A vantagem da alumina tabular sinterizada em tijolo refratário moldado

A alumina tabular sinterizada possui alta atividade de sinterização, o que pode promover a combinação de substratos e partículas. Ao adotar alumina tabular sinterizada na produção de tijolos de alumina de alta pureza e depois observar o efeito de diferentes corindo sinterizados no desempenho dos tijolos de alumina, os engenheiros descobriram que as partículas de alumina tabular sinterizada são pequenas e cheias de poros. No processo de sinterização, essa característica auxilia na difusão da sinterização dos substratos, o que também pode melhorar a resistência de sinterização e a resistência à permeabilidade do tijolo de alumina, combinando substrato e partículas de forma mais estreita.

Os tijolos de alumina são produtos refratários com corindo como principal fase cristalina. Eles têm boa estabilidade química e forte resistência a escórias ácidas e alcalinas, metal e vidro fundido. Usado principalmente em altos-fornos de produção de ferro, altos-fornos quentes de alto-forno, fornos de refino fora de fornos siderúrgicos, fornos de fusão de vidro e fornos industriais petroquímicos. Atualmente, os tijolos de alumina de alta pureza existentes no mercado são produzidos principalmente com matérias-primas de alumina fundida. A produção de alumina fundida consome muita energia com grandes perdas que não são amigas do meio ambiente. O uso de matérias-primas de corindo fundido para produzir tijolos de alumina de alta pureza é difícil de sinterizar e tem baixa capacidade de resistência à escória. Nos últimos anos, como material refratário de alta qualidade, a tecnologia e a produção da alumina tabular sinterizada foram aprimoradas aos trancos e barrancos. Vejamos a vantagem de fazer tijolos de alumina com alumina tabular sinterizada.

1 teste

1.1 Materiais

Usamos alumina tabular sinterizada como material para fazer a produção experimental. A alumina tabular que usamos tem taxa de porosidade de aparência de 5,7%, taxa de absorção de água de 1,6%, densidade aparente é de 3,48g/cm3. O material rival é alumina fundida com taxa de porosidade de aparência de 8,8%, taxa de absorção de água de 2,4% e densidade aparente de 3,61g/cm3. Os índices são os seguintes:

1.2 Fabricação experimental

Usando um misturador de rolo de 15Kg, adicione grãos para pré-mistura por 3 minutos, depois adicione 3% de ligante e amasse por 1 min, e finalmente adicione o pó fino e amasse por 15 minutos, e modele em uma prensa hidráulica de 100t com uma pressão de moldagem de 280 MPa. As amostras moldadas são tijolos cilíndricos com tijolos cubóides de φ50mm×50mm com 150mm×25mm×25mm e cadinho com dimensão externa φ50mm×50mm e tamanho de furo interno φ25mm×25mm. As amostras de tijolos são feitas em forno elétrico de temperatura ultra-alta aquecido a 1750 ℃ ​​por 3 horas após manter 110 ℃ por 3 horas e secar.

1.3 Teste de Desempenho

Teste a mudança permanente da linha de aquecimento, a densidade de volume e porosidade aparente, resistência à compressão e resistência à flexão em temperatura normal, resistência à flexão em alta temperatura (a 1400°C por 0,5h) de amostras de acordo com os padrões nacionais. Teste a capacidade de resistência da escória pelo método do cadinho estático e observe a microestrutura da amostra por microscópio eletrônico de varredura SEM.

2 Resultado e conclusão

2.1 Microestrutura do material

A  imagem 1  abaixo mostra a microestrutura das partículas da matéria-prima. Verifica-se que a alumina tabular sinterizada é composta por cristais de oi-Al2O3 com tamanho de partícula de 40 ~ 120 μm, e há uma certa quantidade de poros esféricos fechados. A estrutura da alumina fundida é mais densa, existem alguns poros abertos de tamanho maior.

(a) Grão de alumina tabular sinterizado (b) Grão de alumina tabular fundido

Imagem 1.

 2.2 Mudança linear de reaquecimento

A imagem 2  mostra a curva de mudança linear de reaquecimento de amostras feitas de diferentes matérias-primas. Os resultados experimentais mostram que todas as amostras apresentam tendência à retração de queima. No entanto, à medida que o teor de alumina tabular sinterizada aumentou, a retração de queima aumentou entretanto. Comparando os índices das matérias-primas, descobrimos que as partículas tabulares de alumina sinterizadas contêm muito mais poros. Se a densidade real de α-Al2O3 for 3,99g/cm3 e a densidade aparente for 3,48g/cm3, então a quantidade total de porosidade é de cerca de 13%. Além disso, com tamanho de cristal muito pequeno de alumina tabular sinterizada, facilita o espalhamento e a sinterização por transferência de massa no processo de sinterização. Assim, obtém-se uma contração de volume porque alguns poros são removidos da fronteira do cristal junto com o movimento das substâncias. A densidade aparente das partículas de alumina fundida é de 3,61g/cm3 e a porcentagem de todos os poros é de cerca de 9%. Como a alumina fundida é produzida por fusão e condensação em um forno elétrico a arco de alta temperatura, a matéria-prima tem um tamanho de cristal grande e poucos canais de limite de cristal. Portanto, a contração de sinterização é menor que a das partículas tabulares de alumina sinterizadas.

Imagem 2 Reaquecimento mudança linear em diferentes amostras.

2.3 Porosidade aparente e densidade aparente

Na Imagem 3 mostra geralmente que as amostras com maior teor de alumina tabular sinterizada apresentam menor porosidade aparente e maior densidade aparente. Isto ocorre porque a porosidade aparente da alumina tabular sinterizada é muito pequena, cerca de 5,7%, enquanto a porosidade aparente da alumina fundida é de 8,8%. Além disso, em comparação com a alumina fundida, os poros da alumina tabular sinterizada são mais fáceis de remover do cristal, o que reduz a porosidade e obtém uma contração de volume maior, além de aumentar ainda mais a densidade aparente da amostra. Portanto, a porosidade aparente da amostra queimada diminui com o aumento da porcentagem de alumina tabular sinterizada.

Imagem 3 Porosidade aparente e densidade aparente para diferentes amostras

A imagem 4  mostra que a resistência à compressão à temperatura normal (CCS) do tijolo C1 de material de alumina tabular pura sinterizada é muito maior do que a do tijolo C5 de material de alumina pura fundida. Existem duas razões principais para isso. Em primeiro lugar, do ponto de vista da resistência da matéria-prima, o tamanho do cristal do material de alumina tabular sinterizado é pequeno, e a resistência à fratura (σ) do material e o tamanho do cristal (G) têm a seguinte relação funcional:

σ=f(G-1/2)

Portanto, a resistência do material de alumina tabular sinterizada é relativamente alta, enquanto o material de alumina fundida é quebradiço e fácil de descascar (como mostrado na  Imagem 5 (a) ), e também há uma pequena quantidade de fase β-Al2O3 nele , o que reduz a resistência do material.

Em segundo lugar, do ponto de vista do estado de ligação do material, a ligação entre as partículas tabulares de alumina sinterizadas e o substrato é boa, quase sinterizada num todo. As partículas de alumina fundida não estão bem ligadas ao substrato e fissuras em forma de anel são facilmente formadas ao redor das partículas  (Imagem 5) (b) ). Devido às duas razões acima, a resistência mecânica do tijolo C1 de material tabular puro sinterizado é melhor do que a do tijolo C5 de material de alumina fundida pura.

Imagem 4 Resistência à compressão em temperatura normal e resistência à flexão para diferentes amostras

Imagem 5 a microestrutura das amostras feitas de alumina fundida

Depois de adicionar 20g de escória de gaseificação ao cadinho (ver Tabela 2 para composição da escória), aquecer o cadinho a 1550°C no forno elétrico de teste a uma taxa de aquecimento de 100°C/h e manter por 3h, e depois cortar o cadinho ao longo do direção axial após o resfriamento à temperatura ambiente, observe as mudanças na microestrutura na seção longitudinal.

A composição química da escória de forno é mostrada abaixo:

Figura 6 Perfil anti-escória do cadinho estático

 Após o teste de corrosão da escória do forno de gaseificação de pasta de carvão-água, observe a microestrutura por microscópio eletrônico. A escória da gaseificação da pasta de água de carvão tem formato de espinha de peixe, principalmente da fase anortita (conforme mostrado na  Figura 7(a) ); a escória reagiu com a alumina nos tijolos de teste e obteve uma fase de espinélio composto de magnésio-alumínio-ferro. A análise do espectro de energia mostra que a composição da fase composta de espinélio é (x/%): MgO 40,43%, Al2O 347,61%, Fe2O3 11,96%. A fase de espinélio composto de magnésio-alumínio-ferro formada pela reação forma um anel ao redor das partículas de alumina (como mostrado na  imagem 7 (b) ). A espessura do anel ao redor das partículas de alumina tabular sinterizada é de 60 ~ 90 μm, e a espessura do anel ao redor das partículas de alumina fundida é de 50 ~ 70 μm, pode-se observar que a escória é mais fácil de reagir com o tabular sinterizado porque o sinterizado a alumina tem grande atividade de sinterização, cristais menores, poros mais fechados e mais limites cristalinos. A escória é fácil de penetrar ao longo dos limites do cristal e reagir quimicamente com a alumina tabular sinterizada.

(a)Escória (b)C2 Superfície de trabalho

Figura 7 Microestrutura de amostra de tijolo de alumina após teste de escória e resistência à corrosão

Não há diferença óbvia na profundidade de erosão de C1, C2, C3, C4 e C5. A Figura 8 mostra as fotos da microestrutura do tijolo C1 e do tijolo C5 após a erosão. , fazendo com que as partículas de corindo apareçam em forma de ilhas isoladas, então reage com as partículas e as corrói.

Todas as profundidades de erosão de C1, C2, C3, C4 e C5 são em torno de 1 mm, não há diferença óbvia.  A imagem 8  mostra as fotos da microestrutura dos tijolos C1 e dos tijolos C5 respectivamente após a erosão. A escória reage primeiro com o substrato do tijolo para fazer com que as partículas de alumina se tornem ilhas e depois reagem com as partículas para corroê-las.

Figura 8 Microestrutura da amostra de tijolo de alumina após teste de resistência à escória

 A Figura 9 mostra que as formas de penetração dos tijolos de teste com diferentes formulações são semelhantes. A escória penetra nos tijolos ao longo dos poros, existe nas fases intergranular e nos poros como a fase vítrea e as fases anortita.

Figura 9 Microestrutura da camada permeável C5 da amostra de tijolo de alumina após teste de resistência à escória

Mas diferentes amostras apresentam diferentes propriedades antipermeabilidade: a tabela abaixo mostra a profundidade de penetração do SiO2 em diferentes amostras. À medida que o teor de alumina tabular sinterizada no tijolo diminui, a profundidade de penetração da escória apresenta uma tendência crescente.

Existem duas razões para este resultado:

1. A amostra com alto teor de alumina tabular sinterizada apresenta menor porosidade aparente;
2. As partículas do material tabular sinterizado aderem melhor ao substrato, o que evita a penetração da escória nos tijolos.

3 Conclusão

Devido ao pequeno tamanho do cristal da alumina tabular, existe um grande número de poros nas partículas, o que é útil para fazer a sinterização por transferência de massa. Alguns poros são removidos do cristal ao longo da fronteira do cristal com o movimento das substâncias, diminuindo o volume. Isso resulta no aumento da taxa de contração e na diminuição da porosidade aparente na sinterização, aumentando o teor de alumina tabular sinterizada.

A alumina tabular sinterizada pura possui uma estrutura de granulação fina com alta resistência e alta atividade de sinterização. As partículas tabulares de alumina sinterizadas no tijolo têm uma boa ligação com os substratos, de modo que o desempenho da resistência mecânica aumenta à medida que o teor de corindo sinterizado aumenta.

Como a alumina tabular apresenta duas vantagens significativas: baixa porosidade aparente e excelente capacidade de ligação ao substrato, isso mostra que a alumina tabular sinterizada pode retardar a penetração da escória no tijolo.