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                      电熔白刚玉、致密刚玉、板状刚玉的制备原理

                      发布日期: 2020-11-12 08:36:57    阅读量(124)    作者:

                      一、电熔白刚玉

                      电熔白刚玉是以工业氧化铝粉为原料,在电弧炉中熔融后冷却再结晶而成的白色熔块,主要化学成分为Al2O3,含量在99%以上,杂质含量很少。

                      1、白刚玉生成原理

                      白刚玉的冶炼过程,基本上是工业氧化铝粉熔化再结晶的过程,不存在还原过程。工业氧化铝含Al2O398.5%以上,还有少量的Na2O、SiO2和微量的Fe2O3等杂质。电熔处理虽有一定净化提纯作用,但还不能将其完全排除。其中Na2O与Al2O3在熔融状态中生成β-Al2O3(Na2O?11Al2O3),生成量随着Na2O含量的增加而增大。由于β-Al2O3的熔点低,密度小,因此熔块冷却结晶时,偏析于熔块的上中部,虽然通过碎选可以剔除,但仍会有少量留在刚玉熔体中,严重影响白刚玉熔块的耐火性能。因此对工业氧化铝中的Na2O含量必须严格控制。

                      为了消除或减弱Na2O的危害性,加入石英砂或者氟化铝(AlF3)。前者使β-Al2O3成为霞石,后者促进Na2O挥发。

                      2、冶炼工艺过程

                      白刚玉的冶炼工艺过程与棕刚玉的基本相同,亦分为开炉、熔炼、控制、精炼四阶段。其冶炼工艺方法与棕刚玉的类似,分为倾倒法、熔块法和流放法。一般棕刚玉的冶炼方法比较简单。图1为熔块法冶炼白刚玉工艺流程。

                      图1熔块法冶炼白刚玉工艺流

                      二、电熔致密刚玉

                      为了适应冶金技术发展对耐火材料质量和品种的要求,利用工业氧化铝做原料,电熔出致密刚玉。这种刚玉块的外观呈浅灰色,纯度高,气孔率低,密度大。用它替代进口产品制取铁钩浇注料,在上海宝钢大型高炉上使用,获得了显著的效果。

                      将工业氧化铝粉与添加剂按比例配料混合,加入到倾倒式电弧炉内,采用氧化法进行充分熔融。在有碳存在的条件下,从氧化物标准自由能与温度的关系可知,1000℃以上的Na2O、K2O可以被还原成碱金属蒸气(Na、K)排出。其反应式如下:

                      Na2O+C→2Na+CO↑

                      K2O+C→2K+CO↑

                      氧化法有利于排除熔液中残留的气体和炭素。

                      如果熔炼操作技术和精炼时间不合理,则可能使Al2O3过还原,生成铝碳化合物,含铝碳化合物的刚玉,遇水气或水便发生粉化,与酸作用发生酸解,煅烧时会粉化,制成的浇注料、捣打料在烘烤时会开裂。

                      要在刚玉熔炼中减少或防止Al2O3过还原,在工业氧化铝熔炼时,加入少量SiO2可促使Na2O挥发,同时脱除多余的碳,

                      其反应式为:

                      SiO2+C→SiO↑+CO↑

                      SiO+C→Si↑+CO↑

                      因此只有掌握好熔炼致密刚玉操作技术、精炼程度,以及使K、Na碱金属蒸气完全排除,才能获得致密的电熔刚玉。将熔融好的熔液倾入接包内,按一定的冷却速度进行冷却结晶,可获得致密刚玉块。

                      三、电熔板状刚玉

                      板状氧化铝是美国铝业公司(ALCOA)研制开发的。用烧结法生产的烧结刚玉,是由板片状晶体构成的刚玉多晶集合体。天津大学参照烧结法制备板状刚玉的工艺条件,采用电熔法制备板状刚玉,获得成功。

                      电熔法制备板状刚玉的超高温及Al2O3物料从“未熔”到“半熔”的条件,有利于Na2O的挥发,从而导致板状刚玉的形成过程同时也是一个具有杂质氧化物挥发的自净化“提纯”过程,板状刚玉形成过程中伴随着Na2O等杂质的气化挥发。

                      电熔板状刚玉也是在Al2O3晶粒迅速长大的过程中形成的,晶体内部较多的闭口气孔的产生,显然也与板状刚玉晶粒的迅速长大密切相关,即刚玉晶界的移动速度超过了闭口气孔向晶界的移动并通过晶界逸出的速度,导致晶体内部闭口气孔合并、变大,从而难以排除。此外,Na2O自有液相存在的氧化铝物料内的挥发也应是电熔板状刚玉内部闭口气孔产生的原因之一。

                      将组成和粒度适于制备板状刚玉要求的工业氧化铝原料在电弧炉内铺成具有一定厚度的碟形料层,起弧后边加料边熔炼;控制熔炼制度,保证在熔炼过程中炉料内比较稳定地保持着一个1900~2000℃的温度区域。实践证明,只要根据电弧炉的型号和容量,合理的控制电压和电流参数,保持适宜的熔化速度,使熔炼过程中保持一个1900~2000℃左右的温度区域是可以实现的。使处于这一超高温区域的氧化铝晶体迅速沿二维方向发展,实现氧化铝晶粒的板状化。

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