Преимущество спеченного табличного глинозема в фасонном огнеупорном кирпиче

Спеченный табличный оксид алюминия обладает высокой активностью спекания, что может способствовать соединению подложек и частиц. Применяя спеченный табличный глинозем для производства кирпичей из глинозема высокой чистоты, а затем наблюдая за влиянием различных спеченных корундов на характеристики глиноземных кирпичей, инженеры обнаружили, что частицы спеченного табличного глинозема малы и полны пор. В процессе спекания эта характеристика помогает распределять спекание подложек, что также может улучшить прочность спекания и сопротивление проницаемости глиноземного кирпича за счет более плотного объединения подложки и частиц.

Глиноземный кирпич представляет собой огнеупорный продукт, в котором корунд является основной кристаллической фазой. Они обладают хорошей химической стабильностью и высокой устойчивостью к кислотным и щелочным шлакам, металлам и расплавленному стеклу. В основном используется в доменных печах для производства железа, доменных печах горячего дутья, рафинировочных печах вне сталеплавильных печей, печах для плавки стекла и нефтехимических промышленных печах. В настоящее время представленные на рынке глиноземные кирпичи высокой чистоты производятся в основном из плавленого глиноземного сырья. Производство плавленого глинозема потребляет много энергии с большими потерями, что не наносит вреда окружающей среде. Использование плавленого корундового сырья для получения глиноземных кирпичей высокой чистоты, трудно спекаемых и обладающих низкой шлакостойкостью. В последние годы технология и выпуск спеченного таблитчатого глинозема, как высококачественного огнеупорного материала, совершенствуются семимильными шагами. Давайте посмотрим на преимущества изготовления глиноземных кирпичей из спеченного табличного глинозема.

1 тест

1.1 Материал

В качестве материала для пробного производства мы используем спеченный табличный оксид алюминия. Табличный оксид алюминия, который мы используем, имеет внешний вид пористости 5,7%, уровень водопоглощения 1,6%, объемную плотность 3,48 г/см3. Конкурирующим материалом является плавленый оксид алюминия с внешней пористостью 8,8%, водопоглощением 2,4%, объемной плотностью 3,61 г/см3. Индексы следующие:

1.2 Пробное производство

Используя валковый смеситель массой 15 кг, добавляя крупу для предварительного смешивания в течение 3 минут, затем добавьте 3% связующего и месите в течение 1 минуты, и, наконец, добавьте мелкий порошок и месите в течение 15 минут и придайте форму на гидравлическом прессе усилием 100 тонн с давлением формования 100 тонн. 280 МПа. Формованные образцы представляют собой цилиндрический кирпич с кубовидным кирпичом φ50×50 мм размером 150×25×25 мм и тигель с внешними размерами φ50×50 мм и размером внутреннего отверстия φ25×25 мм. Образцы кирпича изготавливаются в сверхвысокотемпературной электропечи, нагретой до 1750℃ в течение 3 часов, после выдержки при 110℃ в течение 3 часов и сушки.

1.3 Тест производительности

Испытайте изменение постоянной линии нагрева, объемную плотность и кажущуюся пористость, прочность на сжатие и прочность на изгиб при нормальной температуре, прочность на изгиб при высокой температуре (при 1400°С в течение 0,5 ч) образцов по национальным стандартам. Проверьте стойкость к шлаку методом статического тигля и наблюдайте за микроструктурой образца с помощью сканирующего электронного микроскопа SEM.

2 Результат и заключение

2.1 Микроструктура материала

На изображении  1  ниже показана микроструктура частиц сырья. Установлено, что спеченный табличный оксид алюминия состоит из кристаллов oi-Al2O3 с размером частиц 40~120 мкм и имеет определенное количество закрытых сферических пор. Структура плавленого глинозема более плотная, имеются открытые поры большего размера.

(a) Спеченное зерно таблитчатого оксида алюминия (b) плавленое зерно таблитчатого оксида алюминия

Изображение 1.

 2.2 Линейное изменение подогрева

На изображении 2  представлена ​​кривая линейного изменения при повторном нагреве образцов, изготовленных из различного сырья. Результаты экспериментов показывают, что все образцы имеют тенденцию к огневой усадке. Однако по мере увеличения содержания спеченного табличного оксида алюминия тем временем увеличивалась усадка при обжиге. Сравнивая показатели сырья, мы установили, что спеченные частицы таблитчатого глинозема содержат гораздо больше пор. Если истинная плотность α-Al2O3 равна 3,99 г/см3, а объемная плотность — 3,48 г/см3, то общая величина пористости составляет около 13%. Кроме того, благодаря очень маленькому размеру кристаллов спеченного табличного оксида алюминия в процессе спекания легко распределяется и массообменное спекание. При этом получают объемную усадку, поскольку часть пор удаляется от границы кристалла вместе с движением веществ. Насыпная плотность частиц плавленого оксида алюминия составляет 3,61 г/см3, процент всех пор – около 9%. Поскольку плавленый глинозем получают плавлением и конденсацией в высокотемпературной электродуговой печи, сырье имеет крупный размер кристаллов и мало кристаллических граничных каналов. Следовательно, усадка при спекании меньше, чем у спеченных частиц таблитчатого оксида алюминия.

Изображение 2. Линейное изменение повторного нагрева на разных образцах.

2.3 Кажущаяся пористость и объемная плотность

На изображении 3 показано, что в целом образцы с более высоким содержанием спеченного табличного оксида алюминия имеют меньшую кажущуюся пористость и более высокую объемную плотность. Это связано с тем, что кажущаяся пористость спеченного таблитчатого оксида алюминия очень мала и составляет около 5,7%, тогда как кажущаяся пористость плавленого оксида алюминия составляет 8,8%. Кроме того, по сравнению с плавленым оксидом алюминия поры в спеченном таблитчатом оксиде алюминия легче удаляются из кристалла, что снижает пористость и дает большую объемную усадку, а также дополнительно увеличивает объемную плотность образца. Таким образом, кажущаяся пористость обожженного образца уменьшается с увеличением процентного содержания спеченного табличного глинозема.

Изображение 3 Кажущаяся пористость и объемная плотность для различных образцов

На изображении 4  показано, что прочность на сжатие при нормальной температуре (CCS) кирпича из чистого спеченного пластинчатого глинозема C1 намного выше, чем у кирпича из чистого плавленого глинозема C5. Для этого есть две основные причины. Во-первых, с точки зрения прочности исходного материала размер кристаллов спеченного пластинчатого оксида алюминия невелик, а прочность на излом (σ) материала и размер кристаллов (G) имеют следующую функциональную зависимость:

σ=f(G-1/2)

Таким образом, прочность спеченного материала из пластинчатого оксида алюминия относительно высока, в то время как материал из плавленого оксида алюминия является хрупким и легко отслаивается (как показано на  изображении 5(а) ), а также в нем имеется небольшое количество фазы β-Al2O3. , что снижает прочность материала.

Во-вторых, с точки зрения состояния связи материала связь между спеченными частицами таблитчатого оксида алюминия и подложкой хорошая, практически спеченная в единое целое. Частицы плавленого оксида алюминия плохо связаны с подложкой, и вокруг частиц легко образуются кольцевые трещины  (Изображение 5) (b) ). По двум вышеуказанным причинам механическая прочность кирпича из чистого спеченного таблитчатого материала C1 выше, чем у кирпича из чистого плавленого оксида алюминия C5.

Изображение 4. Прочность на сжатие при нормальной температуре и прочность на изгиб для различных образцов.

Изображение 5 микроструктура образцов из плавленого глинозема

После добавления в тигель 20 г газификационного шлака (состав шлака см. в Таблице 2), тигель нагревают до 1550℃ в испытательной электропечи со скоростью нагрева 100℃/час и выдерживают в течение 3 часов, а затем разрезают тигель вдоль В осевом направлении после охлаждения до комнатной температуры наблюдают изменения микроструктуры в продольном сечении.

Химический состав печного шлака представлен ниже:

Изображение 6 Статический антишлаковый профиль тигля

 После испытания на коррозию шлака печи газификации угольно-водной суспензии осмотрите микроструктуру с помощью электронного микроскопа. Шлак газификации угольно-водной суспензии имеет форму рыбьей кости, в основном состоит из анортитовой фазы (как показано на  рисунке 7(а) ); шлак вступает в реакцию с глиноземом в тестовых кирпичах и получает фазу композитной шпинели магний-алюминий-железо. Анализ энергетического спектра показывает, что состав композитной фазы шпинели составляет (x/%): MgO 40,43%, Al2O 347,61%, Fe2O3 11,96%. Фаза композитной шпинели магний-алюминий-железо, образующаяся в результате реакции, образует кольцо вокруг частиц оксида алюминия (как показано на  изображении 7 (b) ). Толщина кольца вокруг спеченных частиц табличного оксида алюминия составляет 60–90 мкм, а толщина кольца вокруг частиц плавленого оксида алюминия составляет 50–70 мкм. Видно, что шлак легче вступает в реакцию со спеченным табличным глиноземом, потому что спеченный оксид алюминия обладает большой спекающей активностью, имеет более мелкие кристаллы, более закрытые поры и больше кристаллических границ. Шлак легко проникает по границам кристаллов и вступает в химическую реакцию со спеченным таблитчатым оксидом алюминия.

(а)Шлак (б)С2 Рабочая поверхность

Изображение 7. Микроструктура образца глиноземного кирпича после испытаний на стойкость к шлаку и коррозии.

Очевидной разницы в глубине эрозии C1, C2, C3, C4 и C5 нет. Все они составляют около 1 мм. На рисунке 8 показаны фотографии микроструктуры кирпича C1 и кирпича C5 после эрозии. Шлак сначала вступает в реакцию с матрицей кирпича. , заставляя частицы корунда выглядеть как изолированные островки, затем вступает в реакцию с частицами и разъедает их.

Глубина эрозии C1, C2, C3, C4 и C5 составляет около 1 мм, очевидной разницы нет.  На изображении 8  показаны фотографии микроструктуры кирпичей C1 и C5 после эрозии соответственно. Шлак сначала вступает в реакцию с кирпичной подложкой, заставляя частицы глинозема приобретать островковую форму, а затем вступает в реакцию с частицами, разъедая частицы.

Изображение 8. Микроструктура образца глиноземного кирпича после испытания на шлакостойкость

 На изображении 9 показано, что пути проникновения тестовых кирпичей разных составов аналогичны. Шлак проникает в кирпич по порам, существует в межзерновом пространстве и порах в виде стеклофазы и анортитовой фазы.

Изображение 9. Микроструктура проницаемого слоя C5 образца глиноземного кирпича после испытания на шлакостойкость.

Но разные образцы демонстрируют разные антипроницаемые свойства: в следующей таблице показана глубина проникновения SiO2 в разных образцах. По мере уменьшения содержания спеченного таблитчатого глинозема в кирпиче глубина проникновения шлака имеет тенденцию к увеличению.

Есть две причины такого результата:

1. Образец с высоким содержанием спеченного таблитчатого глинозема имеет меньшую кажущуюся пористость;
2. Частицы спеченного таблитчатого материала лучше сцепляются с основой, что предотвращает проникновение шлака в кирпичи.

3 Заключение

Из-за небольшого размера кристаллов таблитчатого оксида алюминия в частицах имеется большое количество пор, что полезно для массообменного спекания. Некоторые поры удаляются из кристалла по границе кристалла при движении веществ, получают объемную усадку. Это приводит к увеличению скорости усадки и уменьшению кажущейся пористости при спекании за счет увеличения содержания спеченного табличного оксида алюминия.

Чистый спеченный табличный оксид алюминия имеет мелкозернистую структуру, высокую прочность и высокую активность спекания. Спеченные частицы таблитчатого глинозема в кирпиче имеют хорошую связь с подложками, поэтому показатели механической прочности повышаются по мере увеличения содержания спеченного корунда.

Поскольку табличный оксид алюминия имеет два существенных преимущества: низкую кажущуюся пористость и отличную способность сцепления с подложкой, это показывает, что спеченный табличный оксид алюминия может замедлить проникновение шлака в кирпич.