电熔致密刚玉是以工业氧化铝为原料,加入外加剂后在电弧炉中熔融而成。其外观呈灰色、灰黑色或灰白色,Al2O3不小于98%,显气孔率较电熔白刚玉低,一般不大于4%,体积密度不小于3.8g/cm3。其主晶相为α-Al2O3,次晶相有FeTiO 3、CaAl12O9、Ca3Si8 O9、TiN、Ti4O7,等,还有少量玻璃相。电熔致密刚玉是一种新型的高级耐火材料,耐酸、耐碱、高温下体积稳定,具有颗粒致密、气孔率低等特点。
由于操作和精炼时间不合适,在工业氧化铝熔炼时则可能使Al2O3过还原,生成碳化物,反应如下
2Al2O3+3C→Al4O4C+2CO
Al2O3+3C→Al2OC+2CO
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2Al2O3+9C→Al4C3+6CO
碳化物是刚玉熔块中的有害杂质,遇水或在潮湿的空气中存放会发生水解反应放出甲烷(CH4),从而使刚玉颗粒粉化;与酸作用又会发生酸解。所以,采用含有碳化物的刚玉原料制成的浇注料或捣打料在烘烤时就会开裂。
电熔刚玉中的碳化物与水的反应如下:
Al4C3+12H2O→3CH4+4Al(OH) 3
Al2OC+5H2O→CH4+2Al(OH)3
A l4O4C+8H2O→CH4+4Al(OH)3
以Al4C3为例, 在与水反应时生成物是Al(OH)3
及CH4。Al4C3及Al(OH) 3的真密度分别为2.36g/cm3和2.42g/cm3,反应后体积膨胀近1.1倍。Al(OH)3在受热(300~450℃)后又发生如下反应:
4Al(OH) 3→2Al2C3+6H2O
此时Al2O3的真密度为3.65g/cm3。生成的H2O又会参与碳化铝的水解反应。同时Al4C3在氧化气氛中加热(400~600℃)也会发生如下反应,生成大量气体
Al4C3+9O2→4Al2O3+6CO
上述反应使体积发生一胀一缩的变化,再加上放出大量的气体,这必然使砌体在烘烤或加热时开裂和粉化。因此在使用电熔致密刚玉时,要控制其总的碳含量不能超过0.14%。实际生产中通常可以采取将电熔刚玉进行进一步煅烧的方法,使材料中碳化铝氧化来解决易粉化的问题。
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