,剩余的富含CaO的液相将在不平衡的条件下结晶形成CA2、CA,其相组成依赖于冷却过程中的温度梯度,甚至形成Cl2A7。
(3)熔盐法:
熔盐法是将产物的原成分在高温下溶解于熔盐熔体中,然后通过缓慢降温或蒸发熔剂等方法,形成过饱和溶液而析出。以Ca(NO3)2与Al2(SO4)3为原料,采用熔盐法合成了CA6。研究表明开始生成CA6的温度为1000℃,最佳生成温度为1400℃,在1400℃合成CA6所需的活化能为40kJ/mol与低温下延长保温时间相比,温度的升高对增加CA的生成速率更有效;生成CA的快速反应发生在1400℃,且大部分反应在4h内发生完全形成需要8h。
2.CaO-Al2O3系耐火材料的发展与应用:
六铝酸钙有着一系列的优良性能:与含氧化铁的熔渣形成固溶体的范围大,在含铁熔渣中的溶解度低;在还原气氛中稳定性高;在碱性环境中有足够强的抗化学侵蚀能力,化学稳定性好;对熔融金属和熔渣(钢铁和有色金属)的润湿性低;主要结晶区大,所以在几种多元系统中有较低的溶解性。因此,六铝酸钙是一种比较有前途的新型耐火材料,应用范围十分广泛。
(1)在钢铁工业中的应用:
近年来,随着钢铁工业的快速发展对耐火材料性能的要求也越来越高。CA6以其优良的性能成为钢包预热器和各种加热炉用耐火纤维制品的替代材料。在钢铁工业中,由于生产不同钢种的需要,炉温需经历多次快速加热和冷却过程,这就对耐火材料热震性提出了很高的要求。
(2)在陶瓷工业中的应用:
陶瓷工业的烧成周期越来越短,通常每周停窑一次,这就对其内衬耐火材料的抗热震性提出了挑战。1999年,国外研究人员提出,这种新型的微孔CA6骨料可用在陶瓷工艺中。选择这种材料的关键标准是其优良的抗热震性,尤其1450℃以上,几乎没有其他任何隔热材料可与之相比。
(3)在玻璃工业中的应用:
玻璃工业中熔化池富氧燃烧技术的应用不断发展,但随碱金属浓度的升高,其缺陷也明显增加,致使碹顶传统硅砖受到严重磨损。通过碹顶镁铝尖晶石的使用可在一定程度上改善碱金属侵蚀。而作为尖晶石内衬的隔热材料,选用了CA6质隔热砖。CA6质隔热砖与传统硅酸铝隔热材料相比有更好的抗碱性。随着热面温度的升高,CA6的高耐火度与硅酸铝隔热材料相比也占一大优势。硅酸铝隔热材料的使用温度已非常接近其临界值。
(4)在石化工业中的应用:
在石化工业中,CA6隔热耐火材料主要用于与还原性气体H2和CO相接触的内衬部位,其高纯和隔热性能取代了氧化铝空心球,即使在剧烈的还原气氛下也保持稳定。刚玉空心球制品的热导率大约为1W/(m·K),但随温度的升高而明显增大。CA隔热耐火制品的热导率较低,仅为0.4W/(m·K),且在整个温度范围内保持稳定。石化用耐火材料的最重要一点是其氧化物的稳定性,如抗还原性、抗CO侵蚀和抗高速气流的磨损性。
(5)在炼铝工业中的应用:
在炼铝工业中,虽然液态铝的温度低于900℃,但其最高冶炼温度达1200℃,或者更高,这是由高生产负荷引起的。高生产率会导致较高的装料量和炉内高温等此类更苛刻的使用条件。目前,应用在炼铝工业中的传统耐火材料主要是焦宝石或矾土质耐火骨料。通常使用中加入BaSO4和CaF2等抗侵蚀添加剂来减少熔融金属或熔渣的渗透。