板状烧结刚玉及棕刚玉的生产工艺及特点
发布日期： 2020-11-25 09:28:38 阅读量（659） 作者：
板状烧结刚玉是国内耐火材料行业近30年来得以迅速推广的高端耐火原料，特别是在钢水精炼钢包无碳耐材、功能性耐材和高通铁量铁沟浇注料等高性能耐火产品领域，部分替代了传统的白刚玉、亚白刚玉、棕刚玉。近年来，随着国内企业对板状烧结刚玉生产工艺优化、产能大幅提升和生产成本不断的降低，板状烧结刚玉的技术经济优势得到进一步提升，亚白刚玉、棕刚玉也不再存在价格方面的优势，耐火原料市场上棕刚玉在一些特殊场景应用得以保留的份额将会进一步被替代。
板状烧结刚玉常见的生产工艺为工业氧化铝粉-研磨-加水成球-烘干-竖窑高温烧成-破粉碎-包装。烧成设备为高温竖窑，采用清洁能源天然气为燃料，在竖窑内经过1900~1950℃下烧成，将工业氧化铝粉的γ-Al2O3等过渡相转化为最稳定的α-Al2O3相。采用速烧速冷的烧成工艺，板状烧结刚玉的晶粒尺寸一般在30~150μm内，由于快速冷却，使得板状烧结刚玉存在大量的晶内微气孔，且大部分气孔是纳米级别的，由于这些闭合微气孔的存在，使得板状烧结刚玉具有优良的抗热震性。
棕刚玉则是电熔法生产获得的，使用高铝矾土熟料、炭素材料、铁屑三种原料经配料混匀加入电弧炉中，高温熔化和杂质还原后，冷却结晶成的棕褐色熔块。矿物组成以α-Al2O3相为主，晶体形状中心部分为菱形、厚板形和带有裂纹的颗粒，周边有较多的氧化钛、氧化硅、氧化钙熔体结晶，呈长板状、最粗大晶粒呈骸状片晶。由于杂质尚未完全除去，因此棕刚玉中还含有六铝酸钙、钙斜长石、尖晶石、金红石等次晶相及玻璃相、铁合金和固溶体等。棕刚玉的色调在很大程度上依赖于残存在制品中的氧化钛。
2.1使用特点
板状烧结刚玉的烧成工艺是速烧速冷，因此晶粒内部存在大量的晶内微气孔，大部分气孔是纳米级别的，这些闭合微气孔的存在，有效抵抗热冲击并防止裂缝扩散，使得板状烧结刚玉具有更加优良的抗热震性。
棕刚玉具有更多的开孔和更少的闭孔，并且在较慢的冷却过程中形成较大的单晶。并由于其中含有较多的杂质，导致晶间缺陷较大。这些单晶在破碎过程中产生裂纹，从而降低抗热冲击性和抗剥落性。
值得特别指出的是棕刚玉的粉化开裂问题也不容忽视，由于棕刚玉所用的原料为铝矾土，其中含有较多量的硅、铁、钛等杂质，因此需要使用焦炭作为还原剂进行脱硅处理。若冶炼过程中处理不到位，残留碳含量高时便会形成碳化铝杂质，碳化铝容易遇水粉化。这样的棕刚玉颗粒使用到制品后，会导致制品开裂或者剥落。而板状烧结刚玉则由于原料杂质含量低，不需要采用焦炭等还原剂。因此，最终产品含有99.5%(w)以上的Al2O3，因此不存在开裂粉化的风险。
2.2能耗及清洁生产和保供能力
板状烧结刚玉的生产工艺中使用的是天然气清洁能源，且由于处理温度相对熔融刚玉低，因此相比棕刚玉节能环保。棕刚玉生产耗能非常大，按照《刚玉单位产品能耗限额》(GB36892—2018)的标准规定，按照三级最高限额标准，每吨棕刚玉耗能不超过864kg标准煤，每吨板状烧结刚玉耗能不超过202kg标准煤。冶炼棕刚玉吨耗能是板状烧结刚玉4倍以上。在棕刚玉的生产过程中，排放了大量的废气和熔渣。在板状烧结刚玉生产中，以天然气为燃料，不含硫，尾气只需降低氮氧化物废气，便于治理。不排放其他废气和熔渣。
因此，板状烧结刚玉的制备更加节能环保，而棕刚玉的生产则耗能巨大，污染环境厉害。在环保高压态势下，棕刚玉企业时刻就有被关停的风险。从国家层面来说，板状烧结刚玉更加利国利民。从使用客户企业来说，板状烧结刚玉的稳定保供能力远大于棕刚玉的，不用担心因环保断货或大幅涨价的风险。
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