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    耐火材料原材料——电熔莫来石的工艺、技术条件及性能特点

     发布人:中国镁质材料网    发布时间:2020-07-16【字体:

    电熔莫来石一般有高纯电熔莫来石和普通电熔莫来石。其原料组合分别为工业氧化铝+高纯硅石和铝矾土熟料+硅石。对原料的基本要求是:工业氧化铝Al2O3>98%,Na2O<0.5%;高纯硅石SiO2>99%,Fe2O3<0.03%;铝矾土熟料Al2O3>88%,TiO2<3.5%,RO<0.5%;R2O<0.5%;硅石SiO2>99%,Fe2O3<0.3%。

    电熔合成莫来石时,配料的Al2O3/SiO2比值决定着电熔莫来石的矿物相及莫来石的晶体形状(表1)。电熔莫来石是由熔体结晶而制得,其过程非常类似于Al2O3-SiO2系相图的冷却析晶过程。在电熔莫来石时,Al2O3含量达79%时,仍未出现刚玉相,主要是Al2O3固熔于莫来石中形成β-莫来石的结果。由于原料中含有MgO、CaO、Na2O及TiO2等,以及熔融设备和电熔温度的差异,电熔莫来石的矿物组成与表1中的规律有一定的误差。例如无盖电炉温度过高,容易使SiO2挥发。表2为国内、外高纯电熔莫来石的典型化学成分。

    表1 Al2O3/SiO2比值与电熔莫来石的矿物组成

    表2 高纯电熔莫来石的典型化学成分

    1、电熔工艺

    首先将硅石及铝矾土等块状原料破碎至1.5mm以内,与其它粉状物料配合后于混合机中混匀。在电炉炉底铺一层混合料,用木炭或电极屑作起弧料(在电熔高纯莫来石时,起弧材料的杂质含量要低),在电极下铺成星形或三角形,下降电极起弧,待部分配料熔化,电流稳定在一定数值以上时,逐渐从周边加料/电熔莫来石溶液粘度大,导电率低,操作时注意电流变化,以免断弧。

    熔制莫来石时,应使炉内气氛处于还原状态。因为原料中含有杂质如Fe2O3、TiO2、CaO、R2O等,特别是用铝矾土做原料时杂质更多,需要通过还原而将它们除去。在较低温度下,上述杂质氧化物是稳定的;在高温下,CO的稳定性超过了各氧化物的稳定性,导致氧化物被CO还原成相应的低价氧化物或金属。各种氧化物的还原温度分别为FeO 710℃,SiO2 1550℃,TiO2 1750℃,而Al2O3,CaO、MgO均在2000℃以上。电熔莫来石的熔制温度在1850~2042℃之间,FeO、Fe2O3及TiO2都易被还原。

    图1 SiO2的挥发与电能消耗之关系

    配料中的SiO2有部分被还原成金属硅而包含在玻璃相中,还有一部分SiO2形成高温下稳定的SiO2而挥发。SiO2的损失量约4%~7%。这是所不希望的,一方面SiO2的挥发降低了配料的准确性,另一方面还会使电炉的电耗增加。根据计算,每吨电熔莫来石的理论电耗为1360~1900KWh,但实际生产时由于氧化物的还原特别是SiO2的还原与挥发,需要更大的电能。因此,为了减少SiO2的挥发,降低电耗,应适当控制炉内气氛、电炉输入功率及熔制时间。倾动式电炉比固定式电炉的电耗明显降低。

    熔炼完毕后,若是熔块式电炉可使熔体在炉中自然冷却后出料;倾动式电炉则需将熔体提倒入包中冷却,而炉内要留有部分熔体以便继续起弧熔融。冷却后的熔块经破碎及处理后,即可供应市场。

    2、电熔莫来石的技术条件和典型性能

    与烧结莫来石相比(莫来石结晶为5~10μm),电熔高纯莫来石(结晶达1000~2000μm)的高温力学性能和抗侵蚀性要好。高纯电熔莫来石块呈浅灰色,普通电熔莫来石(以铝矾土为原料)呈深色或黑色,这是由于除熔块中存在金属硅和少量铁外,少量SiO2因为熔块快速冷却,表面迅速凝固而被封闭于熔块内,使熔块着色。在1480℃以上烧成,高纯电熔莫来石呈白色,普通电熔莫来石呈浅黄色。我国黑色冶金行业标准对电熔莫来石(YB/T104-1997)的技术条件做出规定,如表3所列。铝矾土基电熔莫来石和高纯电熔莫来石的典型性能列于表4中。

    表3 电熔莫来石的技术条件

    表4 电熔莫来石的典型性能



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