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刚玉质耐火原料及其分类

    刚玉是多晶α-氧化铝材料。氧化铝是地壳的主要组分之一,具有资源丰富、相对廉价易得的优势。刚玉具有耐高温、高强度、高硬度、电绝缘、耐腐蚀等物理化学特性。由此,刚玉成为用途极广泛的耐火材料。

刚玉为三方晶系矿物,其no=1.768,ne=1.760,ne-no=0.008,相对密度为4.02,硬度为9.刚玉有时含有少量Fe、Mn、Cr和Ti等杂质。刚玉可被这些杂质染成不同的颜色。

刚玉的熔点高达2050℃。优质刚玉制品的耐火度大于1900℃,荷重软化开始温度约为1850℃,极限使用温度1950℃,长期使用温度1800℃。但是,刚玉的热膨胀系数为8.6×10-6℃-1,属于抗热震性中等偏下的物质。刚玉的硬度为9,是仅低于金刚石和少数人工合成的高硬矿物。氧化铝制品具有很高的强度,常温耐压强度可达2000MPa;常温抗折强度可达250MPa以上,1000℃时抗折强度还有150MPa。高密度的氧化铝制品可以较好地抵御铁、铝、镍、钒等熔融金属的侵蚀;常温下,不受硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸的腐蚀,但高温下,氟化钠、浓硫酸对氧化铝有一定侵蚀。氧化铝对玻璃、炉渣的侵蚀有一定的抵抗力。

 

    根据制造方法不同可将刚玉分为两大类:其一,以矾土为原料直接制造的刚玉原料,如棕刚玉、高铝刚玉;其二,从矾土中提炼出氧化铝,再将工业铝氧制成刚玉原料,如白刚玉、致密刚玉、烧结刚玉等。各种电熔刚玉的性能比较见表:

                                     各种电熔刚玉性能比较
性能白刚玉致密刚玉高铝刚玉棕刚玉
原料工业铝氧工业铝氧矾土、煤、铁矾土、煤、铁
颜色白色灰色灰色棕色
体积密度/(g/cm3)3.553.813.83.8
真密度/(g/cm3)3.893.993.83.96
Al2O3/%99.098.798.096.0
SiO2/%<0.50.68<0.3<1.2
Fe2O3/%<0.150.06<0.5<0.5
价格较高

    由上表可知,就纯度和价格而论,白刚玉最高,致密刚玉其次,高铝刚玉再次,棕刚玉最低。白刚玉、致密刚玉都是由工业铝氧生产的。致密刚玉的纯度低于白刚玉,但密度高于白刚玉。高铝刚玉和棕刚玉都是由矾土生产的。棕刚玉的纯度低于高铝刚玉,但真密度高于高铝刚玉。

    烧结刚玉是以工业铝氧为原料,经磨细、压球,再经约1800℃超高温烧结制出的耐火原料。烧结刚玉的致密度很高,显气孔率较低,其体积密度≥3.50g/cm3,显气孔率≤4.5%。因此,烧结刚玉具有类似电熔刚玉的性质:高温下具有良好的体积稳定性,不受还原气氛的影响,对金属液和玻璃液的侵蚀有一定抵抗性。下表显示了烧结刚玉的性能:

                                   烧结刚玉的性能
产地Al2O3/%R2O/%SiO2/%Fe2O3/%体积密度/(g/cm3)显气孔率/%
美国≥99.5<0.40.20.05>3.52~3
江苏≥99.0<0.3<0.6<0.5≥3.55<4.5
山东≥99.0<0.4<0.35<0.25>3.5<4.5