耐火材料中的高鋁礬土煅燒及煅燒時(shí)的幾個(gè)問(wèn)題

高鋁土礦是生產(chǎn)棕剛玉的主要原料，Al2O3含量88%-90%的高鋁熟料是亞白剛玉的主要原料，以氧化鋁為原料生產(chǎn)白剛玉和致密剛玉。鋁礦又稱高鋁礬土或鋁礬土，主要礦物為水鋁石(Al2O3.H2O)和三水鋁石(Al2O3-3H2O)。

我國(guó)高鋁土礦儲(chǔ)量極其豐富:產(chǎn)地從黃河以北的山西、河北、山東，穿過(guò)中部的河南、廣西，直至西南的貴州、云南。目前，高鋁礬土熟料的主要產(chǎn)地是山西、河南和貴州。開(kāi)發(fā)湖南也有一些規(guī)模較小的礦。我國(guó)高鋁礬土的主要礦物是水鋁石、勃姆石、高嶺石和葉蠟石，可分為三種類型:水鋁石-高嶺石。

(DK)；勃姆石-高嶺石(BK)；水鋁石-葉蠟石(DP)。目前，DK型高鋁礬土應(yīng)用廣泛，DK型高鋁礬土熟料按其Al2O3含量分為S.ⅰ.ⅱA.ⅱB.ⅲ等。

①高鋁礬土的化學(xué)成分是Al2O3和SiO2，其典型化學(xué)成分見(jiàn)表1。表2根據(jù)鋁土礦的化學(xué)成分和用途進(jìn)行分類。

注意：一至六級(jí)產(chǎn)品適用于一水硬鋁礦石；七級(jí)產(chǎn)品適用于三水鋁礦石。

Al2O3是鋁土礦的主要成分，含量越高越好。目前，工業(yè)氧化鋁的生產(chǎn)要求鋁硅比不低于3.0-3.5。其它氧化物被視為雜質(zhì)，SiO2是堿法生產(chǎn)氧化鋁的有害雜質(zhì)，鋁土礦中SiO2含量高，會(huì)降低冶煉棕剛玉或生產(chǎn)工業(yè)氧化鋁的生產(chǎn)效率。

TiO2和Fe2O3是高鋁礬土中的兩大雜質(zhì)。隨Al2O3的增加，TiO2的含量趨于同步增加。研究表明，TiO2主要與莫來(lái)石在二級(jí)高鋁莫來(lái)石形成固溶體，進(jìn)入玻璃相量少，不利于產(chǎn)品燒結(jié)，但有利于提高產(chǎn)品的高溫力學(xué)性能；在特種高鋁礬土中，TiO2進(jìn)入玻璃較多，會(huì)增加液相量，降低液相粘度，有利于燒結(jié)，但不利于提高產(chǎn)品的高溫性能。

高鋁礬土的堿金屬氧化物K2O.Na2O是一種強(qiáng)熔劑，在較低的溫度下產(chǎn)生液相。在加入量時(shí)，會(huì)影響熟料及制品的組成及含量，嚴(yán)重影響制品性能。

鋁礬土中CaO含量一般較低，約為0.2%。其存在不利于產(chǎn)品的高溫性能，在技術(shù)條件下限制了其含量。

高鋁磚用高鋁礬土煅燒

高鋁耐火材料主要由高鋁礬土、藍(lán)晶石、紅柱石、硅線石和工業(yè)氧化鋁制成。高鋁礬土是高鋁耐火材料的主要原料。

高鋁礬土在煅燒過(guò)程中發(fā)生了一系列物理化學(xué)變化。鋁礬土以水鋁石、高嶺石為主，其鍛燒過(guò)程大致可分為三個(gè)階段：脫水、莫來(lái)石化、二次莫來(lái)石化和重結(jié)晶燒結(jié)。

(1)當(dāng)分解脫水和莫來(lái)石化階段加熱到400-1200℃時(shí)，高鋁土礦會(huì)發(fā)生分解和莫來(lái)石化反應(yīng):

水鋁石-游離剛玉。

高嶺石-偏高嶺石

偏高嶺石-莫來(lái)石-無(wú)定形石英。

②二次莫來(lái)石化階段二次莫來(lái)石化又稱二次莫來(lái)石化，是指高鋁礬土中所含高嶺石分解形成莫來(lái)石后，經(jīng)沉淀的無(wú)定形SiO2與水鋁石分解成二次莫來(lái)石化。

游離剛玉-無(wú)定形石英-二次莫來(lái)石。

高鋁礬土因產(chǎn)生二次莫來(lái)石而引起體積膨脹，氣孔增大，造成燒制過(guò)程變松，這也是高鋁礬土難以燒結(jié)的原因。

③重結(jié)晶燒結(jié)階段二次莫來(lái)石化完成后，進(jìn)入重結(jié)晶階段。莫來(lái)石和剛玉晶體生長(zhǎng)，氣孔縮小消失，坯體逐漸致密燒結(jié)。這些過(guò)程都是在高溫下完成的。因此，高鋁耐火原料必須在較高的溫度和較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)達(dá)到良好的燒結(jié)。在含有少量Fe2O3.TiO2等雜質(zhì)時(shí)，它們與SiO2.Al2O3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生液相，有助于進(jìn)行二次莫來(lái)石化和重結(jié)晶過(guò)程。

高鋁礬土熟料的制備工藝和技術(shù)條件

制備冶煉棕剛玉的高鋁礬土熟料鋁土礦必須鍛燒。鍛造后的高鋁熟料不僅提高了品位，降低了剛玉冶煉的功耗，而且穩(wěn)定了爐況，提高了生產(chǎn)效率。鋁土礦加熱過(guò)程中的一系列物理化學(xué)變化可以劃分為分解、二級(jí)莫來(lái)石化和重結(jié)晶燒結(jié)三個(gè)階段。

鋁土礦煅燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化受多種因素的制約，包括Al2O3含量、礦物組成及其分布、煅燒溫度等。鋁土礦鍛燒過(guò)程中的物理化學(xué)變化如圖1所示。

鋁土礦高溫煅燒后的產(chǎn)物，稱為高鋁土礦熟料，是高鋁耐火材料的主要原料，也可用于剛玉的冶煉。

高鋁礬土熟料煅燒中的幾個(gè)問(wèn)題

我國(guó)生產(chǎn)的高鋁磚大多采用鋁礬土熟料，結(jié)合一定數(shù)量的粘土制成。煅燒高鋁礬土熟料多采用回轉(zhuǎn)窯或豎窯；煅燒高鋁磚多采用隧道窯或倒焰窯。蝦燒高鋁礬土熟料時(shí)，以粉煤、柴油或重油為燃料。應(yīng)以低能耗、高工作率燒制符合要求的熟料。因此，應(yīng)根據(jù)物料在高溫下的物理變化特點(diǎn)制定合理的煅燒制度。在制定煅燒制度時(shí)，應(yīng)注意高鋁礬土熟料煅燒中的幾個(gè)問(wèn)題。

一、確定進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯的物料塊度，應(yīng)以原料特性為依據(jù)。若物料中TiO2或K2O.Na2O含量較高，易燒結(jié)，物料塊度可放大，但較大塊度不超過(guò)40mm。篩分后的物料分為8~40mm(和8mm)。先加入8mm的小塊，待燒成帶的內(nèi)襯耐火磚掛在窯皮上，再加入8~40mm的大塊。這種循環(huán)加料，既保護(hù)了窯襯，又避免了結(jié)圈現(xiàn)象。若物料中K2O.Na2O等雜質(zhì)成分含量較少，可選擇較小的塊度，較大的塊度以不超過(guò)20mm為宜。

2.窯尾溫度也取決于材料的特性。若物料為D~K型礬土，在400~600℃下，水鋁石脫水變成剛玉假相；高嶺石變成無(wú)永高嶺石。因此，脫水階段窯溫不得高于400℃。入窯后，窯尾溫度突然高于此溫度，材料本身會(huì)爆裂，形成更多顆粒，造成結(jié)圈；如果窯尾溫度過(guò)高，高溫區(qū)域?qū)⒁苿?dòng)到窯尾一端，導(dǎo)致結(jié)圈向后移動(dòng)。處理結(jié)圈必然會(huì)影響回轉(zhuǎn)窯的運(yùn)行率。而且窯尾溫度過(guò)高，帶走的余熱過(guò)多，增加了燃料消耗。因此，窯尾溫度應(yīng)控制在220~400℃。

三、煅燒溫度高鋁礬土的燒結(jié)溫度與礬土中雜質(zhì)氧化物的種類和數(shù)量有關(guān)。R2O對(duì)燒結(jié)溫度的影響更大。當(dāng)R2O含量小于3.0%時(shí)，燒結(jié)溫度與R2O含量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系為:t=1625~91.4R中的t-燒結(jié)溫度為℃；R-R2O含量為%。對(duì)于泥狀結(jié)構(gòu)和粒狀結(jié)構(gòu)的高鋁土礦，物料的燒結(jié)溫度分別比經(jīng)驗(yàn)關(guān)系計(jì)算的溫度降低或升高10~20℃。煅燒溫度低，物料欠燒；煅燒溫度高，大量玻璃相生成，達(dá)不到所需的體積密度和孔隙率指標(biāo)。同理，高鋁礬土的燒成溫度受氧化鋁的影響較小，但其影響遠(yuǎn)小于R2O。鋁礬土的燒結(jié)溫度主要取決于Al2O3/SiO2的比值。Al2O3/SiO2比為2.55的ⅱ等高鋁礬土難以燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1700℃。特鋁礬土的燒結(jié)溫度為1550~1600℃，高鋁礬土的燒結(jié)溫度為1500℃左右。

4.煅燒時(shí)間物料莊回轉(zhuǎn)窯的停留時(shí)間與礦石的進(jìn)料量有關(guān)，進(jìn)料量取決于轉(zhuǎn)速。因此，調(diào)整回轉(zhuǎn)窯的速度可以控制物料的煅燒時(shí)間。窯內(nèi)物料停留時(shí)間r.窯內(nèi)徑d.L.斜度S.轉(zhuǎn)速n之間有下列關(guān)系：r=100L/dπSn,min由于回轉(zhuǎn)窯的窯型選擇，上述參數(shù)只適用于窯內(nèi)物料。因此，除了正確選擇窯型外，還必須考慮窯的更好速度，以確保材料有足夠的煅燒時(shí)間，使材料燒結(jié)�；剞D(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速。下料量與物料煅燒時(shí)間有以下參數(shù)關(guān)系。當(dāng)轉(zhuǎn)速為58~60r/min，下料量為1500~2000kg/h時(shí)，煅燒時(shí)間為4h。

五、火焰性質(zhì)在回轉(zhuǎn)窯中煅燒高鋁礬土應(yīng)采用哪種性質(zhì)的火焰，是一個(gè)有爭(zhēng)議的問(wèn)題。實(shí)踐表明，采用還原焰煅燒，體積密度低，材料截面容易產(chǎn)生細(xì)小裂紋。第二，由于氧化還原火焰的燃燒溫度容易受到過(guò)多空氣系數(shù)的影響，使其燃燒不穩(wěn)定；第二，氧化物在缺氧狀態(tài)下產(chǎn)生氧氣，從而影響其燒結(jié)。所以煅燒高鋁礬土最好采用弱氧化火焰。弱氧化焰能使火焰具有7~9m的長(zhǎng)度，因此燃燒溫度穩(wěn)定，獲得的礬土熟料體積密度高，波動(dòng)小，礬土熟料質(zhì)量穩(wěn)定。

六、窯體冷卻為降低窯體表面溫度，許多廠礦在筒體表面閑水冷卻。實(shí)際上，由于水冷，窯內(nèi)砌筑的高鋁磚被剝落，掉頭現(xiàn)象嚴(yán)重。停止水冷時(shí)，高鋁磚的剝落現(xiàn)象明顯減少。另外，水冷會(huì)加速窯殼鐵皮的氧化，所以窯皮的水冷不如風(fēng)冷。

7.物料冷卻速度的實(shí)踐表明，不同的冷卻速度對(duì)熟料的體積密度有一定的影響。在相同的鍛燒溫度下，熟料進(jìn)入冷卻簡(jiǎn)并立即水淬冷后，熟料顏色變?yōu)榛揖G色，體積密度較低，但經(jīng)冷卻處理后體積密度比水淬高0.02~0g/cm3。這種情況主要是由于慢速冷卻析晶較多，而快速冷卻則保留了較多的玻璃相。所以煅燒高鋁熟料不宜采用水淬急冷的方法。對(duì)筒空氣冷卻器適用于小型回轉(zhuǎn)窯。該冷卻器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。而且利用物體冷卻時(shí)所釋放的熱量預(yù)熱二次空氣，可提高燃燒溫度，既可利用余熱，又可實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

8.燃料和燒嘴的選擇視當(dāng)?shù)厝剂腺Y源而定，可將粉煤、柴油或重油作為回轉(zhuǎn)窯鍛燒鋁土熟料的燃料。

九、提高回轉(zhuǎn)窯煅燒高鋁礬土質(zhì)量的措施我國(guó)高鋁礬土原料多為D~K型。但由于原料中R2O.TiO2含量高，波動(dòng)大，采用塊狀原料煅燒工藝，礬土熟料質(zhì)量不如圭亞那。蘇里南等國(guó)家的出口價(jià)格也比這些國(guó)家的同類產(chǎn)品低40~60%。為了改變這種狀況，在現(xiàn)有回轉(zhuǎn)窯煅燒礬土熟料技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)采取以下改造措施:1)窯內(nèi)原料應(yīng)采用礦石均化成球技術(shù)。我國(guó)高鋁礬土原料包括致密塊狀材料和不均勻的疏松顆粒狀材料。原始煅燒熟料不易滿足燒結(jié)要求。就成分而言。甚至同一礦區(qū)的原料。成分變化也很大。所以礦石在人窯前要均勻處理：進(jìn)行磨細(xì)、配比、壓球作業(yè)。這樣，不僅可以利用粉礦制成不同等級(jí)的熟料，減少批量產(chǎn)品質(zhì)量的波動(dòng)，而且有助于降低熟料的燒制溫度。采用原料提純.合成煅燒工藝由于我國(guó)高鋁礬土礦石中TiO2.Fe2O3.R2O含量較高，所以礬土熟料中玻璃相.剛玉相含量較高，莫來(lái)石相含量較低。為了提高高鋁磚的高溫性能，需要增加礬土熟料中莫來(lái)石相的含量，降低玻璃相的含量。所以，若要對(duì)高鋁礬土原料進(jìn)行浮選凈化，除去有害雜質(zhì)氧化物；依據(jù)原料的化學(xué)礦物組成，配合一定量的粘土，提高燒后莫來(lái)石相的含量，這種礬土熟料的質(zhì)量可與圭亞那的礬土熟料相比較。

10.以純高鋁礬土為原料，在豎窯中掌握適當(dāng)?shù)撵褵郎囟仁顷P(guān)鍵。此外，采用合理的煅燒工藝條件和正確的操作，可以煅燒出質(zhì)量較好的高鋁礬土熟料。

煤與礦石的比例為1:8~l:10。每公斤煅燒礦石的熱耗為2500~3100kJ。每層礦石的添加量為1500~1700kg，煤炭需要120~170kg。

2)每三層裝窯作為一個(gè)循環(huán)層次的數(shù)量、水平和煤比的變化應(yīng)根據(jù)底火的實(shí)際情況進(jìn)行控制。

3)通風(fēng)條件為自然通風(fēng)，豎窯頂口排氣由煙囪排出。有時(shí)候，當(dāng)天氣悶熱或礦石過(guò)小等因素導(dǎo)致窯內(nèi)通風(fēng)不暢時(shí)，需要低壓送風(fēng)。

4)豎窯上部煙道廢氣溫度應(yīng)小于150℃；中部強(qiáng)火層窯溫為1500~1700℃；下出口熟料溫度為60~100℃。

五、高鋁礬土礦石理論燒減值15%，實(shí)際燒減值30%左右。

6)裝料深度為0.7~1.05m；裝料層數(shù)為2~3層。材料表面與窯頂口的距離為0.2~0.25m。6)每次間隔落料時(shí)間為2h~2040min。

7)每窯循環(huán)時(shí)間為60~72h。窯體積越大，循環(huán)時(shí)間越長(zhǎng)。8)容積50~55m3的豎窯日產(chǎn)熟料量為4~17t，容積60~80m3的豎窯日產(chǎn)熟料量為18~22t。

八、熟料質(zhì)量塊度3~20cm，過(guò)燒料與欠燒料之和應(yīng)小于5%。九、制作高鋁磚用高鋁礬土熟料的質(zhì)量要求，如冶金部頒發(fā)的YB2212~82標(biāo)準(zhǔn)。