刚玉砖是指氧化铝的含量大于90%、以刚玉为主晶相的耐火材料制品。很高的常温耐压强度(可达340MPa)。高的荷重软化开始温度(大于1700℃)。很好的化学稳定性,对酸性或碱性渣、金属以及玻璃液等均有较强的抵抗能力。热震稳定性与其组织结构有关,致密制品的耐侵蚀性能良好,但热震稳定性较差。
刚玉砖所用原料是由氧化铝和氧化铬按一定比例配比, 经过高温熔化合成的一种固溶体。采用特种耐火材料生产工艺制成耐火砖,可以改善和提高制品的内在质量, 提高制品的高温性能。我厂开发生产的部分高性能铬刚玉砖(AK、AKZ)的理化性能指标已达到国外部分同类产品及刚玉砖的性能指标要求。
1 刚玉砖的耐火性能
由Al2O3 -Cr2O3 二元相图可知,Al2O3 和Cr2O3能形成连续固溶体, 而没有低共熔物产生。因此,在高纯刚玉材料中加入Cr2O3 , 不论加入量多少, 不仅不会降低材料的耐火性能,反而使材料的耐火性能有所提高。铬刚玉砖的耐火度(>1790 ℃)及荷重软化温度(>1700℃)均优于高纯刚玉制品。
2 刚玉砖的强度
高纯刚玉砖的常温耐压强度一般为70 ～ 100MPa , 高性能铬刚玉砖的常温耐压强度一般>150MPa ,其强度明显高于刚玉砖。这是由于制品在烧成过程中, 其颗粒与颗粒之间, 颗粒与细粉之间, 细粉与细粉之间均形成了Al2O3 -Cr2O3固溶体, 该固溶体象桥一样把颗粒、细粉连接在一起, 使材料的强度大大提高。
3 热震稳定性
据资料报道, 在刚玉中加入Cr2O3 , 当C r2O3 含量为10 %～ 66 %时, 材料的热震稳定性随C r2O3含量的增加而降低, 即C r2O3 含量低的铬刚玉砖, 其热震稳定性好于Cr2O3含量高的铬刚玉砖。我厂推广应用的高性能铬刚玉砖Cr2O3 含量在12 %～20 %之间,其热震稳定性比刚玉砖有所提高;尤其是加入少量产生相变的添加剂而生产出的AKZ 型铬刚玉砖, 热震稳定性更优。
4 抗渣侵蚀能力
各种耐火材料氧化物在熔融煤渣中的溶解度：Cr2O3 在煤气化炉渣(SiO2-CaO系)及各种玻璃熔体中的溶解度比其他氧化物材料的溶解度要小得多。因而Cr2O3 或含Cr2O3的耐火材料具有良好的抗钢渣、有色冶炼渣、煤气化炉渣、油气化炉渣和各种玻璃熔体熔蚀能力。Cr2O3 熔体或Cr2O3与炉渣反应生成的液相粘度比其他低熔物粘度大, 这就阻止了熔渣沿毛细气孔向砖体内部渗透, 避免形成变质层而产生结构剥落。
不同Cr2O3 含量的铬刚玉砖与刚玉砖被玻璃熔渣侵蚀的深度不同。试验表明:Cr2O3<17 %时, 砖中Cr2O3含量愈高, 玻璃熔渣侵入的深度愈浅。
为了更进一步弄清气化炉熔渣对刚玉砖和铬刚玉砖的侵蚀情况, 以坩埚法用气化炉渣样在1500℃下进行的抗渣试验表明:刚玉砖被熔渣严重侵蚀, 炉渣全部渗入砖中, 并沿砖内部气孔渗透到表面, 砖变成褐色,几乎没有渣残留;铬刚玉砖几乎不被熔渣侵蚀, 渣与砖表面没有明显的化学反应, 内孔边缘与残渣界限分明,渣向砖内渗透很少,砖孔周围只形成约5 ～ 10 mm 厚的变质层, 大量熔渣残存于坩埚孔内。
通过理论分析及实践证明:铬刚玉砖抗气化炉熔渣的化学熔蚀及渗透性均比刚玉砖好, 抗结构剥落性也比刚玉砖优越
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