La ventaja de la alúmina tabular sinterizada en ladrillos refractarios moldeados

La alúmina tabular sinterizada tiene una alta actividad de sinterización, lo que puede promover la combinación de sustratos y partículas. Al adoptar alúmina tabular sinterizada en la producción de ladrillos de alúmina de alta pureza y luego observar el efecto de diferentes corindones sinterizados en el rendimiento de los ladrillos de alúmina, los ingenieros descubrieron que las partículas de alúmina tabular sinterizada son pequeñas y están llenas de poros. En el proceso de sinterización, esa característica ayuda a esparcir los sustratos sinterizados, lo que también puede mejorar la resistencia a la sinterización y la resistencia a la permeabilidad del ladrillo de alúmina al combinar el sustrato y las partículas más estrechamente.

Los ladrillos de alúmina son productos refractarios con corindón como fase cristalina principal. Tienen buena estabilidad química y fuerte resistencia a escorias ácidas y alcalinas, metales y vidrio fundido. Se utiliza principalmente en altos hornos de fabricación de hierro, altos hornos calientes, hornos de refinación fuera de los hornos de fabricación de acero, hornos de fusión de vidrio y hornos industriales petroquímicos. En la actualidad, los ladrillos de alúmina de alta pureza disponibles en el mercado se producen principalmente con materias primas de alúmina fundida. La producción de alúmina fundida consume mucha energía con grandes pérdidas, lo que no es respetuoso con el medio ambiente. El uso de materias primas de corindón fundido para producir ladrillos de alúmina de alta pureza es difícil de sinterizar y tiene una baja capacidad de resistencia a la escoria. En los últimos años, como material refractario de alta calidad, la tecnología y la producción de alúmina tabular sinterizada han mejorado a pasos agigantados. Veamos la ventaja de fabricar ladrillos de alúmina con alúmina tabular sinterizada.

1 prueba

1.1 Materiales

Utilizamos alúmina tabular sinterizada como material para realizar la producción de prueba. La alúmina tabular que utilizamos tiene una tasa de porosidad de apariencia del 5,7%, una tasa de absorción de agua del 1,6% y una densidad aparente de 3,48 g/cm3. El material rival es alúmina fundida con una tasa de porosidad de apariencia del 8,8%, una tasa de absorción de agua del 2,4% y una densidad aparente de 3,61 g/cm3. Los índices son los siguientes:

1.2 Fabricación de prueba

Usando una batidora de rodillos de 15Kg, agregar sémola para premezclar por 3 minutos, luego agregar 3% de aglutinante y amasar por 1 min, y finalmente agregar polvo fino y amasar por 15 minutos, y darle forma en una prensa hidráulica de 100t con una presión de moldeo de 280 MPa. Las muestras moldeadas son ladrillos cilíndricos con φ50 mm × 50 mm, ladrillos cuboides con 150 mm × 25 mm × 25 mm y crisol con una dimensión exterior de φ50 mm × 50 mm y un tamaño de orificio interior de φ25 mm × 25 mm. Las muestras de ladrillo se fabrican en un horno eléctrico de temperatura ultraalta calentado a 1750 ℃ ​​durante 3 horas después de mantenerlo a 110 ℃ durante 3 horas y secar.

1.3 Prueba de rendimiento

Pruebe el cambio de línea permanente de calefacción, la densidad de volumen y la porosidad aparente, la resistencia a la compresión y la resistencia a la flexión a temperatura normal, la resistencia a la flexión a alta temperatura (a 1400 ° C durante 0,5 h) de las muestras según los estándares nacionales. Pruebe la capacidad de resistencia a la escoria mediante el método de crisol estático y observe la microestructura de la muestra mediante un microscopio electrónico de barrido SEM.

2 Resultado y conclusión

2.1 Microestructura del material

La  imagen 1  a continuación muestra la microestructura de las partículas de materia prima. Se encuentra que la alúmina tabular sinterizada está compuesta de cristales de oi-Al2O3 con un tamaño de partícula de 40~120μm y hay una cierta cantidad de poros esféricos cerrados. La estructura de la alúmina fundida es más densa, hay algunos poros abiertos de mayor tamaño.

(a) Grano de alúmina tabular sinterizada (b) Grano de alúmina tabular fundida

Imagen 1.

 2.2 Cambio lineal de recalentamiento

La imagen 2  muestra la curva de cambio lineal de recalentamiento de muestras elaboradas con diferentes materias primas. Los resultados experimentales muestran que todas las muestras tienen tendencia a encogerse por cocción. Sin embargo, a medida que aumentaba el contenido de alúmina tabular sinterizada, también aumentaba la contracción por cocción. Comparando los índices de las materias primas, encontramos que las partículas de alúmina tabular sinterizada contienen muchos más poros. Si la densidad real del α-Al2O3 es 3,99 g/cm3 y la densidad aparente es 3,48 g/cm3, entonces la cantidad total de porosidad es aproximadamente el 13%. Además, con un tamaño de cristal muy pequeño de alúmina tabular sinterizada, facilita la sinterización por transferencia de masa y distribución en el proceso de sinterización. De esta manera se produce una contracción del volumen porque algunos poros se eliminan de los límites del cristal junto con el movimiento de las sustancias. La densidad aparente de las partículas de alúmina fundida es de 3,61 g/cm3 y el porcentaje de todos los poros es de aproximadamente el 9 %. Dado que la alúmina fundida se produce fundiendo y condensando en un horno de arco eléctrico de alta temperatura, la materia prima tiene un tamaño de cristal grande y pocos canales límite de cristal. Por lo tanto, la contracción de sinterización es menor que la de las partículas tabulares de alúmina sinterizadas.

Imagen 2 Recalentamiento del cambio lineal en diferentes muestras.

2.3 Porosidad aparente y densidad aparente

En la Imagen 3 se muestra que, en general, las muestras con mayor contenido de alúmina tabular sinterizada tienen una menor porosidad aparente y una mayor densidad aparente. Esto se debe a que la porosidad aparente de la alúmina tabular sinterizada es mucho pequeña, alrededor del 5,7 %, mientras que la porosidad aparente de la alúmina fundida es del 8,8 %. Además, en comparación con la alúmina fundida, los poros de la alúmina tabular sinterizada son más fáciles de eliminar del cristal, lo que reduce la porosidad y consigue una mayor contracción del volumen, y aumenta aún más la densidad aparente de la muestra. Por lo tanto, la porosidad aparente de la muestra cocida disminuye con el aumento del porcentaje de alúmina tabular sinterizada.

Imagen 3 Porosidad aparente y densidad aparente para diferentes muestras.

La imagen 4  muestra que la resistencia a la compresión a temperatura normal (CCS) del ladrillo C1 de material de alúmina tabular sinterizada pura es mucho mayor que la del ladrillo C5 de material de alúmina fundida pura. Hay dos razones principales para ello. En primer lugar, desde el aspecto de la resistencia de la materia prima, el tamaño del cristal del material de alúmina tabular sinterizada es pequeño, y la resistencia a la fractura (σ) del material y el tamaño del cristal (G) tienen la siguiente relación funcional:

σ=f(G-1/2)

Por lo tanto, la resistencia del material de alúmina tabular sinterizada es relativamente alta, mientras que el material de alúmina fundida es quebradizo y fácil de desprender (como se muestra en  la Imagen 5(a) ), y también contiene una pequeña cantidad de fase β-Al2O3. , lo que reduce la resistencia del material.

En segundo lugar, desde el aspecto del estado de unión del material, la unión entre las partículas tabulares de alúmina sinterizada y el sustrato es buena, casi sinterizada en un todo. Las partículas de alúmina fundida no están bien unidas con el sustrato y se forman fácilmente grietas en forma de anillo alrededor de las partículas  (Imagen 5) (b) ). Debido a las dos razones anteriores, la resistencia mecánica del ladrillo C1 de material tabular sinterizado puro es mejor que la del ladrillo C5 de material de alúmina fundida pura.

Imagen 4 Resistencia a la compresión a temperatura normal y resistencia a la flexión para diferentes muestras

Imagen 5 la microestructura de muestras hechas de alúmina fundida.

Después de agregar 20 g de escoria de gasificación al crisol (consulte la Tabla 2 para conocer la composición de la escoria), calentar el crisol a 1550 ℃ en el horno eléctrico de prueba a una velocidad de calentamiento de 100 ℃/h y mantenerlo durante 3 h, y luego cortar el crisol a lo largo de la dirección axial después de enfriar a temperatura ambiente, observe los cambios de microestructura en la sección longitudinal.

La composición química de la escoria del horno se muestra a continuación:

Imagen 6 Perfil antiescorias del crisol estático

 Después de la prueba de corrosión de la escoria del horno de gasificación en suspensión de carbón y agua, observe la microestructura con un microscopio electrónico. La escoria de la gasificación de la lechada de agua de carbón tiene forma de espina de pescado, principalmente de fase anortita (como se muestra en  la Imagen 7 (a) ); la escoria reaccionó con la alúmina de los ladrillos de prueba y obtuvo una fase de espinela compuesta de magnesio, aluminio y hierro. El análisis del espectro de energía muestra que la composición de la fase compuesta de espinela es (x/%): MgO 40,43 %, Al2O 347,61 %, Fe2O3 11,96 %. La fase de espinela compuesta de magnesio, aluminio y hierro formada por la reacción forma un anillo alrededor de las partículas de alúmina (como se muestra en la  Imagen 7 (b) ). El espesor del anillo alrededor de las partículas de alúmina tabular sinterizada es de 60 ~ 90 μm, y el espesor del anillo alrededor de las partículas de alúmina fundida es de 50 ~ 70 μm, se puede ver que la escoria es más fácil de reaccionar con la tabular sinterizada porque la sinterizada La alúmina tiene una gran actividad de sinterización, cristales más pequeños, poros más cerrados y más límites cristalinos. La escoria es fácil de penetrar a lo largo de los límites del cristal y reaccionar químicamente con la alúmina tabular sinterizada.

(a)Escoria (b)C2 Superficie de trabajo

Imagen 7 Microestructura de una muestra de ladrillo de alúmina después de la prueba de resistencia a la escoria y la corrosión.

No hay una diferencia obvia en la profundidad de erosión de C1, C2, C3, C4 y C5. Todos son de aproximadamente 1 mm. La Figura 8 muestra las fotografías de la microestructura del ladrillo C1 y del ladrillo C5 después de la erosión, respectivamente. , haciendo que las partículas de corindón aparezcan como islas aisladas, luego reacciona con las partículas y las devora.

Toda la profundidad de erosión de C1, C2, C3, C4 y C5 es de alrededor de 1 mm, no tiene ninguna diferencia obvia.  La imagen 8  muestra las fotografías de la microestructura de los ladrillos C1 y C5 respectivamente después de la erosión. La escoria primero reacciona con el sustrato de ladrillo para hacer que las partículas de alúmina adopten formas de islas y luego reacciona con las partículas para devorarlas.

Imagen 8 Microestructura de una muestra de ladrillo de alúmina después de una prueba de resistencia a la escoria.

 La imagen 9 muestra que las formas de penetración de los ladrillos de prueba con diferentes formulaciones son similares. La escoria penetra en los ladrillos a lo largo de los poros, existe en los poros intergranulares y como fase vítrea y fases de anortita.

Imagen 9 Microestructura de una capa permeable C5 de una muestra de ladrillo de alúmina después de una prueba de resistencia a la escoria

Pero diferentes muestras muestran diferentes propiedades antipermeabilidad: la siguiente tabla muestra la profundidad de penetración del SiO2 en diferentes muestras. A medida que disminuye el contenido de alúmina tabular sinterizada en el ladrillo, la profundidad de penetración de la escoria muestra una tendencia creciente.

Hay dos razones para este resultado:

1. La muestra con alto contenido de alúmina tabular sinterizada tiene una porosidad aparente más baja;
2. Las partículas de material tabular sinterizado se adhieren mejor al sustrato, lo que evita la penetración de escoria en los ladrillos.

3 Conclusión

Debido al pequeño tamaño del cristal de la alúmina tabular, existe una gran cantidad de poros en las partículas, lo que es útil para realizar la sinterización por transferencia de masa. Algunos poros se eliminan del cristal a lo largo del límite del cristal con el movimiento de sustancias, lo que provoca una contracción de volumen. Esto da como resultado un aumento de la tasa de contracción y una disminución de la porosidad aparente en la sinterización al aumentar el contenido de alúmina tabular sinterizada.

La alúmina tabular sinterizada pura tiene una estructura de grano fino con alta resistencia y alta actividad de sinterización. Las partículas tabulares de alúmina sinterizada en el ladrillo tienen una buena unión con los sustratos, por lo que el rendimiento de resistencia mecánica aumenta a medida que aumenta el contenido de corindón sinterizado.

Dado que la alúmina tabular tiene dos ventajas importantes: baja porosidad aparente y excelente capacidad de unión con el sustrato, se demuestra que la alúmina tabular sinterizada puede ralentizar la penetración de la escoria en el ladrillo.