성형 내화 벽돌에서 소결 판상 알루미나의 장점

소결된 판형 알루미나는 소결 활성이 높아 기질과 입자의 결합을 촉진할 수 있습니다. 고순도 알루미나 벽돌 생산에 소결 판형 알루미나를 채택한 다음 알루미나 벽돌의 성능에 대한 다양한 소결 커런덤의 영향을 관찰함으로써 엔지니어는 소결 판형 알루미나 입자가 작고 기공이 가득하다는 것을 발견했습니다. 소결 공정에서 이러한 특성은 소결 기판을 퍼뜨리는 데 도움이 되며, 기판과 입자를 더 단단히 결합하여 알루미나 벽돌의 소결 강도와 투과 저항을 향상시킬 수도 있습니다.

알루미나 벽돌은 커런덤을 주요 결정상으로 하는 내화 제품입니다. 화학적 안정성이 우수하고 산 및 알칼리 슬래그, 금속 및 용융 유리에 대한 강한 내성을 가지고 있습니다. 주로 제철용 고로, 고로 열간 용광로, 제강로 밖의 정련로, 유리 용해로 및 석유화학 공업로에 사용됩니다. 현재 시중에 판매되는 고순도 알루미나 벽돌은 주로 용융 알루미나 원료를 사용하여 생산됩니다. 용융 알루미나의 생산은 많은 에너지를 소비하며 손실도 크므로 환경친화적이지 않습니다. 고순도 알루미나 벽돌을 생산하기 위해 용융 커런덤 원료를 사용하면 소결이 어렵고 슬래그 저항성이 낮습니다. 최근 몇 년 동안 고급 내화물로서 소결 판상 알루미나의 기술과 생산량이 비약적으로 향상되었습니다. 소결된 판형 알루미나로 알루미나 벽돌을 만드는 장점을 살펴보겠습니다.

1개의 테스트

1.1 재료

우리는 소결 판형 알루미나를 재료로 사용하여 시험 생산을 하고 있습니다. 우리가 사용하는 판형 알루미나는 외관 다공성 비율 5.7%, 수분 흡수율 1.6%, 부피 밀도 3.48g/cm3입니다. 경쟁 소재는 외관 기공률 8.8%, 수분 흡수율 2.4%, 부피 밀도 3.61g/cm3인 용융 알루미나입니다. 인덱스는 아래와 같습니다.

1.2 시험생산

15Kg 롤러 믹서를 사용하여 사전 혼합용 그리트를 첨가하여 3분간 혼합한 후, 바인더 3%를 첨가하여 1분간 반죽하고, 마지막으로 미세분말을 첨가하여 15분간 반죽한 후 100t 유압프레스에서 성형압력 200m로 성형한다. 280MPa. 성형된 샘플은 150mm×25mm×25mm 크기의 Φ50mm×50mm 직육면체 벽돌과 외부 치수 Φ50mm×50mm 및 내부 구멍 크기 Φ25mm×25mm의 도가니가 있는 원통형 벽돌입니다. 벽돌 시료는 초고온 전기로에서 110℃를 3시간 동안 유지하고 건조시킨 후 1750℃에서 3시간 동안 가열하여 제작합니다.

1.3 성능 테스트

국가 표준에 따라 가열 영구 라인 변화, 체적 밀도 및 겉보기 다공성, 상온에서의 압축 강도 및 굴곡 강도, 샘플의 고온(0.5시간 동안 1400°C)에서의 굴곡 강도를 테스트합니다. 정적 도가니 방법으로 슬래그 저항 능력을 테스트하고 SEM 주사 전자 현미경으로 시료의 미세 구조를 관찰합니다.

2 결과 및 결론

2.1 재료의 미세구조

아래 이미지  1은  원료 입자의 미세 구조를 보여줍니다. 소결된 판형 알루미나는 입자 크기가 40~120μm인 oi-Al2O3 결정으로 구성되어 있으며 일정량의 폐쇄된 구형 기공이 있는 것으로 나타났습니다. 융합 알루미나의 구조는 더 조밀하고 더 큰 크기의 열린 기공이 있습니다.

(a) 소결 판상 알루미나 입자 (b) 융합 판상 알루미나 입자

이미지 1.

 2.2 재가열 선형 변화

이미지 2는  다양한 원료로 만든 샘플의 재가열 선형 변화 곡선을 보여줍니다. 실험 결과는 모든 샘플이 소성 수축 경향을 가지고 있음을 보여줍니다. 그러나 소결판상알루미나의 함량이 증가할수록 소성수축은 증가하는 것으로 나타났다. 원료 지수를 비교하면 소결된 판형 알루미나 입자가 훨씬 더 많은 기공을 포함하고 있음을 발견했습니다. α-Al2O3의 실제 밀도가 3.99g/cm3이고 부피 밀도가 3.48g/cm3이면 전체 기공률은 약 13%입니다. 또한, 소결된 판형 알루미나의 결정 크기가 매우 작기 때문에 소결 공정에서 확산 및 물질 이동 소결이 용이합니다. 따라서 물질의 이동에 따라 결정 경계에서 일부 기공이 제거되어 부피 수축이 발생합니다. 용융알루미나 입자의 부피밀도는 3.61g/cm3이고 전체 기공의 비율은 약 9%이다. 용융 알루미나는 고온의 전기로에서 용융 및 응축되어 생성되므로 원료의 결정 크기가 크고 결정 경계 채널이 거의 없습니다. 따라서 소결 수축률은 소결 판형 알루미나 입자의 수축률보다 작습니다.

이미지 2 다양한 샘플의 선형 변화 재가열.

2.3 겉보기 다공성과 겉보기 밀도

이미지 3에서는 일반적으로 소결된 판형 알루미나 함량이 높은 샘플이 겉보기 다공도가 낮고 벌크 밀도가 더 높다는 것을 보여줍니다. 이는 소결된 판상 알루미나의 겉보기 기공률이 5.7%로 훨씬 작은 반면, 용융 알루미나의 겉보기 기공률은 8.8%이기 때문이다. 또한, 용융 알루미나와 비교하여 소결된 판형 알루미나의 기공은 결정에서 제거하기가 더 쉽기 때문에 기공률이 감소하고 부피 수축이 더 커지며 시료의 부피 밀도가 더욱 증가합니다. 따라서, 소결된 판상 알루미나 비율이 증가함에 따라 소성된 샘플의 겉보기 다공성은 감소합니다.

이미지 3 다양한 샘플의 겉보기 다공성과 부피 밀도

이미지 4는  순수 소결 판형 알루미나 재료 ​​C1 벽돌의 상온 압축 강도(CCS)가 순수 용융 알루미나 재료 ​​C5 벽돌의 상온 압축 강도(CCS)보다 훨씬 크다는 것을 보여줍니다. 거기에는 두 가지 주된 이유가 있습니다. 첫째, 원료강도 측면에서 소결판상 알루미나재의 결정크기는 작고, 재료의 파괴강도(σ)와 결정크기(G)는 다음과 같은 함수관계를 갖는다.

σ=f(G-1/2)

따라서 소결된 판형 알루미나 재료의 강도는 상대적으로 높은 반면, 용융 알루미나 재료는 부서지기 쉽고 벗겨지기 쉬우며( 그림 5(a) 참조  ), β-Al2O3 상도 소량 존재합니다. , 이는 재료의 강도를 감소시킵니다.

둘째, 재료의 결합상태 측면에서 소결된 판상 알루미나 입자와 기재 사이의 결합이 양호하여 거의 전체적으로 소결되었다. 용융 알루미나 입자는 기판과 잘 결합되지 않으며 입자 주위에 고리 모양의 균열이 쉽게 형성됩니다  (그림 5)(b) ). 위의 두 가지 이유로 인해 순수 소결 판형 재료 C1 벽돌의 기계적 강도는 순수 용융 알루미나 재료 ​​C5 벽돌의 기계적 강도보다 우수합니다.

이미지 4 다양한 샘플의 상온 압축 강도 및 굽힘 저항 강도

이미지 5 용융 알루미나로 만든 샘플의 미세 구조

도가니에 가스화슬래그 20g을 넣은 후(슬래그 조성은 표 2 참조), 시험전기로에서 도가니를 100℃/h의 승온속도로 1550℃까지 가열하고 3시간 동안 유지시킨 후, 도가니를 따라 절단한다. 실온으로 냉각한 후 축 방향으로 종단면의 미세구조 변화를 관찰합니다.

용광로 슬래그의 화학 조성은 다음과 같습니다.

이미지 6 정적 도가니 슬래그 방지 프로파일

 석탄-물 슬러리 가스화로 슬래그의 부식시험 후 전자현미경으로 미세조직을 관찰한다. 석탄수 슬러리 가스화의 슬래그는 생선 뼈 모양이며 주로 anorthite 단계입니다( 그림 7(a) 참조  ). 슬래그는 테스트 벽돌의 알루미나와 반응하여 마그네슘-알루미늄-철 복합 스피넬 상을 얻습니다. 에너지 스펙트럼 분석은 복합 스피넬 상의 조성이 (x/%): MgO 40.43%, Al2O 347.61%, Fe2O3 11.96%임을 보여줍니다. 반응에 의해 형성된 마그네슘-알루미늄-철 복합 스피넬상은 알루미나 입자 주위에 고리를 형성합니다( 그림 7(b) 참조  ). 소결된 판상 알루미나 입자 주변의 링 두께는 60~90μm이고, 용융 알루미나 입자 주변의 링 두께는 50~70μm로, 슬래그가 소결된 판상 알루미나 입자와 반응하기 더 쉬운 것을 알 수 있다. 알루미나는 소결 활성이 크고, 결정이 더 작으며, 기공이 더 많이 닫혀 있고, 결정 경계가 더 많습니다. 슬래그는 결정 경계를 따라 침투하기 쉽고 소결된 판상 알루미나와 화학적으로 반응합니다.

(a)슬래그 (b)C2 작업 표면

그림 7 슬래그 및 내식성 테스트 후 알루미나 벽돌 샘플의 미세구조

C1, C2, C3, C4 및 C5의 침식 깊이에는 뚜렷한 차이가 없습니다. 그림 8은 침식 후 각각 C1 벽돌과 C5 벽돌의 미세 구조 사진을 보여줍니다. , 커런덤 입자를 고립된 섬 모양으로 만든 다음 입자와 반응하여 입자를 먹어치웁니다.

C1, C2, C3, C4 및 C5의 모든 침식 깊이는 약 1mm이며 뚜렷한 차이가 없습니다.  이미지 8은  침식 후 각각 C1 벽돌과 C5 벽돌의 미세 구조 사진을 보여줍니다. 슬래그는 먼저 벽돌 기질과 반응하여 알루미나 입자를 섬 모양으로 만든 다음 입자와 반응하여 입자를 먹어 치웁니다.

그림 8 슬래그 저항성 테스트 후 알루미나 벽돌 샘플의 미세구조

 이미지 9는 다양한 제형의 테스트 벽돌의 침투 방식이 유사함을 보여줍니다. 슬래그는 기공을 따라 벽돌 내부로 침투하여 유리상 및 회장석 상으로 입계 및 기공에 존재합니다.

그림 9 슬래그 저항성 테스트 후 알루미나 벽돌 샘플의 C5 투과층 미세구조

그러나 서로 다른 샘플은 서로 다른 반투과성 특성을 보여줍니다. 다음 표는 서로 다른 샘플에서 SiO2의 침투 깊이를 보여줍니다. 벽돌 내 소결판상알루미나 함량이 감소할수록 슬래그의 침투깊이는 증가하는 경향을 보인다.

이 결과에는 두 가지 이유가 있습니다.

1. 소결된 판형 알루미나 함량이 높은 샘플은 겉보기 다공성이 더 낮습니다.
2. 소결된 판형 재료 입자는 기질과 더 잘 결합되어 슬래그가 벽돌에 침투하는 것을 방지합니다.

3 결론

판형 알루미나는 결정 크기가 작기 때문에 입자 내에 많은 수의 기공이 존재하며 이는 물질 전달 소결에 도움이 됩니다. 물질의 이동에 따라 결정 경계를 따라 결정에서 일부 기공이 제거되어 부피 수축이 발생합니다. 이는 소결된 판형 알루미나 함량을 증가시킴으로써 소결 시 수축률이 증가하고 겉보기 기공률이 감소하는 결과를 가져옵니다.

순수 소결 판형 알루미나는 미세한 입자 구조를 갖고 있어 강도가 높고 소결 활성이 높습니다. 벽돌의 소결 판형 알루미나 입자는 기질과의 결합력이 좋기 때문에 소결 강옥의 함량이 증가할수록 기계적 강도 성능이 증가합니다.

판형 알루미나는 두 가지 중요한 장점을 가지고 있습니다: 낮은 겉보기 다공성과 기질과의 우수한 결합 능력, 소결 판형 알루미나는 슬래그가 벽돌로 침투하는 속도를 늦출 수 있음을 보여줍니다.