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转载:我国烧结氧化铝材料的发展状况

【摘要】:
板状刚玉又称板状氧化铝(TabularAlumina),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,晶粒达到烧结完全的再结晶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,晶粒达到烧结完全的再结晶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。

  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。

  初步接触阶段

  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,引进了一些高档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。

  了解发展阶段

  1992年美国铝业赠送给洛阳耐火材料研究院一批颗粒料,经过该院的深入剖析,对板状刚玉才有了较透彻的了解。之后,美国铝业又将该产品引入中国并推广应 用。由于受到美国铝业技术控制,国内企业难以获得其生产技术。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,从上世纪90年代天津大学沈继耀教授课题组与原梅河口砂轮厂技术人员进行了电熔 法实验,并通过技术鉴定,但由于使用技术的限制未达到预期目的,产品性能、理化指标达不到使用要求,因而未形成市场供应。

  尝试生产阶段

  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。

  1999年汉中秦元新材料有限公司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张会友等技术人 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。

  发展壮大阶段

  汉中秦元新材料有限公司烧结板状刚玉生产调试成功后,2003年10月份,淄博泰贝利尔铝镁有限公司烧结板状刚玉生产线开工建设。2005年江苏晶辉耐火 材料有限公司开始建设烧结板状刚玉竖窑生产线;浙江自立股份有限公司在2009~2011年3年间,每年投资建设一条板状刚玉生产线,目前板状刚玉产能达 到40000吨/年。通过近10年的研发,实现了烧结板状刚玉工业化、规模化、国产化。

  板状刚玉生产的基本过程

  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。

  图中给出了浙江自立股份有限公司生产的板状刚玉的显微结构图。可以看出:低倍下刚玉晶粒大小在50~200μm左右,晶内含有大量微米级气孔,晶粒延台阶状生长,使板状刚玉具有优异的热震稳定性,从而在耐火材料行业大规模应用。

存在的问题:

  1、外观颜色不稳定

  由于工业氧化铝里含有部分微量 MgO、CuO,受到炉内气氛影响时,出窑料有时会出现淡黄色的、与淡紫色的,与国外公司产品从外观上有明显差距。这与国内窑炉控制水平有关,短时间内难以解决。

  2、烧结球形料分层比例

  国内生产工厂采用筒式成球机来成球,基本上解决了成球关键技术,但是关于成球机转速、加水量与速度,加母球量与速度,加粉量与速度之间关系,还没有探索出 它们之间的内在关系,也难于稳定保障成球过程中出现分层现象。另外,烘干球体的方式也会影响到。从各生产工厂生产颗粒料来看,分层料比例多,这是最急需解 决的问题。

  3、存在产能过剩的风险

  近年来,产能增加迅猛,一些大型耐火材料生产工厂,有计划自己上马板状刚玉生产线。如白刚玉生产条件没有大的变化,市场空间已经不能承受30万吨左右板状刚玉产能。

  随着经济形势的变化,一些板状刚玉生产工厂势必举起价格战的大旗来抢占市场。

 

此文转载《中国选矿技术网》

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