高纯刚玉砖性能

刚玉砖有：白刚玉、板状刚玉、铬刚玉、烧结刚玉、电熔锆刚玉砖等。

高纯刚玉砖的原料为电熔刚玉砂，成型方式为烧结， 刚玉砖的主要矿物组成是刚玉晶相，有好的耐高温，耐化学腐蚀等物理性能。广泛应用于石油化工行业，钢厂等。

 

氧化铝的含量大于90％、以刚玉为主晶相的耐火材料制品。很高的常温耐压强度(可达340MPa)。高的荷重软化开始温度(大于1700℃)。很好的化学稳定性,对酸性或碱性渣、金属以及玻璃液等均有较强的抵抗能力。热震稳定性与其组织结构有关,致密制品的耐侵蚀性能良好,但热震稳定性较差。分为烧结刚玉砖和电熔刚玉砖两种。可分别用烧结氧化铝和电熔刚玉作原料或Al2O3/SiO2比高的矾土熟料与烧结氧化铝配合,采用烧结法制成。也可用磷酸或其他黏结剂制成不烧刚玉砖。主要用于炼铁高炉和高炉热风炉、炼钢炉外精炼炉、滑动水器、玻璃熔窑以及石油化工工业炉等。

 

十几年来,根据使用效果和用户的意见,对高纯刚玉砖的技术工艺进行了不断的研究与改进,目前产品质量(内在和外观)已达到了较高水平,可与引进的美国产品相媲美,其具体表现可从两个方面加以说明:

其一是产品的显微结构。对高纯刚玉砖作过显微结构检验,结果主要矿物为刚玉,颗粒为巨晶,呈角砾状。颗粒与基质结合良好,并存在少量微裂纹,呈非连续分布。基质由粒柱状刚玉和微量结合相组成,其中一部分是直径与长度比为3～4的柱状晶。扫描电镜检验结果表明,刚玉颗粒呈板状解理,与基质结合紧密。

其二是质量方面。高纯刚玉砖自1988年投产以来,不断进行调整和改进,产品质量有了明显的提高。

为了解高纯刚玉砖质量变化情况,对十几年来的产品常温耐压强度的检测结果作了统计,结果73～80MPa占18.6%,81～90MPa占14.0%,91～10Pa占23.0%,>100MPa占44.4%。制品的抗热震性也有所改善,好者可达18次(1100℃水冷)。

为延长炉衬寿命,近期研究开发了一种抗剥落性好的高纯刚玉新产品,并在化肥气化炉和炭黑反应炉上使用。制品的理化性能:Al2O399.51%,SiO20.15%,Fe2O30.11%,Na2O0.026%,显气孔率18%,体积密度3.20g·cm-3,常温耐压强度133.5MPa,重烧线变化率(1600℃,3h)0～0.1%,抗热震性(1100℃水冷)23次。

 

高纯刚玉砖的使用性能

刚玉砖大量用于冶金工业的高炉、热风炉，石化工业的二段炉、气化炉、造气炉、裂解炉以及陶瓷、建材、科研等各行业的各种高温加热炉。各种窑炉上的刚玉砖，除受到各种工艺条件的制约外，还要受到高温、高压以及炉渣和强还原性气体的侵蚀和破坏作用。这种对刚玉砖的化学侵蚀和结构上的破坏作用，从而降低了刚玉砖的使用寿命。

 

氧化铝的高温化学反应：氧化铝的熔点为2050℃，在高温下氧化铝与其他氧化物反应后形成的熔融曲线、熔融温度有下降趋势，只有氧化铬与氧化铝能形成连续固熔体，其固熔区在两种氧化物的熔点之间。

在刚玉砖中的主要杂质是二氧化硅和氧化铁。在Al2O3-SiO2-FeO的三元系统相图中，其低 

共熔点只有1205℃，即在1200T以上就可以形成玻璃相。

 

氧化钛和氧化铌可以降低氧化铝制品的熔点，同时也是烧结氧化铝制品的助烧剂。氧化铝在烧结过程中与氧化钛、氧化铌生成钛酸铝或铌酸铝。五氧化二钒是一种低熔点氧化物。在低温使氧化铝晶体产生晶界溶化现象，使晶粒从中析出来。而且五氧化二钒与CaO在氧化气氛下，生成低熔点的钒酸钙(618℃)，在弱还原气氛下生成易挥发的钒酸钙。五氧化二钒对刚玉砖的破坏作用是在刚玉砖中的刚玉晶粒间产生五氧化二钒析晶，从而引起开裂，进而产生结构爆裂和大片剥落。

 

钠与硫化物对刚玉砖的侵蚀是在工艺气体中凝固的氧化钠，在1000℃可侵蚀刚玉砖。使刚玉中的 

α-Al2O3转化为P-Al2O3，这种晶型的转变使砖的体积发生很大的膨胀(约26%)，使刚玉砖产生表皮爆裂和剥落。

Na2O和SO3在1000℃以下可同时与硅线石和莫来石反应，生成黝方石和β-Al2O3，体积增大约 86%，使砖发生剥皮、崩裂。

 

高纯刚玉砖在合成氨渣油气化炉上的使用

80年代初,化工厂同时从日本引进美国德士古专利产品30万t合成氨渣油气化炉,内衬质刚玉砖等材料由日本大阪窑业株式会社提供。该炉以渣油为原料,操作压力为8.53MPa,工作温度1350℃,投油量500t·d-1,气流速度10m·s-1。多年来,上述三厂渣油气化炉使用高纯刚玉砖的结果表明,产品的理化性能、外形尺寸和使用效果已超过引进日本产品。1988年以来在石化总厂渣油气化炉上使用,平均寿命8800h,使用的日本砖为5583.3h,石化总厂渣油气化炉寿命已达30个月以上,约21600h。

 

为了比较高纯刚玉砖的使用效果,进口了美国产品199B和199H刚玉砖,在引进的渣油气化炉上进行使用。199H砌筑在炉子热电偶下部筒体部位,其余各部位用199B,另一个炉子全部使用该产品。石化总厂使用4.5月后,发现使用美国199B砖和我院砖的两台炉子的底部衬砖几乎全部蚀损,其蚀损情况非常相似,。

 

其它两个厂使用美国199B和199H砖的蚀损情况,与该砖比较,基本与石化总厂相似。由此看来,高纯刚玉砖在引进30万t合成氨渣油气化炉上的使用效果与美国199B相似,但不及199H。

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