板状刚玉又称板状氧化铝(Tabular Alumina),是一种烧结氧化铝,是在略低于α-Al2O3熔点(2050℃)的1925℃高温下快速烧结,晶粒完全烧结后再结晶的α-Al2O3,呈现二维平面的板片状且有较多晶间和晶内圆形封闭气孔的显微结构特征。
板状刚玉是1934年由Thomas S.Curtis 在其发明的竖窑中烧结得到的,1935年经中间试验后便商业化生产,用作耐火材料和陶瓷行业窑炉的内衬材料。20世纪50年代,才作为大宗耐火材料骨料应用于耐火行业。这个期间,美国铝业(现已改名为安迈铝业)开发了一系列以低Na2O工业氧化铝为原料的板状刚玉产品。
一、我国板状刚玉发展历程
板状刚玉在国内发展的历程大致可以划分为四个阶段:初期接触阶段、了解发展阶段、尝试生产阶段、发展壮大阶段。
20世纪70年代,武钢07工程采用了以美国产板状刚玉为原料生产的高铝砖,从而国内耐材行业才接触到板状刚玉,随着宝钢的开工建设,引进了一些耐材制品的生产技术,如滑板、连铸三大件等,由于生产需要,必须从美国铝业进口板状刚玉作为其主要原料。
直到20世纪90年代,美国铝业赠送给洛阳耐火材料研究院一批板状刚玉的颗粒料,经过深入剖析,这才对板状刚玉才有了较透彻的了解。但是由于受到美国技术控制,国内企业难以获得板状刚玉的生产技术。为促进民族工业的发展,中国耐火材料行业协会对烧结刚玉的发展十分重视,“八五”、“九五” 发展规划都作为重要课题攻关。国内科研院所、生产单位也展开连续不断探索。期间,虽然尝试使用电熔法生产出了板状刚玉,并通过技术鉴定,但由于使用技术的限制未能达到预期目的,产品性能、理化指标达不到使用要求,因而未形成市场供应。
与此同时,山东铝业建设一座直径200mm竖窑试验生产烧结板状刚玉,1996 年济南市平阴鲁耐新型材料厂在山东铝业试验基础上试建了一座直径为400mm的竖窑生产烧结板状刚玉。直到1999年,汉中某企业在广泛考察研究的基础上,以洛阳耐火材料研究院和陕西冶金设计院为主,联合济南市平阴鲁耐新型材料厂的技术人员,于2001年建设了1条年产4000吨烧结板状刚玉生产线,于2002年9月生产出了满足用户使用要求的产品,揭开了烧结板状刚玉国产化大规模生产的序幕。
到现在,越来越多的企业开工建设烧结板状刚玉的生产线。通过近10年的研发,我国也成功实现了烧结板状刚玉工业化、规模化、国产化。
二、板状刚玉生产的基本过程
经过多年的发展,我国板状刚玉生产工艺大同小异,其基本生产流程为:
球磨
采用拜耳法轻烧氧化铝粉为原料,进行连续球磨,细度和比表面积需达到一定要求,有助于氧化铝粉的烧结与致密化。
成球
磨细后的粉采用成球盘或成球筒成球。成型后的坯球需具有一定的强度,避免在运往干燥器的过程中破裂。针对成球过程中半成品球含水量高、易分层、干燥困难等问题进行相应的工艺优化设计,妥善解决。
干燥
成形后的坯球进入干燥器内,利用竖窑内的逆流热风干燥除去约15%(w)的水分。但竖窑内的温度要严格控制,以免坯球内部产生裂纹和分层,甚至结块和堵炉等,最终造成球流运行中断,干燥质量下降。
烧结
坯球干燥后进入竖窑。烧结温度为1900~1950℃。通过控制竖窑内热风温度及流速,获得晶体发育充分、烧结完全的板状刚玉结构。烧成后经过冷却、捡选(捡出过烧和欠烧制品)、检验(对烧结完全的制品进行物化指标检测)、破碎和筛分后,可以获得不同粒径尺寸的产品。
三、烧结板状刚玉的主要性能
1. 耐火度≥1800℃,其熔点高达 2050℃。
2. 具有结晶粗大、发育良好的 a- Al2O3晶体结构,大大改善了抗蠕变性能。
3. 板片状晶体结构,开口气孔小显气孔率低,吸水率低;内部封闭气 孔较多,抗热震、抗剥落性能好。
4. 由于生产过程不添加任何添加剂,使得纯度高,体积稳定性好,重烧收缩极小。
作为一种高品质的耐火原料,板状刚玉因其特有的性能优点,在各种冶金设备和高温窑炉中得到使用。大多数耐火制品中均有烧结刚玉作为主要原料加入,以提高使用性能。随着国内烧结刚玉技术的积累和发展,烧结刚玉的生产技术及品种体系也越来越成熟。