我国烧结氧化铝材料的发展状况

板状刚玉又称板状氧化铝(TabularAlumina)，一种烧结氧化铝，略低于α-Al2O3熔点(2050℃)1925℃高温下快速烧结，晶粒达到烧结完全再结晶α-Al2O3，呈现二维平面板片状且有较多晶间晶内圆形封闭气孔显微结构特征。
 

板状刚玉1934年由ThomasS.Curtis其发明竖窑烧结得到，1935年经间试验后便商业化生产，用作耐火材料陶瓷行业窑炉内衬材料。20世纪50年代，才作为大宗耐火材料骨料应用于耐火行业。这个期间，美国铝业(现已改名为安迈铝业)开发了一系列以低Na2O工业氧化铝为原料板状刚玉产品。
 

我国板状刚玉发展历程
 

板状刚玉国内发展历程大致可以划分为四个阶段：初期接触阶段、了解发展阶段、尝试生产阶段、发展壮大阶段。
 

初步接触阶段
 

20世纪70年代，武钢07工程采用了以美国产板状刚玉为原料生产高铝砖，从而国内耐材行业才接触到板状刚玉，随着宝钢开工建设，引进了一些高档耐材制品生产技术，如滑板、连铸三大件等，由于生产需要，必须从美国铝业进口板状刚玉作为其主要原料。
 

了解发展阶段
 

1992年美国铝业赠送给洛阳耐火材料研究院一批颗粒料，经过该院深入剖析，对板状刚玉才有了较透彻了解。之后，美国铝业又将该产品引入国并推广应用。由于受到美国铝业技术控制，国内企业难以获得其生产技术。为促进民族工业发展，国耐火材料行业协会对烧结刚玉发展十分重视，“八五”、“九五”发展规划都作为重要课题攻关。国内科研院所、生产单位也展开连续不断探索，从上世纪90年代天津大学沈继耀教授课题组与原梅河口砂轮厂技术人员进行了电熔法实验，并通过技术鉴定，但由于使用技术限制未达到预期目，产品性能、理化指标达不到使用要求，因而未形成市场供应。
 

尝试生产阶段
 

与此同时，山东铝业建设一座直径200mm竖窑试验生产烧结板状刚玉，1996年济南市平阴鲁耐新型材料厂山东铝业试验基础上试建了一座直径为400mm竖窑生产烧结板状刚玉。
 

1999年汉秦元新材料有限公司广泛考察研究基础上，以洛阳耐火材料研究院陕西冶金设计院为主，联合济南市平阴鲁耐新型材料厂张会友等技术人员，于2001年建设了1条年产4000吨烧结板状刚玉生产线，于2002年9月生产出了满足用户使用要求产品，揭开了烧结板状刚玉国产化大规模生产序幕。
 

发展壮大阶段
 

汉秦元新材料有限公司烧结板状刚玉生产调试成功后，2003年10月份，淄博泰贝利尔铝镁有限公司烧结板状刚玉生产线开工建设。2005年江苏晶辉耐火材料有限公司开始建设烧结板状刚玉竖窑生产线;浙江自立股份有限公司2009~2011年3年间，每年投资建设一条板状刚玉生产线，目前板状刚玉产能达到40000吨/年。通过近10年研发，实现了烧结板状刚玉工业化、规模化、国产化。
 

板状刚玉生产基本过程
 

球磨
 

采用拜耳法轻烧氧化铝粉为原料，进行连续球磨，细度比表面积需达到一定要求，有助于氧化铝粉烧结与致密化。
 

成球
 

磨细后粉采用成球盘或成球筒成球。成型后坯球需具有一定强度，避免运往干燥器过程破裂。针对成球过程半成品球含水量高、易分层、干燥困难等问题进行相应工艺优化设计，妥善解决。
 

干燥
 

成形后坯球进入干燥器内，利用竖窑内逆流热风干燥除去约15%(w)水分。但竖窑内温度要严格控制，以免坯球内部产生裂纹分层，甚至结块堵炉等，最终造成球流运行断，干燥质量下降。
 

烧结
 

坯球干燥后进入竖窑。烧结温度为1900~1950℃。通过控制竖窑内热风温度及流速，获得晶体发育充分、烧结完全板状刚玉结构。烧成后经过冷却、捡选(捡出过烧欠烧制品)、检验(对烧结完全制品进行物化指标检测)、破碎筛分后，可以获得不同粒径尺寸产品。
 

 
图给出了浙江自立股份有限公司生产板状刚玉显微结构图。可以看出：低倍下刚玉晶粒大小50~200μm左右，晶内含有大量微米级气孔，晶粒延台阶状生长，使板状刚玉具有优异热震稳定性，从而耐火材料行业大规模应用。
 

板状刚玉发展趋势
 

原料选用发展趋势
 

板状刚玉生成过程其实氧化铝粉自身晶型转变及晶粒异常长大过程，杂质大部分都残留产品内，因此氧化铝粉原材料优劣决定着板状刚玉产品质量，目前板状刚玉生产普遍以进口工业氧化铝粉为主要原料，当前氧化铝粉价格居高不下情况下，从板状刚玉生产制造成本产品性能上对比分析研究，若能全部采用国产氧化铝粉或部分采用国产氧化铝粉替代进口氧化铝粉进行生产，不仅对生产企业具有一定指导意义，而且对整体个行业也一个有益借鉴。
 

应用领域
 

(1)由于客户按照吨钢结算来支付耐材费用，所以，耐火材料不消耗越多越好，而消耗量越少，这样其利润相对越高。为降低耐火材料消耗，提高耐材利润，就要求耐材生产商提高产品品质，积极研发高寿命耐用型耐火材料。板状刚玉作为氧化铝骨料顶级骨料原料使用量将更加被广泛使用。
 

(2)由于节能减排要求，电费价格上涨，势必带来电熔白刚玉价格上升。耐火原料应用，板状刚玉最大竞争原料为白刚玉，电熔白刚玉使用量减少，将会大大增加板状刚玉使用量。
 

(3)板状刚玉市场容量会进一步扩大。
 

沈继耀等人曾研究了板状刚玉(TA)与电熔白刚玉(FWA)用作颗粒料或基质料配料时对制品抗折强度及抗热震性能影响，结果表明：采用TA或FTC作颗粒料时各项性能无显著改善，但采用TA或FTC作为基质料要比FWA作基质料更能提高耐火材料抗折强度、抗热震性能及抗侵蚀性能。由于板状刚玉板片状结构及晶间封闭气孔特点决定，能使耐材性能得到提升，从而使板状刚玉可部分或全部替代电熔刚玉及白刚玉。
 

板状刚玉既可作为主成分用于铝碳质、铝镁碳质、镁铝碳质、镁尖晶石质、铝铬质耐火砖，也可作为富化氧化铝成分引入到高铝不定形耐火材料，可以广泛应用于钢铁、铸造、陶瓷等行业，其钢铁行业应用几乎涵盖了炼铁炼钢全过程。
 

生产企业、产能增加趋势
 

具目前不完全统计，截止2012年底，全国建成与建产能约30万吨，实际生产量约17万吨，2012年预计全年产量约25万吨左右。经过国内生产工厂努力，国际市场已经开始接受国板状刚玉产品，产品已经被日本、韩国、美国、印度、土耳其、伊朗、东南亚地区用户所认可。
 

存问题
 

外观颜色不稳定
 

由于工业氧化铝里含有部分微量MgO、CuO,受到炉内气氛影响时，出窑料有时会出现淡黄色、与淡紫色，与国外公司产品从外观上有明显差距。这与国内窑炉控制水平有关，短时间内难以解决。
 

烧结球形料分层比例
 

国内生产工厂采用筒式成球机来成球，基本上解决了成球关键技术，但关于成球机转速、加水量与速度，加母球量与速度，加粉量与速度之间关系，还没有探索出它们之间内关系，也难于稳定保障成球过程出现分层现象。另外，烘干球体方式也会影响到。从各生产工厂生产颗粒料来看，分层料比例多，这最急需解决问题。
 

存产能过剩风险
 

近年来，产能增加迅猛，一些大型耐火材料生产工厂，有计划自己上马板状刚玉生产线。如白刚玉生产条件没有大变化，市场空间已经不能承受30万吨左右板状刚玉产能。
 

随着经济形势变化，一些板状刚玉生产工厂势必举起价格战大旗来抢占市场。