铝矾土煅烧过程的显微结构及其与高温力学性能相关性的研究

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矾土基耐火材料因其优异性能较早应用于耐火材料行业,以矾土熟料为骨料的耐火材料应用在炼钢、炼铁行业,如高炉、钢包渣线和侧壁部位、热风炉、电炉炉顶等。目前,在实际生产中常采取矿石块状烧结和粉碎—成坯均化烧结两种方式来生产高铝矾土熟料。在实际应用中,矾土基均质料的性能优势及使用范围还未得到充分认识,只停留在对传统块状烧结矾土熟料的认识基础上,单纯用相同品级的均化矾土替代传统块状烧结矾土熟料。另外,矾土矿开采过程中产生的碎矿不能直接入窑煅烧,均化烧结工艺可以将碎矿粉碎—成坯煅烧,使资源得到了有效利用,但工业生产中通常将原矿研磨至0.044mm以下烧结,不同细度对烧结料的影响却少见报道,本文主要针对以上问题进行研究。实验选取传统块状烧结矾土熟料与均化矾土熟料,分析其物相组成、物理性能和显微结构,着重研究不同工艺煅烧后熟料的物理性能和显微结构的差别,进而分析其在工业使用中的性能差异。分析得出均化矾土熟料晶粒较大,晶界明显且宽泛,杂质被均化后均匀分布于晶界中,阻碍了晶粒间的直接接触。传统块状烧结矾土熟料的刚玉晶粒较小,晶界不明显,许多小晶粒相互连接形成网状结构的“大晶粒”,杂质相填充在小晶粒构成的网状结构中。这种显微结构特征决定了传统块状烧结矾土熟料较均化矾土熟料具有更优异的高温性能。实验选取山西铝矾土,分别细磨至不同细度,加结合剂压制成坯,干燥后在电炉中煅烧。研究不同等级、不同细度铝矾土在不同温度下的烧结情况,用X衍射仪、综合热分析仪、扫描电镜等对均化烧结熟料的相组成和显微结构等性能进行分析。实验得出不同品级铝矾土适宜烧结温度与细度,其中Al2O3含量为89%的S等矾土矿细磨至200目(0.075~0.044mm)粉体后成型,经1580℃×3h煅烧后可达到最佳烧结状态;Al2O3含量为84%的I等矾土矿细磨至200目(0.075~0.044mm)粉体后成型,经1600℃×3h煅烧后可达到最佳烧结状态;Al2O3含量为74%的IIA等矾土矿细磨至100目(0.147~0.075mm)粉体后成型,经1650℃×3h煅烧后可达到最佳烧结状态。铝矾土的细度越细,反应速率越快,反应和扩散能力增强,会较低其最大反应速率时的温度,但粉料细度过细(﹤0.044mm)使烧后坯体体积密度下降,大晶粒内部存在内气孔。
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