專利名稱：工業(yè)陶瓷成形體和工業(yè)陶瓷成形體的制備方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焙燒、堿性、耐火的工業(yè)陶瓷的彈性處理的成形體，其基于至少一種阻抗組分如氧化鎂和煅燒白云石。另外，本發(fā)明涉及一種制備該成形體的方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在水泥、石灰、白云石、菱鎂礦、鋼鐵和有色金屬工業(yè)以及玻璃工業(yè)中，一般類型的成形體在如爐子、槽或容器內(nèi)用作耐火襯里，特別是在涉及堿性爐渣腐蝕的高溫方法中。
雖然由如MgO或CaO/MgO(煅燒白云石)的阻抗組分(在下文中也被簡單地稱作阻抗體)構(gòu)成的成形體具有較高的耐火性和良好的抗化學(xué)性，但是由于它具有相對(duì)較高的彈性模量(modulus of elasticity)(E)和不利的剪切模量(shear modulus)(G)，因此它通常易碎。這尤其對(duì)熱應(yīng)力的耗散、機(jī)械應(yīng)力和耐熱沖擊性(TSR)產(chǎn)生有害影響。因?yàn)檩^低的彈性模量而是造成熱機(jī)械耐久性(thermomechanical durability)的原因，因此需要使具有較低的彈性模量。
為了增加彈性或?yàn)榱私档蛷椥阅Ａ浚梢栽跓铺沾蛇^程中向用于制備成形體的混合物中加入增塑劑組分(在下文中也被簡單地稱作增塑劑)或在混合物中加入產(chǎn)生增塑劑的原料是已知的。
例如，使用鉻礦或合成尖晶石制備具有8～12Gpa(吉帕斯卡)范圍內(nèi)的有效剪切模量的氧化鎂-鉻磚或氧化鎂-尖晶石磚。
含有熔融的鐵尖晶石或熔融的氧化鋯作為增塑劑的耐火磚具有較低的彈性，但是是可延展的。剪切模量為約15～20Gpa，因此相對(duì)較高。
這些已知的經(jīng)過彈性處理的、堿性、耐火成形體特別地在彈性、旋轉(zhuǎn)管式爐中所需的沉積物的形成、氧化還原抗性(redox resistance)、抗堿性、水合作用抗性(hydration resistance)、可處理性(disposability)方面被評(píng)估，可從下面的表中可看出這些已知成形體中各個(gè)成形體在這些特性方面所具有的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)表1已知成形體的定性性質(zhì)

僅氧化鎂-尖晶石磚和氧化鎂-氧化鋯磚難以在旋轉(zhuǎn)管式爐中形成穩(wěn)定的沉淀物；因此它們僅具有如用于水泥的旋轉(zhuǎn)管式爐的燒結(jié)區(qū)的被限定的可用性。雖然，氧化鎂-鐵尖晶石磚顯示出了良好的沉積物的形成(引自Variation of Physical and Chemical Parameters as a Tool forthe Development of Basic RefractoryBricks；Klischat，Hans-Jürgen，Dr.；Weibel，Guido-REFRATECHNICK GmbH，Germany in UnifiedInternational Technical Conference on Refractories，PROCEEDINGS，6thBiennial Worldwide Congress in conjunction with the 42nd InternationalColloquium on Refractories，Refractories 2000，BERLIN-Germany 6-9September 1999，50 Years German Refractory Association；pages 204-207)，但是氧化鎂-鐵尖晶石磚具有差的氧化還原抗性和抗堿性。氧化鎂-鉻磚具有同樣的性能，但已知其又具有處理問題。不含增塑劑的白云石磚的確保證了非常好的沉淀物的形成，但其抗堿性和水合作用抗性都是不足的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種堿性、經(jīng)過彈性處理的、耐火成形體，該耐火成形體同時(shí)具有高耐火性、優(yōu)良的抗化學(xué)性，特別是具有優(yōu)良彈性和好的沉淀物形成能力，及好的氧化還原抗性、抗堿性和水合性，并且可毫無問題地被處理。
本發(fā)明的目的通過權(quán)利要求1的特征實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案限定在從屬權(quán)利要求和其它權(quán)利要求中。
根據(jù)本發(fā)明，從許多已知阻抗體中選出的燒結(jié)的氧化鎂和/或熔融的氧化鎂或燒結(jié)的煅燒白云石和/或熔融的煅燒白云石被用作堿性阻抗體。具有CaO/Al2O3比率為0.14～0.2的鋁酸鈣、特別是具有氧化式CaO·6Al2O3或簡寫式CA6的化學(xué)合成物CaAl12O19已被發(fā)現(xiàn)作為增塑劑。
六方鋁酸鈣(Calcium hexaaluminate)具有化學(xué)式CaAl12O19或礦物名稱為“黑鋁鈣石”和氧化式CaO·6Al2O3或簡寫式CA6。
CA6中的Al2O3明顯不與如用于水泥的旋轉(zhuǎn)管式爐中的堿金屬和鈣化合物反應(yīng)，由于Al2O3已被CaO飽和。這會(huì)導(dǎo)致非常好的耐腐蝕性。也是水泥溶渣原料的重要成分的CA6中的CaO也許確保了在旋轉(zhuǎn)管式爐中非常有效的沉積物的形成，這種有效的沉積物的形成即使使用已知的、形成沉淀的、經(jīng)過彈性處理的、耐火成形體如氧化鎂-鐵尖晶石磚或氧化鎂-鉻磚也不能實(shí)現(xiàn)。
CA6在耐火材料中是已知的。其礦物氧化組分由α-Al2O3、β-Al2O3、CA6和CA2的礦物相混合物形成的耐火成形體可從DE 199 36292 C2得知。據(jù)報(bào)道礦物相混合物增加了成形體的耐蝕性。CA6在這里并沒有起到增加彈性的作用。
本發(fā)明借助于實(shí)施例說明如下具有最大粒度為4mm和符合典型福勒曲線(Fuller curve)的粒度分布的氧化鎂與具有粒度范圍為0.5～4mm的礦物六方鋁酸鈣混合，然后與所需量的作為粘合劑的木素磺酸鹽混合，被成形以形成磚并在130MPa的特定壓制壓力下壓制。在110℃下干燥后，磚在隧道窯中在1600℃的燒結(jié)溫度下焙燒。
由于加入的一定量的六方鋁酸鈣的作用，焙燒磚所獲得的特性如下面的表2所示。采用以相同方法焙燒的氧化鎂磚作為對(duì)比。
表2根據(jù)本發(fā)明成形體的特性與氧化鎂磚的特性的對(duì)比


從表2看出，根據(jù)本發(fā)明的磚充分地經(jīng)過彈性處理，以用在具有其動(dòng)力學(xué)條件的水泥旋轉(zhuǎn)管式爐中。彈性模量在極佳的范圍內(nèi)。熱耐震性(TSR)是極優(yōu)的。
導(dǎo)致磚的非常好的彈性化的機(jī)理至今還不能被清楚地確定。推測(cè)在磚的焙燒過程中在氧化鎂基質(zhì)和六方鋁酸鈣之間存在由這兩種材料熱的膨脹的差異而引起的微裂紋的形成。
下面的表3中列出表1中的已知成形體和根據(jù)本發(fā)明的成形體的各相關(guān)特性。
表3已知成形體的定性性質(zhì)與根據(jù)本發(fā)明成形體的定性性質(zhì)的對(duì)比

表3表示所有類型的至今已知的磚在本申請(qǐng)相關(guān)特性方面具有嚴(yán)重的缺點(diǎn)。與此相反，本發(fā)明的氧化鎂-CA6磚獨(dú)特地具有在其相關(guān)的應(yīng)用組合中至今未知的良好特性。
無論是出現(xiàn)嚴(yán)重的溫度改變以及無論是出現(xiàn)機(jī)械和熱機(jī)械應(yīng)力，根據(jù)本發(fā)明的成形體可被有利地使用。例如，可以應(yīng)用于磚土工業(yè)、特別是水泥、石灰、白云石和菱鎂礦工業(yè)以及黑色和有色金屬工業(yè)中的旋轉(zhuǎn)管式爐的燒結(jié)和過渡區(qū)，也可以用于鐵或鋼工業(yè)和有色金屬工業(yè)中的熔融和處理容器。根據(jù)本發(fā)明的成形體在結(jié)合良好沉淀物形成趨勢(shì)的水合抗性、抗堿性、氧化還原抗性和抗蝕性方面顯示出極佳的使用性能。由于毫無問題的可處理性，因而，根據(jù)本發(fā)明的成形體在使用后也優(yōu)于已知的產(chǎn)品。
根據(jù)本發(fā)明的堿性成形體的彈性化不僅使用純六方鋁酸鈣、而且對(duì)于在六方鋁酸鈣中存在高達(dá)10質(zhì)量％的次生相如SiO2和/或TiO2和/或Fe2O3和/或MgO也是可以被實(shí)現(xiàn)。而且，當(dāng)高達(dá)58質(zhì)量％的Al2O3已被Fe2O3代替時(shí)或當(dāng)Ca2+被Ba2+或Sr2+部分地代替時(shí)，六方鋁酸鈣還具有如在“Trojer，F(xiàn).Die oxydischen Kristallphasen der anorganischenIndustrieprodukte”，E.Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung，Stuttgart1963，page 272中所述的作用。
權(quán)利要求
1.一種焙燒、堿性、耐火、工業(yè)陶瓷成形體，包括至少一種堿性阻抗組分和增塑劑組分，其特征在于，增塑劑組分是具有0.14～0.2的CaO/Al2O3比率、特別是化學(xué)式為CaAl12O19的鋁酸鈣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成形體，其特征在于，增塑劑組分具有氧化物式CaO·6Al2O3或簡寫式CA6。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和/或2所述的成形體，其特征在于，增塑劑組分含有高達(dá)10質(zhì)量％的次生相。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的成形體，其特征在于，增塑劑組分含有SiO2和/或TiO2和/或Fe2O3和/或MgO作為次生相。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的成形體，其特征在于，在增塑劑組分中至多58質(zhì)量％的Al2O3被Fe2O3代替。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的成形體，其特征在于，在增塑劑組分中Ca2+部分地被Ba2+和/或Sr2+代替。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的成形體，其特征在于，阻抗組分為燒結(jié)的MgO和/或熔融的氧化鎂和/或燒結(jié)的白云石和/或熔融的白云石。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的成形體，其特征在于，成形體包括60～99.5質(zhì)量％的阻抗組分和0.5～40質(zhì)量％的增塑劑組分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的成形體，其特征在于，存在至少另一本來已知的增塑劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的成形體，其特征在于，總密度為2.5～3.2g/cm3。
11.根據(jù)權(quán)利要求1～10中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的成形體，其特征在于，孔隙度為12～25體積％、特別為14～23體積％。
12.根據(jù)權(quán)利要求1～11中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的成形體，其特征在于，冷態(tài)抗壓強(qiáng)度大于35MPa、尤其大于45MPa，并且冷態(tài)抗彎強(qiáng)度大于2MPa。
13.根據(jù)權(quán)利要求1～12中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的成形體，其特征在于，彈性模量為14～35GPa、特別為15～32GPa，并且剪切模量為6～15GPa、特別為7～14GPa。
14.根據(jù)權(quán)利要求1～13中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的成形體，其特征在于，耐熱沖擊性大于80。
15.根據(jù)權(quán)利要求1～14中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的成形體的制備方法，包括將至少一種阻抗組分與至少一種CA6增塑劑組分混合，將該混合物與粘合劑混合、并混合形成可成形的組合物，隨后使組合物成形以產(chǎn)生個(gè)體，并干燥該成形個(gè)體，然后在高溫下焙燒以燒結(jié)它們。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于，使用木素磺酸鹽作為粘合劑。
17.根據(jù)權(quán)利要求15和/或16的方法，其特征在于，使用的阻抗組分具有最大4mm的粒度，并且粒度分布符合福勒曲線。
18.根據(jù)權(quán)利要求15～17中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使用的增塑劑組分具有0.5～4mm的粒度范圍。
19.根據(jù)權(quán)利要求15～18中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征在于，干燥在100～120℃的溫度下進(jìn)行。
20.根據(jù)權(quán)利要求15～19中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征在于，燒結(jié)在1400～1700℃、特別是1550～1650℃溫度下進(jìn)行。
21.根據(jù)權(quán)利要求15～20中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使用60～99.5質(zhì)量％的阻抗組分和0.5～40質(zhì)量％的增塑劑組分。
22.根據(jù)權(quán)利要求15～21中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使用至少一種預(yù)合成的增塑劑組分。
23.根據(jù)權(quán)利要求15～22中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過混合適當(dāng)?shù)脑隙玫降挠糜谠鏊軇┙M分的粒狀混合物與阻抗組分混合，并且在焙燒期間產(chǎn)生增塑劑組分。
24.根據(jù)權(quán)利要求15～23中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征在于，進(jìn)行焙燒以使在阻抗基質(zhì)和增塑劑組分之間產(chǎn)生微裂紋。
25.根據(jù)權(quán)利要求15～24中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述方法制備的，根據(jù)權(quán)利要求1～14中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的成形體在旋轉(zhuǎn)管式爐的砌石內(nèi)襯中的應(yīng)用。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的應(yīng)用，其特征在于，成形體位于旋轉(zhuǎn)管式爐的燒結(jié)區(qū)。
27.根據(jù)權(quán)利要求25和/或26所述的應(yīng)用，其特征在于，成形體位于旋轉(zhuǎn)管式爐的下過渡區(qū)。
28.根據(jù)權(quán)利要求25～27中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的應(yīng)用，其特征在于，成形體位于用于水泥的旋轉(zhuǎn)管式爐中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種焙燒、堿性、耐火、工業(yè)陶瓷成形體，包括至少一種堿性的阻抗組分和增塑劑組分，其特征在于，增塑劑組分是一種具有簡寫式CA
文檔編號(hào)C04B35/043GK1714058SQ03825673
公開日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2003年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月19日
發(fā)明者漢斯-于爾根·克利舍特 申請(qǐng)人:耐火材料控股有限公司