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            我國(guó)燒結(jié)氧化鋁材料的發(fā)展?fàn)顩r


            來(lái)源:中國(guó)粉體網(wǎng)

            標(biāo)簽氧化鋁
            板狀剛玉又稱板狀氧化鋁(Tabular Alumina),是一種燒結(jié)氧化鋁,是在略低于α-Al2O3熔點(diǎn)(2050℃)的1925℃高溫下快速燒結(jié),晶粒達(dá)到燒結(jié)完全的再結(jié)晶α-Al2O3,呈現(xiàn)二維平面的板片狀且有較多晶間和晶內(nèi)圓形封閉氣孔的顯微結(jié)構(gòu)特征。

                板狀剛玉是1934年由Thomas S.Curtis 在其發(fā)明的豎窯中燒結(jié)得到的,1935年經(jīng)中間試驗(yàn)后便商業(yè)化生產(chǎn),用作耐火材料和陶瓷行業(yè)窯爐的內(nèi)襯材料。20世紀(jì)50年代,才作為大宗耐火材料骨料應(yīng) 用于耐火行業(yè)。這個(gè)期間,美國(guó)鋁業(yè)(現(xiàn)已改名為安邁鋁業(yè))開(kāi)發(fā)了一系列以低Na2O工業(yè)氧化鋁為原料的板狀剛玉產(chǎn)品。

                我國(guó)板狀剛玉發(fā)展歷程

                板狀剛玉在國(guó)內(nèi)發(fā)展的歷程大致可以劃分為四個(gè)階段:初期接觸階段、了解發(fā)展階段、嘗試生產(chǎn)階段、發(fā)展壯大階段。

                初步接觸階段

                20世紀(jì)70年代,武鋼07工程采用了以美國(guó)產(chǎn)板狀剛玉為原料生產(chǎn)的高鋁磚,從而國(guó)內(nèi)耐材行業(yè)才接觸到板狀剛玉,隨著寶鋼的開(kāi)工建設(shè),引進(jìn)了一些高檔耐材制品的生產(chǎn)技術(shù),如滑板、連鑄三大件等,由于生產(chǎn)需要,必須從美國(guó)鋁業(yè)進(jìn)口板狀剛玉作為其主要原料。

                了解發(fā)展階段

                1992年美國(guó)鋁業(yè)贈(zèng)送給洛陽(yáng)耐火材料研究院一批顆粒料,經(jīng)過(guò)該院的深入剖析,對(duì)板狀剛玉才有了較透徹的了解。之后,美國(guó)鋁業(yè)又將該產(chǎn)品引入中國(guó)并推廣應(yīng) 用。由于受到美國(guó)鋁業(yè)技術(shù)控制,國(guó)內(nèi)企業(yè)難以獲得其生產(chǎn)技術(shù)。為促進(jìn)民族工業(yè)的發(fā)展,中國(guó)耐火材料行業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)燒結(jié)剛玉的發(fā)展十分重視,“八五”、“九五” 發(fā)展規(guī)劃都作為重要課題攻關(guān)。國(guó)內(nèi)科研院所、生產(chǎn)單位也展開(kāi)連續(xù)不斷探索,從上世紀(jì)90年代天津大學(xué)沈繼耀教授課題組與原梅河口砂輪廠技術(shù)人員進(jìn)行了電熔 法實(shí)驗(yàn),并通過(guò)技術(shù)鑒定,但由于使用技術(shù)的限制未達(dá)到預(yù)期目的,產(chǎn)品性能、理化指標(biāo)達(dá)不到使用要求,因而未形成市場(chǎng)供應(yīng)。

                嘗試生產(chǎn)階段

                與此同時(shí),山東鋁業(yè)建設(shè)一座直徑200mm豎窯試驗(yàn)生產(chǎn)燒結(jié)板狀剛玉,1996 年濟(jì)南市平陰魯耐新型材料廠在山東鋁業(yè)試驗(yàn)基礎(chǔ)上試建了一座直徑為400mm的豎窯生產(chǎn)燒結(jié)板狀剛玉。

                1999年漢中秦元新材料有限公司在廣泛考察研究的基礎(chǔ)上,以洛陽(yáng)耐火材料研究院和陜西冶金設(shè)計(jì)院為主,聯(lián)合濟(jì)南市平陰魯耐新型材料廠的張會(huì)友等技術(shù)人 員,于2001年建設(shè)了1條年產(chǎn)4000噸燒結(jié)板狀剛玉生產(chǎn)線,于2002年9月生產(chǎn)出了滿足用戶使用要求的產(chǎn)品,揭開(kāi)了燒結(jié)板狀剛玉國(guó)產(chǎn)化大規(guī)模生產(chǎn)的序幕。

                發(fā)展壯大階段

                漢中秦元新材料有限公司燒結(jié)板狀剛玉生產(chǎn)調(diào)試成功后,2003年10月份,淄博泰貝利爾鋁鎂有限公司燒結(jié)板狀剛玉生產(chǎn)線開(kāi)工建設(shè)。2005年江蘇晶輝耐火 材料有限公司開(kāi)始建設(shè)燒結(jié)板狀剛玉豎窯生產(chǎn)線;浙江自立股份有限公司在2009~2011年3年間,每年投資建設(shè)一條板狀剛玉生產(chǎn)線,目前板狀剛玉產(chǎn)能達(dá) 到40000噸/年。通過(guò)近10年的研發(fā),實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)板狀剛玉工業(yè)化、規(guī)模化、國(guó)產(chǎn)化。

                板狀剛玉生產(chǎn)的基本過(guò)程

                球磨

                采用拜耳法輕燒氧化鋁粉為原料,進(jìn)行連續(xù)球磨,細(xì)度和比表面積需達(dá)到一定要求,有助于氧化鋁粉的燒結(jié)與致密化。

                成球

                磨細(xì)后的粉采用成球盤(pán)或成球筒成球。成型后的坯球需具有一定的強(qiáng)度,避免在運(yùn)往干燥器的過(guò)程中破裂。針對(duì)成球過(guò)程中半成品球含水量高、易分層、干燥困難等問(wèn)題進(jìn)行相應(yīng)的工藝優(yōu)化設(shè)計(jì),妥善解決。

                干燥

                成形后的坯球進(jìn)入干燥器內(nèi),利用豎窯內(nèi)的逆流熱風(fēng)干燥除去約15%(w)的水分。但豎窯內(nèi)的溫度要嚴(yán)格控制,以免坯球內(nèi)部產(chǎn)生裂紋和分層,甚至結(jié)塊和堵?tīng)t等,最終造成球流運(yùn)行中斷,干燥質(zhì)量下降。

                燒結(jié)

                坯球干燥后進(jìn)入豎窯。燒結(jié)溫度為1900~1950℃。通過(guò)控制豎窯內(nèi)熱風(fēng)溫度及流速,獲得晶體發(fā)育充分、燒結(jié)完全的板狀剛玉結(jié)構(gòu)。燒成后經(jīng)過(guò)冷卻、撿選(撿出過(guò)燒和欠燒制品)、檢驗(yàn)(對(duì)燒結(jié)完全的制品進(jìn)行物化指標(biāo)檢測(cè))、破碎和篩分后,可以獲得不同粒徑尺寸的產(chǎn)品。



                圖中給出了浙江自立股份有限公司生產(chǎn)的板狀剛玉的顯微結(jié)構(gòu)圖?梢钥闯觯旱捅断聞傆窬Я4笮≡50~200μm左右,晶內(nèi)含有大量微米級(jí)氣孔,晶粒延臺(tái)階狀生長(zhǎng),使板狀剛玉具有優(yōu)異的熱震穩(wěn)定性,從而在耐火材料行業(yè)大規(guī)模應(yīng)用。

                板狀剛玉的發(fā)展趨勢(shì)

                原料選用發(fā)展趨勢(shì)

                板狀剛玉生成過(guò)程其實(shí)是氧化鋁粉自身晶型轉(zhuǎn)變及晶粒異常長(zhǎng)大過(guò)程,雜質(zhì)大部分都?xì)埩粼诋a(chǎn)品內(nèi),因此氧化鋁粉原材料的優(yōu)劣決定著板狀剛玉產(chǎn)品質(zhì)量,目前板狀 剛玉生產(chǎn)普遍以進(jìn)口工業(yè)氧化鋁粉為主要原料,在當(dāng)前氧化鋁粉價(jià)格居高不下的情況下,從板狀剛玉的生產(chǎn)制造成本和產(chǎn)品性能上對(duì)比分析研究,若能全部采用國(guó)產(chǎn) 氧化鋁粉或部分采用國(guó)產(chǎn)氧化鋁粉替代進(jìn)口氧化鋁粉進(jìn)行生產(chǎn),不僅對(duì)生產(chǎn)企業(yè)具有一定的指導(dǎo)意義,而且對(duì)整體個(gè)行業(yè)也是一個(gè)有益的借鑒。

                應(yīng)用領(lǐng)域

                (1)由于客戶按照噸鋼結(jié)算來(lái)支付耐材費(fèi)用,所以,耐火材料不是消耗越多越好,而是消耗量越少,這樣其利潤(rùn)相對(duì)越高。為降低耐火材料的消耗,提高耐材利 潤(rùn),就要求耐材生產(chǎn)商提高產(chǎn)品品質(zhì),積極研發(fā)高壽命耐用型耐火材料。板狀剛玉作為氧化鋁骨料中頂級(jí)骨料原料的使用量將更加被廣泛使用。

                (2)由于節(jié)能減排的要求,電費(fèi)價(jià)格上漲,勢(shì)必帶來(lái)電熔白剛玉價(jià)格上升。在耐火原料的應(yīng)用中,板狀剛玉的最大競(jìng)爭(zhēng)原料為白剛玉,電熔白剛玉使用量的減少,將會(huì)大大增加板狀剛玉的使用量。
            (3)板狀剛玉市場(chǎng)容量會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。

                沈繼耀等人曾研究了板狀剛玉(TA)與電熔白剛玉(FWA)用作顆粒料或基質(zhì)料配料時(shí)對(duì)制品抗折強(qiáng)度及抗熱震性能的影響,結(jié)果表明:采用TA或FTC作顆粒料時(shí)各項(xiàng)性能無(wú)顯著改善,但采用TA或FTC作為基質(zhì)料要比FWA作基質(zhì)料更能 提高耐火材料的抗折強(qiáng)度、抗熱震性能及抗侵蝕性能。由于板狀剛玉的板片狀結(jié)構(gòu)及晶間封閉氣孔的特點(diǎn)決定的,能使耐材性能得到提升,從而使板狀剛玉可部分或 全部替代電熔剛玉及白剛玉。

                板狀剛玉既可作為主成分用于鋁碳質(zhì)、鋁鎂碳質(zhì)、鎂鋁碳質(zhì)、鎂尖晶石質(zhì)、鋁鉻質(zhì)耐火磚中,也可作為富化氧化鋁成分引入到高鋁不定形耐火材料中,可以廣泛應(yīng)用于鋼鐵、鑄造、陶瓷等行業(yè),其中在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用幾乎涵蓋了煉鐵煉鋼的全過(guò)程。

                生產(chǎn)企業(yè)、產(chǎn)能增加趨勢(shì)

                具目前不完全統(tǒng)計(jì),截止2012年底,全國(guó)建成與在建產(chǎn)能約30萬(wàn)噸,實(shí)際生產(chǎn)量約17萬(wàn)噸,2012年預(yù)計(jì)全年產(chǎn)量約25萬(wàn)噸左右。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)工廠的 努力,國(guó)際市場(chǎng)已經(jīng)開(kāi)始接受中國(guó)的板狀剛玉產(chǎn)品,產(chǎn)品已經(jīng)被日本、韓國(guó)、美國(guó)、印度、土耳其、伊朗、東南亞地區(qū)用戶所認(rèn)可。

                存在的問(wèn)題

                外觀顏色不穩(wěn)定

                由于工業(yè)氧化鋁里含有部分微量 MgO、CuO,受到爐內(nèi)氣氛影響時(shí),出窯料有時(shí)會(huì)出現(xiàn)淡黃色的、與淡紫色的,與國(guó)外公司產(chǎn)品從外觀上有明顯差距。這與國(guó)內(nèi)窯爐控制水平有關(guān),短時(shí)間內(nèi)難以解決。

                燒結(jié)球形料分層比例

                國(guó)內(nèi)生產(chǎn)工廠采用筒式成球機(jī)來(lái)成球,基本上解決了成球關(guān)鍵技術(shù),但是關(guān)于成球機(jī)轉(zhuǎn)速、加水量與速度,加母球量與速度,加粉量與速度之間關(guān)系,還沒(méi)有探索出 它們之間的內(nèi)在關(guān)系,也難于穩(wěn)定保障成球過(guò)程中出現(xiàn)分層現(xiàn)象。另外,烘干球體的方式也會(huì)影響到。從各生產(chǎn)工廠生產(chǎn)顆粒料來(lái)看,分層料比例多,這是最急需解 決的問(wèn)題。

                存在產(chǎn)能過(guò)剩的風(fēng)險(xiǎn)

                近年來(lái),產(chǎn)能增加迅猛,一些大型耐火材料生產(chǎn)工廠,有計(jì)劃自己上馬板狀剛玉生產(chǎn)線。如白剛玉生產(chǎn)條件沒(méi)有大的變化,市場(chǎng)空間已經(jīng)不能承受30萬(wàn)噸左右板狀剛玉產(chǎn)能。

                隨著經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的變化,一些板狀剛玉生產(chǎn)工廠勢(shì)必舉起價(jià)格戰(zhàn)的大旗來(lái)?yè)屨际袌?chǎng)。(趙義/文)
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