板状刚玉关键质量指标的控制

板状刚玉关键质量指标的控制

赵艳爽

（中铝山东有限公司，山东淄博 255000）

摘要：板状刚玉因其具有优异的抗热震性、抗蠕变性、耐磨性和抗酸碱侵蚀等能力，具有广泛的应用前景。在生产过程中，通过原料、磨后粒度、成型水份、烘干后水份等一系列关键质量指标的把控，从而有效的提升产品性能。

随着市场的不断壮大，生产单位也随之增加。针对多家生产单位的产品进行了筛分粒度以及微观形貌等对比分析，从性能指标中体现出产品的质量差异。我单位正在逐步减小与行业标杆单位的差距，不断提高产品质量。

关键词：板状刚玉；体积密度；显微结构

前言：板状刚玉是以高纯三氧化二铝为原料，经过磨制、成型、烘干后，在1800℃-1900℃超高温条件下，通过快速升温和快速降温的原理在高温竖窑中烧结而成的。其显微结构为板片状并且在晶体内部有较多的闭气孔[1]。

近十年来，国内市场上涌现了一大批板状刚玉生产单位，例如，青岛XX有限公司、中铝山东有限公司、江苏XX有限公司等[2]，其中，青岛XX有限公司作为行业标杆，已占据市场的半壁江山。

1.板状刚玉生产过程中关键质量指标的控制

1.1 入库原材料质量控制

氧化铝是生产板状刚玉的关键原料，其质量情况直接影响产品质量。每批原材料入库前进行分析检测，确保入库原材料质量符合要求。在氧化铝的质量控制指标中，除严格控制Na2O含量以外，还要重点关注粒度指标，防止出现因原料粒度波动过大，造成下一工序的未能调整而引起的磨后粒度指标波动。Na2O含量要求达到0.4%以内，严格控制Na2O含量，对生产具有重要意义。氧化铝粒度过粗过细，均不利于原料磨磨制工序的进行。D50在75-95μm之间较为稳定。

1.2 磨后粒度指标控制

原料氧化铝经过原料磨磨制，将磨后粒度控制在8-9μm之间，粒度的细化有利于提高成球质量，为成型工序奠定基础。因板状刚玉生产流程所用设备大多是金属质地，含有铁、镍等成分，另外在设备检维修过程中的杂物也会由于操作不规范而进入生产流程。铁、镍等金属离子进入氧化铝中，在高温环境下，会使得板状刚玉球呈现灰黑色或者蓝色[3]。因此，将磁性铁指标控制在50ppm以内，控制原料中杂质的引入量，从而有效控制杂色球的产生。

1.3成型指标控制

板状刚玉母球的致密度和强度是影响成品烧结性能的重要因素，以去离子水作为粘结剂，在筒体的旋转作用下，粉料在旋转的双层造粒筒内实现成球滚动。在实际操作过程中，通常以改变生球料位或者调整成球机转速的方式，来提高生球强度。强度过低在后续输送过程中，由于物料输送过程中的碰撞容易发生破碎，导致成品中碎球较多。其破碎强度基本控制在300N/个以上，通过不断工艺参数的调整，上抛至2米以上自由落下的次数由2-3次升至5-6次。同时测试生球水份，以15%-25%为宜，水份过高过低均不利于后续烧结。水份过低很难使生球表面致密且光滑，并且在后续干燥及烧结过程中容易出现掉粉情况。

1.4 烘干生球水份

生球进入干燥系统进行烘干，通常将烘干后的生球水份控制在0.5%以内，水份不宜过高。未经过充分干燥的生球，直接进入竖窑高温环境焙烧，球体内部的水份激烈的挥发，将发生爆球现象。从另一角度来说，由于球体含水量高，水在蒸发过程中吸收大量的热能，生球将会降低升温速度，在同样的烧结条件下，生球未得到充分的烧结，指标将劣化。

1.5  板状刚玉熟球

通过以上四方面的质量控制，生球经1800-1900℃高温烧结后，得到指标稳定的板状刚玉熟球产品。检测结果下表所示。

表1  板状刚玉

2.不同刚玉产品性能指标分析

对市面上不同单位板状刚玉产品进行化验检测，检测结果下表所示。

表1 不同生产单位的板状刚玉产品理化结果

2.1筛分粒度

通过上表检测数据不难看出，各单位产品的筛分粒度均符合10%以内的控制标准。但从结果对比中发现，浙江XX公司和淄博XX公司的筛余物、筛上残留含量处于控制范围内高限水平。

2.2体积密度

从体积密度等指标数据综合来看，目前各产品的体积密度基本都在3.55 g/cm3以上。其中，标杆单位的体积密度相对较低，同时其显气孔率也低于同等体密水平产品的指标，可以认为该单位产品质量较为优良。

中铝山东产品体积密度为3.58 g/cm3，该指标与其他单位相近，其显气孔率和吸水率与行业标杆还存在一定的差距。但相较于其他单位，在体积密度相同的情况下，中铝山东的显气孔率明显要低，这是一点明显的优势。

另外，各单位均存在不同程度的杂色颗粒，江苏XX公司的黑点情况较为明显。

2.3 化学元素

各产品的杂质含量十分相近，Al2O3含量均能达到99.4%以上，其中标杆单位和中铝山东产品的Al2O3含量最高达到99.50%，但标杆单位的Na2O含量最低。钠作为刚玉中一种杂质，它的含量直接影响产品的使用性能，例如，结晶硬度降低，切削能力下降，易粉化破碎，热稳定性低[4]。高纯度的板状刚玉在使用过程中，避免了杂质对系统的污染。

3.不同刚玉产品显微结构对比

从扫面电镜下观察，各产品的晶体构造的几乎一致的。标杆单位产品的组织结构致密，没有明显的大气孔，晶粒尺寸基本在40-90μm之间，大小生长均匀，晶粒内部存在大量的微米级闭气孔，气孔分布均匀，使其具有优良的抗热震性能。晶内气孔是晶体异常长大的标志，是板状刚玉的重要显微结构参数[5]。其动力学意义是晶界迁移速率大于气孔的迁移速率；其显微结构意义是在细晶基质中部分晶体生长过大和形成晶内封闭气孔。

对比我单位产品，口气孔较多且均匀分布在晶体内，从高倍图片中可以清晰看到板片状组织，可有效提高抗热震性能和抗冲击性。晶粒集中分布在40-80μm之间。与标杆单位相比，组织致密性有待进一步提高。

3.结束语

通过以上分析，得出两点结论：

（1）关于板状刚玉生产过程，中铝山东有限公司一套自身的质量控制参数。原料D50控制在75-95μm，磨后D50控制在8-9μm，磁性铁50ppm以内，成型水份15-25%，干燥后水份保持在0.5%，有利于生产性能指标稳定的刚玉产品。

（2）我单位产品质量正逐步向行业标杆水平看齐。经过产品对比，无论是理化指标还是微观形貌已优于市场上绝大多数产品，为提升产品市场竞争力提供了有力支撑。

参考文献

[1]高振昕.Tabular 氧化铝的显微结构［J］.耐火材料，1994，28(5):293．

[2]赵义，沈明科，李雪等.板状刚玉在中国的发展状况[C].第十三届全国耐火材料青年学术报告暨2012年六省市金属（冶金）学会耐火材料学术交流论文集.2012:456-460.

[3] 颜林,李冬梅,叶青等.对板状刚玉生产中出现杂色情况的分析[C].2019 年全国耐火原料学术交流会论文集.2019.