40年以來板狀剛玉已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、鑄造、石化和陶瓷用高性能耐火材料。板狀剛玉因其高的耐火度、優(yōu)異的抗熱震性、抗蠕變性和耐磨性而成為主導(dǎo)的合成高純氧化鋁骨料。盡管耐火材料的整體消耗量急劇下降尤其是在鋼鐵制造上的應(yīng)用，但是板狀剛玉的使用不僅相對增長了，而且是絕對增長了。連鑄的引入不定形耐火材料比例的穩(wěn)定增加以及優(yōu)質(zhì)鋼的猛烈趨勢都是板狀剛玉基耐火材料發(fā)展的動(dòng)力。本文的目的是描述板狀剛玉的典型性能與其他合成高鋁骨料相比結(jié)果怎樣以及它的典型應(yīng)用。也會(huì)介紹板狀剛玉與尖晶石和無鈣結(jié)合劑共同使用的最新進(jìn)展。

板狀剛玉的性能及在耐火材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域

一、性能

板狀剛玉是致密的、完全收縮的、燒結(jié)的α-Al2O3由50-400μm的晶粒構(gòu)成骨料結(jié)構(gòu)。板狀剛玉因其晶粒形狀像板子而得名。在稍低于熔融溫度下快速煅燒超細(xì)α-Al2O3料球制備板狀剛玉。熱處理后破碎或碾磨18-20mm的料球得到各種尺寸的板狀剛玉。

對于優(yōu)異的高溫性能來說剛玉中氧化硅、氧化鐵和氧化鈦的低含量是非常重要的。溶酸鐵的超低含量典型值是小于0.002%對于磷酸鹽結(jié)合耐火材料是非常重要的。對比燒結(jié)板狀剛玉和其他合成高鋁骨料，例如電熔白剛玉，發(fā)現(xiàn)最大的差別在于具有較細(xì)尺寸的雜質(zhì)含量。這會(huì)引起巨大的性能差異，尤其是高溫性能。較高的雜質(zhì)含量以較細(xì)的尺寸引入會(huì)大大降低高溫體積穩(wěn)定性和抗蠕變性。對比電熔白剛玉和板狀剛玉的氣孔率能看到巨大的差異。盡管兩種骨料的總氣孔率一樣，但晶粒氣孔有顯著差別。

電熔晶粒的開口氣孔率是燒結(jié)晶粒的2-3倍。電熔氧化鋁的大部分氣孔由大的開口氣孔構(gòu)成，而板狀剛玉有超過一半的氣孔是閉口氣孔。高比例的閉口氣孔對于高的抗熱震性是很必要的這是板狀剛玉的典型特征。

板狀剛玉表現(xiàn)出高的抗熱震性和高的強(qiáng)度。掃描電鏡照片顯示板狀剛玉晶粒表面不像電熔剛玉晶粒的表面那樣光滑，比較粗糙有淺的半球形氣孔。這種表面結(jié)構(gòu)促進(jìn)了它與基質(zhì)的反應(yīng)和機(jī)械互鎖從而提高了耐火材料的強(qiáng)度。

板狀工業(yè)的主要性能如下：1、高純Al2O3濃度99.4%;2、晶體極高的硬度;3、低的開口氣孔率和2-3倍高的閉氣孔率;4、高的顆粒堆積密度3.55-3.6g/cm35、高熔點(diǎn):2000℃6、化學(xué)惰性;7、好的抗熱震性;8、優(yōu)異的體積穩(wěn)定性;9、微裂紋的存在;10、高的單晶粒強(qiáng)度。

二、板狀剛玉的主要應(yīng)用領(lǐng)域

板狀剛玉的性能在耐火材料領(lǐng)域的有許多應(yīng)用。板狀剛玉的主要應(yīng)用領(lǐng)域，板狀剛玉適用于陶瓷、化學(xué)和水結(jié)合基質(zhì)。板狀剛玉可以單獨(dú)和結(jié)合系統(tǒng)使用也可以和煅燒和/或活性氧化鋁一起使用。因?yàn)榘鍫顒傆窦词故羌?xì)粉也表現(xiàn)出極高的純度，所以它可以用來提高較低氧化鋁骨料的性能。例如鋁礬土和電熔棕剛玉，使用這些骨料的粗顆粒和板狀剛玉的中顆粒和細(xì)粉。前面已經(jīng)提到過板狀剛玉消耗的增加主要來自于鋼鐵的連鑄。尤其對于滑板、浸漬管和水口使用板狀剛玉是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

三、板狀剛玉/尖晶石的新發(fā)展

日本已經(jīng)發(fā)現(xiàn)向水泥結(jié)合板狀剛玉耐火材料中加入20-30%的富鋁尖晶石能顯著提高抗渣侵蝕性。因?yàn)楦讳X尖晶石在全球非常普遍這一概念引起了板狀剛玉更多新的應(yīng)用。尤其是鋼包的不定形襯促使了板狀剛玉在未來的使用。尖晶石能把水泥結(jié)合的水泥板狀剛玉澆注料在1500℃下的熱態(tài)抗折強(qiáng)度提高到22N/mm2。要注意到很重要的一點(diǎn)，即使使用15%的水泥也沒有降低高溫性能?？紤]到水泥含量較低的澆注料的高溫抗折強(qiáng)度會(huì)降低一個(gè)量級不能看出這些發(fā)現(xiàn)會(huì)對未來的耐火材料技術(shù)產(chǎn)生很大的影響?？赡苣苁褂靡恍沧⒘希乃嗪枯^高且熱態(tài)性能高于超低水泥澆注料還沒有ULCC已知的可重復(fù)性的缺點(diǎn)。有趣的是在尖晶石板狀剛玉澆注料中加入2%的硅微粉就能使1500℃下的熱態(tài)抗折強(qiáng)度降低到1N/mm2以下。

四、板狀剛玉

因?yàn)樗嘟Y(jié)合氧化鋁系統(tǒng)在富二氧化硅的渣環(huán)境下有一些局限性所以開發(fā)了純氧化鋁基結(jié)合劑的Alphabond系統(tǒng)。主要化學(xué)組分是氧化鋁含有雜質(zhì)CaO;0.1%、SiO2;0.2%.Na2O;0.5%和水≤9%它可以像普通的鋁酸鈣水泥來待。這個(gè)系統(tǒng)可以單獨(dú)使用，也可以和硅微粉一起使用。

結(jié)語：新型的水結(jié)合系統(tǒng)能使耐火材料工業(yè)在水泥結(jié)合系統(tǒng)不能表現(xiàn)出最優(yōu)性能的地方使用氧化鋁澆注料。它再次證明了板狀剛玉可以靈活應(yīng)用于許多不同的領(lǐng)域。