高純剛玉磚性能

剛玉磚有：白剛玉、板狀剛玉、鉻剛玉、燒結(jié)剛玉、電熔鋯剛玉磚等。

高純剛玉磚的原料為電熔剛玉砂，成型方式為燒結(jié)， 剛玉磚的主要礦物組成是剛玉晶相，有好的耐高溫，耐化學(xué)腐蝕等物理性能。廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)，鋼廠等。

 

氧化鋁的含量大于90％、以剛玉為主晶相的耐火材料制品。很高的常溫耐壓強(qiáng)度(可達(dá)340MPa)。高的荷重軟化開始溫度(大于1700℃)。很好的化學(xué)穩(wěn)定性,對酸性或堿性渣、金屬以及玻璃液等均有較強(qiáng)的抵抗能力。熱震穩(wěn)定性與其組織結(jié)構(gòu)有關(guān),致密制品的耐侵蝕性能良好,但熱震穩(wěn)定性較差。分為燒結(jié)剛玉磚和電熔剛玉磚兩種。可分別用燒結(jié)氧化鋁和電熔剛玉作原料或Al2O3/SiO2比高的礬土熟料與燒結(jié)氧化鋁配合,采用燒結(jié)法制成。也可用磷酸或其他黏結(jié)劑制成不燒剛玉磚。主要用于煉鐵高爐和高爐熱風(fēng)爐、煉鋼爐外精煉爐、滑動水器、玻璃熔窯以及石油化工工業(yè)爐等。

 

十幾年來,根據(jù)使用效果和用戶的意見,對高純剛玉磚的技術(shù)工藝進(jìn)行了不斷的研究與改進(jìn),目前產(chǎn)品質(zhì)量(內(nèi)在和外觀)已達(dá)到了較高水平,可與引進(jìn)的美國產(chǎn)品相媲美,其具體表現(xiàn)可從兩個(gè)方面加以說明:

其一是產(chǎn)品的顯微結(jié)構(gòu)。對高純剛玉磚作過顯微結(jié)構(gòu)檢驗(yàn),結(jié)果主要礦物為剛玉,顆粒為巨晶,呈角礫狀。顆粒與基質(zhì)結(jié)合良好,并存在少量微裂紋,呈非連續(xù)分布。基質(zhì)由粒柱狀剛玉和微量結(jié)合相組成,其中一部分是直徑與長度比為3～4的柱狀晶。掃描電鏡檢驗(yàn)結(jié)果表明,剛玉顆粒呈板狀解理,與基質(zhì)結(jié)合緊密。

其二是質(zhì)量方面。高純剛玉磚自1988年投產(chǎn)以來,不斷進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn),產(chǎn)品質(zhì)量有了明顯的提高。

為了解高純剛玉磚質(zhì)量變化情況,對十幾年來的產(chǎn)品常溫耐壓強(qiáng)度的檢測結(jié)果作了統(tǒng)計(jì),結(jié)果73～80MPa占18.6%,81～90MPa占14.0%,91～10Pa占23.0%,>100MPa占44.4%。制品的抗熱震性也有所改善,好者可達(dá)18次(1100℃水冷)。

為延長爐襯壽命,近期研究開發(fā)了一種抗剝落性好的高純剛玉新產(chǎn)品,并在化肥氣化爐和炭黑反應(yīng)爐上使用。制品的理化性能:Al2O399.51%,SiO20.15%,Fe2O30.11%,Na2O0.026%,顯氣孔率18%,體積密度3.20g·cm-3,常溫耐壓強(qiáng)度133.5MPa,重?zé)€變化率(1600℃,3h)0～0.1%,抗熱震性(1100℃水冷)23次。

 

高純剛玉磚的使用性能

剛玉磚大量用于冶金工業(yè)的高爐、熱風(fēng)爐，石化工業(yè)的二段爐、氣化爐、造氣爐、裂解爐以及陶瓷、建材、科研等各行業(yè)的各種高溫加熱爐。各種窯爐上的剛玉磚，除受到各種工藝條件的制約外，還要受到高溫、高壓以及爐渣和強(qiáng)還原性氣體的侵蝕和破壞作用。這種對剛玉磚的化學(xué)侵蝕和結(jié)構(gòu)上的破壞作用，從而降低了剛玉磚的使用壽命。

 

氧化鋁的高溫化學(xué)反應(yīng)：氧化鋁的熔點(diǎn)為2050℃，在高溫下氧化鋁與其他氧化物反應(yīng)后形成的熔融曲線、熔融溫度有下降趨勢，只有氧化鉻與氧化鋁能形成連續(xù)固熔體，其固熔區(qū)在兩種氧化物的熔點(diǎn)之間。

在剛玉磚中的主要雜質(zhì)是二氧化硅和氧化鐵。在Al2O3-SiO2-FeO的三元系統(tǒng)相圖中，其低 

共熔點(diǎn)只有1205℃，即在1200T以上就可以形成玻璃相。

 

氧化鈦和氧化鈮可以降低氧化鋁制品的熔點(diǎn)，同時(shí)也是燒結(jié)氧化鋁制品的助燒劑。氧化鋁在燒結(jié)過程中與氧化鈦、氧化鈮生成鈦酸鋁或鈮酸鋁。五氧化二釩是一種低熔點(diǎn)氧化物。在低溫使氧化鋁晶體產(chǎn)生晶界溶化現(xiàn)象，使晶粒從中析出來。而且五氧化二釩與CaO在氧化氣氛下，生成低熔點(diǎn)的釩酸鈣(618℃)，在弱還原氣氛下生成易揮發(fā)的釩酸鈣。五氧化二釩對剛玉磚的破壞作用是在剛玉磚中的剛玉晶粒間產(chǎn)生五氧化二釩析晶，從而引起開裂，進(jìn)而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)爆裂和大片剝落。

 

鈉與硫化物對剛玉磚的侵蝕是在工藝氣體中凝固的氧化鈉，在1000℃可侵蝕剛玉磚。使剛玉中的 

α-Al2O3轉(zhuǎn)化為P-Al2O3，這種晶型的轉(zhuǎn)變使磚的體積發(fā)生很大的膨脹(約26%)，使剛玉磚產(chǎn)生表皮爆裂和剝落。

Na2O和SO3在1000℃以下可同時(shí)與硅線石和莫來石反應(yīng)，生成黝方石和β-Al2O3，體積增大約 86%，使磚發(fā)生剝皮、崩裂。

 

高純剛玉磚在合成氨渣油氣化爐上的使用

80年代初,化工廠同時(shí)從日本引進(jìn)美國德士古專利產(chǎn)品30萬t合成氨渣油氣化爐,內(nèi)襯質(zhì)剛玉磚等材料由日本大阪窯業(yè)株式會社提供。該爐以渣油為原料,操作壓力為8.53MPa,工作溫度1350℃,投油量500t·d-1,氣流速度10m·s-1。多年來,上述三廠渣油氣化爐使用高純剛玉磚的結(jié)果表明,產(chǎn)品的理化性能、外形尺寸和使用效果已超過引進(jìn)日本產(chǎn)品。1988年以來在石化總廠渣油氣化爐上使用,平均壽命8800h,使用的日本磚為5583.3h,石化總廠渣油氣化爐壽命已達(dá)30個(gè)月以上,約21600h。

 

為了比較高純剛玉磚的使用效果,進(jìn)口了美國產(chǎn)品199B和199H剛玉磚,在引進(jìn)的渣油氣化爐上進(jìn)行使用。199H砌筑在爐子熱電偶下部筒體部位,其余各部位用199B,另一個(gè)爐子全部使用該產(chǎn)品。石化總廠使用4.5月后,發(fā)現(xiàn)使用美國199B磚和我院磚的兩臺爐子的底部襯磚幾乎全部蝕損,其蝕損情況非常相似,。

 

其它兩個(gè)廠使用美國199B和199H磚的蝕損情況,與該磚比較,基本與石化總廠相似。由此看來,高純剛玉磚在引進(jìn)30萬t合成氨渣油氣化爐上的使用效果與美國199B相似,但不及199H。

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