耐火材料中的高铝矾土煅烧及煅烧时的几个问题

高铝土矿是生产棕刚玉的主要原料，Al2O3含量88%-90%的高铝熟料是亚白刚玉的主要原料，以氧化铝为原料生产白刚玉和致密刚玉。铝矿又称高铝矾土或铝矾土，主要矿物为水铝石(Al2O3.H2O)和三水铝石(Al2O3-3H2O)。

我国高铝土矿储量极其丰富:产地从黄河以北的山西、河北、山东，穿过中部的河南、广西，直至西南的贵州、云南。目前，高铝矾土熟料的主要产地是山西、河南和贵州。开发湖南也有一些规模较小的矿。我国高铝矾土的主要矿物是水铝石、勃姆石、高岭石和叶蜡石，可分为三种类型:水铝石-高岭石。

(DK)；勃姆石-高岭石(BK)；水铝石-叶蜡石(DP)。目前，DK型高铝矾土应用广泛，DK型高铝矾土熟料按其Al2O3含量分为S.ⅰ.ⅱA.ⅱB.ⅲ等。

①高铝矾土的化学成分是Al2O3和SiO2，其典型化学成分见表1。表2根据铝土矿的化学成分和用途进行分类。

注意：一至六级产品适用于一水硬铝矿石；七级产品适用于三水铝矿石。

Al2O3是铝土矿的主要成分，含量越高越好。目前，工业氧化铝的生产要求铝硅比不低于3.0-3.5。其它氧化物被视为杂质，SiO2是碱法生产氧化铝的有害杂质，铝土矿中SiO2含量高，会降低冶炼棕刚玉或生产工业氧化铝的生产效率。

TiO2和Fe2O3是高铝矾土中的两大杂质。随Al2O3的增加，TiO2的含量趋于同步增加。研究表明，TiO2主要与莫来石在二级高铝莫来石形成固溶体，进入玻璃相量少，不利于产品烧结，但有利于提高产品的高温力学性能；在特种高铝矾土中，TiO2进入玻璃较多，会增加液相量，降低液相粘度，有利于烧结，但不利于提高产品的高温性能。

高铝矾土的碱金属氧化物K2O.Na2O是一种强熔剂，在较低的温度下产生液相。在加入量时，会影响熟料及制品的组成及含量，严重影响制品性能。

铝矾土中CaO含量一般较低，约为0.2%。其存在不利于产品的高温性能，在技术条件下限制了其含量。

高铝砖用高铝矾土煅烧

高铝耐火材料主要由高铝矾土、蓝晶石、红柱石、硅线石和工业氧化铝制成。高铝矾土是高铝耐火材料的主要原料。

高铝矾土在煅烧过程中发生了一系列物理化学变化。铝矾土以水铝石、高岭石为主，其锻烧过程大致可分为三个阶段：脱水、莫来石化、二次莫来石化和重结晶烧结。

(1)当分解脱水和莫来石化阶段加热到400-1200℃时，高铝土矿会发生分解和莫来石化反应:

水铝石-游离刚玉。

高岭石-偏高岭石

偏高岭石-莫来石-无定形石英。

②二次莫来石化阶段二次莫来石化又称二次莫来石化，是指高铝矾土中所含高岭石分解形成莫来石后，经沉淀的无定形SiO2与水铝石分解成二次莫来石化。

游离刚玉-无定形石英-二次莫来石。

高铝矾土因产生二次莫来石而引起体积膨胀，气孔增大，造成烧制过程变松，这也是高铝矾土难以烧结的原因。

③重结晶烧结阶段二次莫来石化完成后，进入重结晶阶段。莫来石和刚玉晶体生长，气孔缩小消失，坯体逐渐致密烧结。这些过程都是在高温下完成的。因此，高铝耐火原料必须在较高的温度和较长的时间内达到良好的烧结。在含有少量Fe2O3.TiO2等杂质时，它们与SiO2.Al2O3发生化学反应，产生液相，有助于进行二次莫来石化和重结晶过程。

高铝矾土熟料的制备工艺和技术条件

制备冶炼棕刚玉的高铝矾土熟料铝土矿必须锻烧。锻造后的高铝熟料不仅提高了品位，降低了刚玉冶炼的功耗，而且稳定了炉况，提高了生产效率。铝土矿加热过程中的一系列物理化学变化可以划分为分解、二级莫来石化和重结晶烧结三个阶段。

铝土矿煅烧过程中的物理化学变化受多种因素的制约，包括Al2O3含量、矿物组成及其分布、煅烧温度等。铝土矿锻烧过程中的物理化学变化如图1所示。

铝土矿高温煅烧后的产物，称为高铝土矿熟料，是高铝耐火材料的主要原料，也可用于刚玉的冶炼。

高铝矾土熟料煅烧中的几个问题

我国生产的高铝砖大多采用铝矾土熟料，结合一定数量的粘土制成。煅烧高铝矾土熟料多采用回转窑或竖窑；煅烧高铝砖多采用隧道窑或倒焰窑。虾烧高铝矾土熟料时，以粉煤、柴油或重油为燃料。应以低能耗、高工作率烧制符合要求的熟料。因此，应根据物料在高温下的物理变化特点制定合理的煅烧制度。在制定煅烧制度时，应注意高铝矾土熟料煅烧中的几个问题。

一、确定进入回转窑的物料块度，应以原料特性为依据。若物料中TiO2或K2O.Na2O含量较高，易烧结，物料块度可放大，但较大块度不超过40mm。筛分后的物料分为8~40mm(和8mm)。先加入8mm的小块，待烧成带的内衬耐火砖挂在窑皮上，再加入8~40mm的大块。这种循环加料，既保护了窑衬，又避免了结圈现象。若物料中K2O.Na2O等杂质成分含量较少，可选择较小的块度，较大的块度以不超过20mm为宜。

2.窑尾温度也取决于材料的特性。若物料为D~K型矾土，在400~600℃下，水铝石脱水变成刚玉假相；高岭石变成无永高岭石。因此，脱水阶段窑温不得高于400℃。入窑后，窑尾温度突然高于此温度，材料本身会爆裂，形成更多颗粒，造成结圈；如果窑尾温度过高，高温区域将移动到窑尾一端，导致结圈向后移动。处理结圈必然会影响回转窑的运行率。而且窑尾温度过高，带走的余热过多，增加了燃料消耗。因此，窑尾温度应控制在220~400℃。

三、煅烧温度高铝矾土的烧结温度与矾土中杂质氧化物的种类和数量有关。R2O对烧结温度的影响更大。当R2O含量小于3.0%时，烧结温度与R2O含量之间的经验关系为:t=1625~91.4R中的t-烧结温度为℃；R-R2O含量为%。对于泥状结构和粒状结构的高铝土矿，物料的烧结温度分别比经验关系计算的温度降低或升高10~20℃。煅烧温度低，物料欠烧；煅烧温度高，大量玻璃相生成，达不到所需的体积密度和孔隙率指标。同理，高铝矾土的烧成温度受氧化铝的影响较小，但其影响远小于R2O。铝矾土的烧结温度主要取决于Al2O3/SiO2的比值。Al2O3/SiO2比为2.55的ⅱ等高铝矾土难以烧结，烧结温度为1700℃。特铝矾土的烧结温度为1550~1600℃，高铝矾土的烧结温度为1500℃左右。

4.煅烧时间物料庄回转窑的停留时间与矿石的进料量有关，进料量取决于转速。因此，调整回转窑的速度可以控制物料的煅烧时间。窑内物料停留时间r.窑内径d.L.斜度S.转速n之间有下列关系：r=100L/dπSn,min由于回转窑的窑型选择，上述参数只适用于窑内物料。因此，除了正确选择窑型外，还必须考虑窑的更好速度，以确保材料有足够的煅烧时间，使材料烧结。回转窑的转速。下料量与物料煅烧时间有以下参数关系。当转速为58~60r/min，下料量为1500~2000kg/h时，煅烧时间为4h。

五、火焰性质在回转窑中煅烧高铝矾土应采用哪种性质的火焰，是一个有争议的问题。实践表明，采用还原焰煅烧，体积密度低，材料截面容易产生细小裂纹。第二，由于氧化还原火焰的燃烧温度容易受到过多空气系数的影响，使其燃烧不稳定；第二，氧化物在缺氧状态下产生氧气，从而影响其烧结。所以煅烧高铝矾土最好采用弱氧化火焰。弱氧化焰能使火焰具有7~9m的长度，因此燃烧温度稳定，获得的矾土熟料体积密度高，波动小，矾土熟料质量稳定。

六、窑体冷却为降低窑体表面温度，许多厂矿在筒体表面闲水冷却。实际上，由于水冷，窑内砌筑的高铝砖被剥落，掉头现象严重。停止水冷时，高铝砖的剥落现象明显减少。另外，水冷会加速窑壳铁皮的氧化，所以窑皮的水冷不如风冷。

7.物料冷却速度的实践表明，不同的冷却速度对熟料的体积密度有一定的影响。在相同的锻烧温度下，熟料进入冷却简并立即水淬冷后，熟料颜色变为灰绿色，体积密度较低，但经冷却处理后体积密度比水淬高0.02~0g/cm3。这种情况主要是由于慢速冷却析晶较多，而快速冷却则保留了较多的玻璃相。所以煅烧高铝熟料不宜采用水淬急冷的方法。对筒空气冷却器适用于小型回转窑。该冷却器结构简单，操作方便。而且利用物体冷却时所释放的热量预热二次空气，可提高燃烧温度，既可利用余热，又可实现节能。

8.燃料和烧嘴的选择视当地燃料资源而定，可将粉煤、柴油或重油作为回转窑锻烧铝土熟料的燃料。

九、提高回转窑煅烧高铝矾土质量的措施我国高铝矾土原料多为D~K型。但由于原料中R2O.TiO2含量高，波动大，采用块状原料煅烧工艺，矾土熟料质量不如圭亚那。苏里南等国家的出口价格也比这些国家的同类产品低40~60%。为了改变这种状况，在现有回转窑煅烧矾土熟料技术的基础上，应采取以下改造措施:1)窑内原料应采用矿石均化成球技术。我国高铝矾土原料包括致密块状材料和不均匀的疏松颗粒状材料。原始煅烧熟料不易满足烧结要求。就成分而言。甚至同一矿区的原料。成分变化也很大。所以矿石在人窑前要均匀处理：进行磨细、配比、压球作业。这样，不仅可以利用粉矿制成不同等级的熟料，减少批量产品质量的波动，而且有助于降低熟料的烧制温度。采用原料提纯.合成煅烧工艺由于我国高铝矾土矿石中TiO2.Fe2O3.R2O含量较高，所以矾土熟料中玻璃相.刚玉相含量较高，莫来石相含量较低。为了提高高铝砖的高温性能，需要增加矾土熟料中莫来石相的含量，降低玻璃相的含量。所以，若要对高铝矾土原料进行浮选净化，除去有害杂质氧化物；依据原料的化学矿物组成，配合一定量的粘土，提高烧后莫来石相的含量，这种矾土熟料的质量可与圭亚那的矾土熟料相比较。

10.以纯高铝矾土为原料，在竖窑中掌握适当的煅烧温度是关键。此外，采用合理的煅烧工艺条件和正确的操作，可以煅烧出质量较好的高铝矾土熟料。

煤与矿石的比例为1:8~l:10。每公斤煅烧矿石的热耗为2500~3100kJ。每层矿石的添加量为1500~1700kg，煤炭需要120~170kg。

2)每三层装窑作为一个循环层次的数量、水平和煤比的变化应根据底火的实际情况进行控制。

3)通风条件为自然通风，竖窑顶口排气由烟囱排出。有时候，当天气闷热或矿石过小等因素导致窑内通风不畅时，需要低压送风。

4)竖窑上部烟道废气温度应小于150℃；中部强火层窑温为1500~1700℃；下出口熟料温度为60~100℃。

五、高铝矾土矿石理论烧减值15%，实际烧减值30%左右。

6)装料深度为0.7~1.05m；装料层数为2~3层。材料表面与窑顶口的距离为0.2~0.25m。6)每次间隔落料时间为2h~2040min。

7)每窑循环时间为60~72h。窑体积越大，循环时间越长。8)容积50~55m3的竖窑日产熟料量为4~17t，容积60~80m3的竖窑日产熟料量为18~22t。

八、熟料质量块度3~20cm，过烧料与欠烧料之和应小于5%。九、制作高铝砖用高铝矾土熟料的质量要求，如冶金部颁发的YB2212~82标准。