浅析烧结刚玉的多元化发展

刚玉类原料作为氧化铝基耐火材料的主要原料，其使用优势越来越多，使用范围也越来越广泛，而刚玉质耐火材料也是随着刚玉质耐火原料的不断发展而发展的。

虽然烧结刚玉在使用中体现出较多的优点，但是目前国内的烧结刚玉品质单一，大部分都是普通的烧结板状刚玉，并没有根据不同的使用环境和要求来区分不同的烧结刚玉品种。因此，研究人员探索了不同种类烧结刚玉的特殊性能和使用特性，为烧结刚玉未来多元化发展提供一种可能。

目前，市场上的烧结刚玉一般指的是烧结板状刚玉，而电熔刚玉的种类有多种电熔刚玉，如电熔白刚玉、电熔致密刚玉、电熔锆刚玉、电熔铬刚玉等。相对于电熔刚玉的多品种，目前，烧结刚玉的多品种化推进工作比较滞后，没有把烧结刚玉的用途完全挖掘出来，所以要相应开发多品种烧结刚玉，推进耐火材料制品顾客化发展趋势。

1、轻质烧结刚玉

轻质烧结刚玉是以工业氧化铝为主要原料，结合有机发泡技术制备的，是具有核壳结构的多孔轻质烧结刚玉。这种轻质烧结刚玉具有孔径分布均匀且多为封闭气孔、体积密度可以通过泡沫加入量来控制的特点，应用在钢包浇注料中，可在保持其力学性能和抗渣性的前提下降低热导率并且改善抗热震性，同时还为优化钢包工作衬耐火材料的轻量化提供了理论依据。

典型轻质烧结刚玉的常温物理性能如下：体积密度3.18g/cm3，真密度4.08g/cm3，显气孔率，闭气孔率6.6%。从其常温物理性能指标可以看出，采用发泡法制备出的轻质烧结刚玉大幅降低了刚玉体积密度。从其显微结构可以看出，该轻质烧结刚玉为核壳结构的多孔刚玉，其内层核结构中气孔分布较多且均匀，为减少导热起到较好作用；其外层为壳结构，较为致密，为轻质烧结刚玉起到提高机械强度的作用。

研究人员将采用此方法制备出的烧结轻质刚玉应用在刚玉-尖晶石浇注料中，并与采用烧结板状刚玉的刚玉-尖晶石浇注料进行了性能对比。

对采用不同种类烧结刚玉的刚玉-尖晶石浇注料的常温力学性能、采用不同种类烧结刚玉的刚玉-尖晶石浇注料抗渣性试验后的坩埚剖面照片以及采用不同种类烧结刚玉的刚玉-尖晶石浇注料在不同测试温度下的热导率等进行分析比较，可以看出，采用轻质烧结刚玉代替烧结板状刚玉在刚玉-尖晶石质浇注料中使用，在强度和抗侵蚀性方面没有较大变化的同时，还大幅度降低了材料的热导率，对改善材料的隔热保温性能起到较好作用。这种烧结轻质刚玉主要是依照发泡造孔的原理来降低烧结刚玉的体积密度而制得的具有核壳结构的多孔刚玉，因此，通过此原理可以根据不同的发泡剂加入量来开发出多种体积密度的系列轻质刚玉，其体积密度可以为。不同体积密度的烧结刚玉，根据不同的使用环境分别得到充分的利用。

2、微孔烧结刚玉

微孔烧结刚玉是一种高纯耐火骨料，与普通烧结板状刚玉相比，其体积密度相对较低；从显微结构方面来看，微孔烧结刚玉的晶内及晶间的微米级气孔的数量更多；而在化学组成上，与烧结板状刚玉并无差异。微孔烧结刚玉的制备工艺也与烧结板状刚玉的一样，采用工业氧化铝和氢氧化铝及特定的有机外加剂为主原料，在高温下快速烧结，通过氢氧化铝的原位分解形成大量晶内和晶界间的微小封闭气孔，从而实现微孔轻量化。

微孔烧结刚玉具有密度小、强度高、热导率低等特点，可以直接接触钢水，抵抗钢渣和钢水的侵蚀和渗透，在某些部位可以直接代替烧结板状刚玉使用，降低热能散失。由其显微结构照片可知，微孔烧结刚玉晶粒内部分布有较多的细小气孔，气孔尺寸大小在1μm~8μm之间，同时气孔分布均匀，为晶体内部的闭气孔。另外，微孔烧结刚玉的晶粒大小和结构也与烧结板状刚玉一致，这样也保证了烧结微孔刚玉作为工作层材料使用的基本性能。

分析烧结板状刚玉和微孔烧结刚玉分别作为骨料时对铝镁浇注料物理性能的影响可以发现：

以微孔烧结刚玉为骨料可以使铝镁浇注料的体积密度降低约4.5%，高温烧后的线变化率更低，℃和600℃下的热导率分别降低约0.200W/mK；而浇注料的强度并没有出现下降的趋势，不同温度处理后的强度处于相同水平。另外，从抗渣试验结果来看，采用微孔烧结刚玉的浇注料的抗渣侵蚀性能,与采用烧结板状刚玉的铝镁浇注料相当，但抗渗透性能略差一点。

根据上述试验结果可知，烧结微孔刚玉可以广泛应用于冶金耐火材料（如钢包浇注料、中间包浇注料、加热炉）行业，也应用于石化行业、电子绝缘行业、热工窑炉行业。它可以代替烧结板状刚玉或电熔刚玉原料使用，大幅度降低高温热炉设备外表面温度。

3、致密烧结刚玉

致密烧结刚玉是在普通烧结板状刚玉的基础上研发出来的一种新型高密度烧结刚玉。浙江自立氧化铝材料科技有限公司已成功批量生产出来了这种烧结致密刚玉，并已投入使用。

与普通烧结板状刚玉不同的是，致密烧结刚玉的体积密度达到3.65g/cm3以上，同时显气孔率低于3.0%，吸水率低于1%。这个指标与原来的标准值相比有了很大的提升，可以很好改善耐火制品的性能，有效地延长耐火材料的使用寿命，而这在国内普遍实施吨钢承包制的大环境下显得意义重大，更长的寿命意味着更大的经济效益。同时更低的吨钢耐材消耗意味着可以实现更节能、更环保的生产。对比其主要理化指标可以发现，致密烧结刚玉体积密度普遍比一般烧结板状刚玉高0.2g/cm3左右，同时，显气孔率降低2%左右，另外，化学成分中没有较大变化。因此致密烧结刚玉也具备一般烧结板状刚玉所具有的高耐火度特点，同时，由于其高致密度和极低的气孔率从而具备极好的耐磨性、抗冲刷性和抗侵蚀性。

分析致密烧结刚玉的显微结构可知，致密烧结刚玉晶体大小分布较为均匀，都分布在25μ左右，晶体之间结合较为致密。这为其提高材料的抗渣性和抗侵蚀性很好的前提条件。

从烧结致密刚玉在刚玉质低水泥浇注料中的应用结果可以看出，首先从加水量来看，烧结致密刚玉的配方中加水量可以减少0.2%，同样也可以达到较好的流动值。而流动值随着时间的衰减速率相差不大。制得的浇注料试样，烧结致密刚玉的体积密度比板状刚玉高0.1g/cm3左右，而显气孔率低1.2%左右。常温、中温和高温抗折耐压强度均为烧结致密刚玉高于烧结板状刚玉，而在抗热震性和高温抗折上面表现相近。

致密烧结刚玉比一般烧结板状刚玉具有更高的体积密度和更低的显气孔率，因此致密烧结刚玉具有更好的机械强度、耐磨性和抗冲刷性能，而更低的显气孔率使得材料的抗侵蚀性能得到好的提升。使用条件比较苛刻的耐火制品，如滑板、三大件、透气砖、水口等功能材料，以及钢包冲击区浇注料、铁沟浇注料、水泥回转窑喷煤管浇注料等抗冲刷性要求高的耐火制品，使用致密烧结刚玉可以大幅度延长耐火制品的使用寿命并提高其系数。

4、特种烧结刚玉

特种烧结刚玉指的是在原料中加入少量的特种金属氧化物成分，经过竖窑高温烧结而制得具有特殊用途的一种新型特种烧结刚玉。由于加入了少量的金属氧化物改变了原料的烧结刚玉某些性能特征，其应用领域不同。

烧结钛刚玉。烧结钛刚玉是一种在工业氧化铝中加入少量的TiO2粉工磨，成球后经过竖窑高温烧成制备出来的特种刚玉。在氧化铝中加入少量的氧化钛可以起到矿化促烧的作用，由于刚玉（α-Al2O3）与金红石（TiO2）的晶格常数接近，高温下TiO2可与Al2O3形成固溶体，增加晶格缺陷，活化晶格，大幅度提高了烧结活性，烧结温度大概可以降低100℃左右。

加入了氧化钛后的烧结钛刚玉体积密度较普通烧结刚玉会略微提高，但其显气孔数量略微增多。这主要是因为Ti4+可加速扩散能力，使气孔在烧结前期被排到表面，使得烧结钛刚玉晶体之间结合更加紧密。因此，烧结钛刚玉具有较大的机械强度，可以和β-刚玉一起用于玻璃窑的熔池中。另外，钛刚玉还具备较好的抗弹性能，用于特殊陶瓷产品中，可以改善高温条件下韧性。

烧结锆刚玉。电熔锆刚玉是以工业氧化铝和锆英石为主要原料，在电弧炉中经高温电熔而成，与生产电熔白刚玉工艺一致。所以，烧结锆刚玉也是采用工业氧化铝和锆英石为原料，与烧结板状刚玉工艺一致，成球后竖窑高温快速烧结。这样制备出的烧结锆刚玉是α-Al2O3和ZrO2组成的共晶几何体，显气孔率低，闭气孔数量多，因此烧结锆刚玉不但可以利用氧化锆物相提高抗热震性，还可以利用大量微小闭气孔进一步提高抗热震性。

与电熔锆刚玉一样，烧结锆刚玉可以用于玻璃和钢铁行业中热震性能较差的耐火制品。另外，锆刚玉的耐磨性较好，可以用于高速重负荷的耐磨材料中。

烧结刚玉作为一种耐火原料，由于其特有的性能优点，已经广泛于各种冶金设备和高温窑炉。大多数耐火制品中均有烧结刚玉作为主要原料加入，以提高使用性能。国内通过这几年烧结刚玉技术的积累和发展，也已经形成了自有知识产权的一套烧结刚玉的生产技术及品种。

因此，在此基础上探索开发不同种类的烧结刚玉，使得烧结刚玉向多元化发展，在不同的领域和环境下可以使用不同的烧结刚玉，以充分发挥各品种烧结刚玉的性能优点，延长耐火材料的使用寿命，同时为耐火材料新产品的发展提供原料支持。郑州荣盛作为的中原耐材，不仅注重自身规模的扩大，更重要的是始终站在长远的发展角度，不断研制出新型的耐火材料，从而不断满足更加严格的市场需求，顺应时代潮流的发展。荣盛耐材生产各种高铝砖，耐火砖，粘土砖，浇注料等产品，欢迎广大客户来厂实地考察，并建立长久的合作关系。