刚玉的耐火材料使用用途

刚玉最大的非磨削用途是耐火材料，其次是工程陶瓷。以前使用白刚玉作耐火骨料。由于白刚玉价格较高，限制了它在耐火材料领域中的应用。近年来，随着价格便宜的高铝刚玉的出现，它已经替代了白刚玉作耐火材料的骨料。白刚玉的主要非磨削用途转为工程陶瓷。
(1)高铝刚玉概述
高铝刚玉是用类似于棕刚玉的生产工艺制造的，价格只比棕刚玉略贵些，几乎全部用作耐火材料。因此，非磨削用途促进了高铝刚玉的发展。
定义
高铝刚玉是以优质铝钒土为原料，在电弧炉中用治炼棕刚玉的方法制成的，含氧化铝大于98%的刚玉材料，简称HA。
色泽
高铝刚玉的色泽为浅棕色至灰白色。d)X光衍射测试高铝刚玉的X衍射测试显示：a-Al2O3>90%,(Ca0·Al2O3,TiO2,Al203·Ti02)总量<3%,少量Y-A1203及玻璃相。
(2)高铝刚玉的冶炼工艺特点
高铝刚玉采用与棕刚玉相类似的冶炼方法来制造，其主要工艺差别如下：
1)采用高纯度的原料
为了尽量提高成品的氧化铝含量、减少成品的杂质含量，冶炼高铝刚玉所用的原料要比棕刚玉的原料纯度高，如：必须采用优质铝矾土，其氧化铝含量在83%以上，而冶炼棕刚玉采用氧化铝含量大于80%的铝矾土就可以了。又如碳素材料，冶炼棕刚玉可以采用无烟煤，而冶炼高铝刚玉必须采用石油焦。
2)提高还原程度
为减少成品的杂质含量，除采用高纯度的原料外，还要在冶炼过程中提高杂质的还原程度，必须使更多的杂质从氧化物状态还原成单质、再能与铁生成铁合金沉淀、从熔液中分离。为了提高杂质的还原程度，并很好地沉淀分离，采取了相应的工艺措施，如：增加还原剂石油焦炭的用量、提高精炼温度、延长精炼时间等。
3)使用优质石墨电极
电极的成分除碳外，还含有灰分。灰分也是刚玉成品的杂质来源。为了减少由电极灰分引人的杂质，高铝刚玉冶炼都使用灰分含量极低的优质石墨电极，而棕刚玉冶炼一般使用灰分含量稍高的碳素电极、有些厂甚至使用灰分含量较高的自焙电极。
(3)应用举例
1)在低氧分压、1200℃以上，如：在不锈钢粉末冶金烧结炉用的炉床、夹具，锻造热处
理炉的炉床等使用条件下，碳化硅耐火材料是短寿命的，推荐使用刚玉质耐火材料。
2)ASC砖
ASC砖是Al2O3-SIC-C砖的简称，是炼铁高炉炉腹和炉身及铁水预处理车用的新型包衬材料。由于碱和石灰的侵蚀及炉料的磨损，炼铁高炉炉腹和炉身的耐火材料损毁比较严重。在70年代，欧洲(1970年)、美国(1972年)、日本(1974年)开始用氮化硅结合碳化硅、碳化硅结合碳素质耐火材料。在80年代，国外又对氮化硅结合碳化硅砖进行了改进，开发了性能更好的抗碱性的赛隆(Sialon)结合碳化硅砖。赛隆结合碳化硅砖是在氮化硅结合碳化硅砖的生产工艺中引入氧化铝、形成更稳定的结合相，即Si-Al-O-N的溶体-Sialon相。SiN,+Sialon或单纯的Sialon结合相，可对SiC颗粒表面更好地保护、使结合相稳定、抗氧化、抗碱性侵蚀、抗渣侵蚀能力有明显提高。
我国在80年代后期开始了对赛隆结合碳化硅砖的研究和开发。洛阳耐火材料研究院于1990年研制成功A12O3-SiC-C质砖和耐火泥，简称ASC砖和LAC、GDS浇注料。当时的A$C砖和耐火泥中的氧化铝是用白刚玉引入的，由于生产成本高难于推广。1995年洛阳耐火材料研究院与郑州磨料磨具厂合作，用高铝刚玉代替白刚玉，研制出性能完全达到要求的ASC砖和耐火泥，可降低生产总成本10%~15%。此项目并被列为1997年国家级重点新产品项目。高铝刚玉推进了我国的耐火材料工业，而耐火材料工业又促进了高铝刚玉生产。现在，高铝刚玉几乎全部用于制造耐火材料。
唐山碳化硅厂为宝钢研制的铁水槽使用Al2O3-SiC砖。此砖生产工艺为：Al2O(含量>80%)60~30份，SiC(含量>95%)15~30份，再加人其它结合剂混合压制成型。经烧成后检验其理化性能超过了日本同类产品的标准规定，完全满足了宝钢的使用要求，取代了进口产品。
3)LAC浇注料
现代化的高炉钢水温度高、出钢量大。因承受高温钢水间歇性冲刷的时间长，出钢槽的使用寿命较短。用LAC浇注料作出钢槽的耐火材料后，成功地解决了这一问题。
混铁车是宝钢生产作业线上的主要设备。它的功能不仅是将高炉铁水运输到炼钢炉，而且是炉外精炼容器。铁水必须在混铁车内经预处理（脱S、脱P、脱S)后，才能作为冶炼纯净钢的理想铁水。混铁车三脱用的三脱剂为CaO、CaF、Fe2O3。因此，作为铁水预处理的混铁车内衬必须考虑：因三脱剂的引入而引起的强烈侵蚀作用，使混铁车内衬寿命大幅度下降。宝钢在1989年研制开发了A1203-SiC-C砖和耐火泥，使混铁车的一代寿命达到1700次以上，全部取代了致密粘土砖.其化学组成见表1-70.A2O3-SiC-C砖的体积密度为2.8g/cm3,显气孔率为5.5%，耐压强度为5.84MPa,粒度组成为：大于1mm的颗粒含量≤2%，小于0.07mm的颗粒含量≥4.5%。
4)GDS-1A型高强度耐冲刷耐火浇注料
自60年代以来，我国在石化炼油工业中研制、应用刚玉磨料作耐磨、耐热、耐化学侵蚀的衬里材料，不断取得进展。70年代研制出采用热固性磷酸铝一白刚玉浇注料的催化裂化装置设备中的耐磨衬里，70年代研制出冷固性镁质磷酸盐一白刚玉浇注料，1987年研制发水硬性“GDS-10高强度耐磨耐火浇注料”，1997年又用高铝刚玉代替白刚玉作骨料、研制成功“GDS-1A型高强度耐冲刷耐火浇注料”