铝硅系耐火原料近期发展

北京科技大学李勇教授作了题为"从耐火原料看中国冶金用耐火材料的近期 发展"的报告，诠释了铝硅系耐火原料的近期发展。

李教授首先分析了我国 Al2O3-SiO2 质耐火原料的特点：天然耐火矿物中铝矾 土资源丰富，主要分布在河南、山西和贵州等地，但高铝含量的矾土矿 (I等矾 土，Al2O3 ≥80%) 资源匮乏，且绝大多数应用于炼铝行业;高品位的"三石"(蓝 晶石、红柱石、硅线石) 矿较少;中低品位和废弃固废矿 (煤矸石、废弃铝土矿、 赤泥、冶金渣等) 含量大。认为选矿后的尾矿、中低品位 Al2O3-SiO2 质矿物的高 效利用是我国铝硅质耐火原料的发展方向。 目前，均化的方法是 Al2O3-SiO2 质天 然矿物合理利用和高效利用的一种加工工艺，并得到快速发展，但需要探索合适 的烧制办法，其中中低品位的 Al2O3-SiO2 质矿(Al2O3 含量 45%-70%)，杂质含量低， 由于二次莫来石化伴随的膨胀效应导致该类原料难烧结。中品位矾土基均质料二 次莫来石化反应更为明显，采用隧道窑煅烧易倒窑，烧成安全性差。低铝含量的 矾土基均质料烧成设备选择范围更宽，可以采用均化隧道窑或竖窑烧成。

建议可进一步探讨发展电熔工艺制备低铝矾土基的电熔莫来石。电熔低铝矾 土矿的化学组成为：Al2O3-67.67%、SiO2-14.20%、TiO2-5.38%、Fe2O3-0.11%，体积密度为 3.05g/cm3 。电熔法制备的矾土基莫来石材料具有致密度高，Fe2O3 杂质 含量低，莫来石晶体发育完善，TiO2 以赋存的形态分布在莫来石中的特点。"三 石"是生产低蠕变砖、红柱石砖等冶金耐火制品不可缺少的主原料，我国"三石" 矿资源匮乏，大量依靠南非红柱石、澳洲蓝晶石等进口原料，可采用富硅硅线石、 叶腊石等低铝矿物替代部分"三石"矿物。山西大同、 内蒙一带的煤矸石 Al2O3 含量在 45%-50%之间，具有杂质含量低 (尤其 Fe2O3 含量低)、存储量丰富的特点， 是一种优质的低铝质耐火原料，煤矸石基耐火原料的开发与应用得到快速发展。

总之，Al2O3-SiO2 天然原料组成确定其制品技术路线，比如：铁水包-铝碳体 系 (采用叶腊石-碳化硅基)、热风炉低蠕变体系 (采用普通烧结刚玉-大宗固弃 制备的电熔莫来石为原料)，杂质含量低的刚玉莫来石体系具有优良的抗碱蒸气 和抗 CO 侵蚀性能。

棕刚玉是高铝矾土为原料在电弧炉中提纯除杂而成，其主要杂质包括：Ti2O3、 Ti ( C,N,O ) 、 合 金 相 TiFeSi2 、 低 熔 点 相 Ca3Al2Si3 (Mg,Ti)O12 、 铝 酸 钙 Ca0.95Mg0.9Al10.1 (Ti)O17 以及 Al4C3 和 C。1600℃氮气条件下热处理后，棕刚玉含 Ti 物相中Ti 元素发生脱氧，在低熔相中析出Ti(C,N)，从而改善棕刚玉的性能。 烧结刚玉原料按照体密分为三个等级:>3.45g/cm3 、>3.55g/cm3 、>3.65g/cm3 ;热 风炉用刚玉-莫来石体系可以使用一些低密度的烧结刚玉，烧结刚玉体积密度一 般在 3.55g/cm3 ，致密化的烧结刚玉原料(>3.65g/cm3)更适用于炼钢体系：滑板、 连铸"三大件"、钢包、精炼包等。提升烧结刚玉的体积密度是世界难题，烧结 刚玉体积密度达到 3.65g/cm3 目前全球范围没有解决 。