專利名稱：剛玉空心球的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種剛玉空心球的制備方法。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)能源日益枯竭，而新能源發(fā)展緩慢的今天，當前最迫切的任務(wù)是開發(fā)輕質(zhì)、高強、熱震穩(wěn)定性好、使用溫度高能滿足輕質(zhì)結(jié)構(gòu)高溫爐所需的內(nèi)襯材料，改變傳統(tǒng)的超高溫窯爐由于采用重質(zhì)結(jié)構(gòu)而存在的熱容量大、升溫速率低、能耗大、使用壽命短、中期維修量大等缺點，節(jié)約能源，為人類可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。
由于隔熱材料是通過引入氣孔的方式來獲得低熱導(dǎo)率，引入大量氣孔導(dǎo)致隔熱材料重燒線收縮率提高、荷重軟化溫度降低、高溫蠕變嚴重、耐壓強度降低，從而使隔熱材料的使用溫度很難提高，并使應(yīng)用范圍受到限制，因此尋找新的方法制備新的高溫隔熱材料一直是各國專家的工作重點。1986年蘇聯(lián)材料工作者采用增加Al2O3含量和成球預(yù)燒的辦法，生產(chǎn)出使用溫度可達1750℃的高溫隔熱材料；20世紀80年代中期又成功地生產(chǎn)出輕質(zhì)氧化鋁空心球陶瓷，氧化鋁纖維等輕質(zhì)隔熱材料，使用溫度可達1500～1800℃，不但可做隔熱層，也可以與火焰直接接觸。在現(xiàn)有的各種材質(zhì)的隔熱材料中，氧化鋁隔熱材料品種最多，使用溫度高，隔熱節(jié)能效果好，是當今重點發(fā)展的隔熱材料，其中輕質(zhì)氧化鋁空心球陶瓷是隔熱耐火材料技術(shù)進步的一個標志，它克服了原有泡沫氧化鋁產(chǎn)品強度低、高溫抗蠕變性能差的缺點，可直接接觸火焰，可作為內(nèi)襯結(jié)構(gòu)材料使用，推動傳統(tǒng)高溫窯爐結(jié)構(gòu)改造，為設(shè)計新型窯爐結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ)。
但是目前氧化鋁空心球采用高純α-Al2O3或γ-Al2O3粉體生產(chǎn)，由于原料緊張，近幾年氧化鋁粉大幅度漲價，產(chǎn)品價格居高不下，嚴重影響產(chǎn)品的應(yīng)用推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供以棕剛玉和亞白剛玉為原料的一種剛玉空心球的制備方法。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下以棕剛玉或亞白剛玉或兩者復(fù)合為主要原料，引入碳素材料或添加劑或兩者同時引入，或不引入碳素材料和添加劑，用三相交流電弧礦熱爐或直流電弧礦熱爐中熔煉，用高壓空氣進行噴吹，制造出剛玉空心球。
所用的棕剛玉其Al2O3重量百分含量92～97％，SiO2重量百分含量0～2.5％，所用的亞白剛玉其Al2O3重量百分含量95～99％，SiO2重量百分含量0～1.5％的，引入碳素材料或添加劑或兩者同時引入純化去除SiO2、Fe2O3、TiO2、Na2O、K2O、CaO和MgO雜質(zhì)。
加熱過程中其料液溫度為1900～2400℃，吹球空氣壓力為6～12kg/cm2。
所述的碳素材料是石油焦、焦炭、無煙煤，其用量為除Al2O3外雜質(zhì)總量摩爾百分比的0～10倍。
所述的添加劑是AlF3、MgF2、CaF2、AlCl3、MgCl2、Cl2，其用量為除Al2O3外雜質(zhì)總量摩爾百分比的0～3倍。
吹球噴嘴固定在爐嘴下方50～100mm處，噴嘴與爐嘴夾角為50～80°。噴嘴為扁形或圓形鋼管，鋼管直徑為30～60mm。
傾爐噴吹，傾爐最好采用變頻模式，先快后慢，與料液流速相匹配，用此方法可生產(chǎn)出剛玉空心球，然后分選得到0.2mm～5mm的剛玉空心球。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有的有益效果是本發(fā)明結(jié)合國內(nèi)剛玉材料的發(fā)展趨勢和生產(chǎn)特性，以棕剛玉和亞白剛玉為原料，在生產(chǎn)的過程中引入碳素材料和添加劑進一步去除SiO2、Fe2O3、TiO2及鉀納氧化物等雜質(zhì)，進一步提高其氧化鋁的含量，從而提高所得剛玉空心球及其制品的荷重軟化溫度和使用溫度。用此方法生產(chǎn)的棕剛玉空心球與用工業(yè)氧化鋁生產(chǎn)的空心球相比，具有使用溫度相接近和成本低廉的特點；與采用燃盡加入物法、泡沫法、氣體發(fā)生法生產(chǎn)的氧化鋁隔熱材料相比，具有更好的力學強度和更高的使用溫度，但其成本相接近。
具體實施例方式
實施例1原料為棕剛玉，其顆粒小于0.15mm，氧化鋁含量為92.0％，氧化硅含量為1.05％，脫硅粘度調(diào)節(jié)添加劑采用CaF2，其用量為氧化硅摩爾含量的1.5倍，將上述原料按比例配好混勻，稱重200公斤放在爐前待用。電弧爐熔煉準備工作完成后加入爐中熔煉，直至棕剛玉完全熔融，熔體不斷有氣泡冒出，此后調(diào)整電流精練20分鐘，溫度達到1900℃提起電極棒，提起電極棒，立即傾爐噴吹剛玉球。噴吹用空壓機壓力為10kg/cm2，噴嘴直徑為40mm，噴嘴寬度為5mm，噴嘴固定在爐嘴下方75mm處，噴嘴與爐嘴的夾角為68°。所得空心球產(chǎn)品為灰白色，有一些有發(fā)黃或發(fā)紅現(xiàn)象，氧化鋁含量為92.1％，主晶相為α-Al2O3，也有部分沒有成球或破損，粒度為0.2～5.0mm之間的空心球的堆積密度為0.75g/cm3。
實施例2原料為棕剛玉，其顆粒小于0.15mm，氧化鋁含量為95.6％，氧化硅含量為0.95％，將上述原料稱重200公斤放在爐前待用。電弧爐熔煉準備工作完成后加入爐中熔煉，直至棕剛玉完全熔融，熔體不斷有氣泡冒出，此后調(diào)整電流精練20分鐘，提起電極棒，溫度達到2050℃提起電極棒，立即傾爐噴吹剛玉球。噴吹用空壓機壓力為8kg/cm2，噴嘴直徑為30mm，噴嘴寬度為5mm，噴嘴固定在爐嘴下方50mm處，噴嘴與爐嘴的夾角為50°。所得空心球產(chǎn)品為灰白色，有一些有發(fā)黃或發(fā)紅現(xiàn)象，氧化鋁含量為96.2％，主晶相為α-Al2O3，也有部分沒有成球或破損，粒度為0.2～5.0mm之間的空心球的堆積密度為0.71g/cm3。
實施例3原料為棕剛玉，其顆粒小于0.15mm，氧化鋁含量為97.0％，氧化硅含量為0.85％。稱取棕剛玉200公斤，加入無煙煤2公斤，AlCl30.5公斤，將上述原料混勻后放在爐前待用。電弧爐熔煉準備工作完成后加入爐中熔煉，直至棕剛玉完全熔融，熔體不斷有氣泡冒出，此后調(diào)整電流精練20分鐘，溫度達到2300℃提起電極棒，提起電極棒，立即傾爐噴吹剛玉球。噴吹用空壓機壓力為12kg/cm2，噴嘴直徑為60mm，噴嘴寬度為5mm，噴嘴固定在爐嘴下方100mm處，噴嘴與爐嘴的夾角為80°。所得空心球產(chǎn)品為灰白色，有一些有發(fā)黃現(xiàn)象，氧化鋁含量為97.2％，主晶相為α-Al2O3，也有部分沒有成球或破損，粒度為0.2～5.0mm之間的空心球的堆積密度為0.68g/cm3。
實施例4原料為棕剛玉，其顆粒小于0.15mm，氧化鋁含量為95.6％，氧化硅含量為1.25％。稱取棕剛玉200公斤，加入石油焦2公斤，MgF20.5公斤，將上述原料混勻后放在爐前待用。電弧爐熔煉準備工作完成后加入爐中熔煉，直至棕剛玉完全熔融，熔體不斷有氣泡冒出，溫度達到2400℃提起電極棒，立即傾爐噴吹剛玉球。噴吹用空壓機壓力為10kg/cm2，噴嘴直徑為40mm，噴嘴寬度為5mm，噴嘴固定在爐嘴下方75mm處，噴嘴與爐嘴的夾角為68°。所得空心球產(chǎn)品為灰白色，有一些有發(fā)黃或發(fā)紅現(xiàn)象，氧化鋁含量為95％，主晶相為α-Al2O3，也有部分沒有成球或破損，粒度為0.2～5.0mm之間的空心球的堆積密度為0.71g/cm3。
實施例5原料為亞白剛玉，其顆粒小于0.15mm，氧化鋁含量為95.0％，氧化硅含量為0.95％，將上述原料稱重200公斤放在爐前待用。電弧爐熔煉準備工作完成后加入爐中熔煉，直至棕剛玉完全熔融，熔體不斷有氣泡冒出，此后調(diào)整電流精練20分鐘，溫度達到2200℃提起電極棒，提起電極棒，立即傾爐噴吹剛玉球。噴吹用空壓機壓力為10kg/cm2，噴嘴直徑為40mm，噴嘴寬度為5mm，噴嘴固定在爐嘴下方75mm處，噴嘴與爐嘴的夾角為68°。所得空心球產(chǎn)品為灰白色，氧化鋁含量為95.2％，主晶相為α-Al2O3，也有部分沒有成球或破損，粒度為0.2～5.0mm之間的空心球的堆積密度為0.65g/cm3。
實施例6原料為亞白剛玉，其顆粒小于0.15mm，氧化鋁含量為99.0％，氧化硅含量為0.55％。稱取亞白剛玉200公斤，加入焦炭1公斤，AlF30.4公斤，將上述原料混勻后放在爐前待用。電弧爐熔煉準備工作完成后加入爐中熔煉，直至亞白剛玉完全熔融，熔體不斷有氣泡冒出，此后調(diào)整電流精練20分鐘，溫度達到2400℃提起電極棒，提起電極棒，立即傾爐噴吹剛玉球。噴吹用空壓機壓力為10kg/cm2，噴嘴直徑為40mm，噴嘴寬度為5mm，噴嘴固定在爐嘴下方75mm處，噴嘴與爐嘴的夾角為68°。所得空心球產(chǎn)品為白色，氧化鋁含量為99.3％，主晶相為α-Al2O3，也有部分沒有成球或破損，粒度為0.2～5.0mm之間的空心球的堆積密度為0.66g/cm3。
實施例7原料為亞白剛玉，其顆粒小于0.15mm，氧化鋁含量為97.0％，氧化硅含量為0.55％。稱取亞白剛玉200公斤，加入焦炭2公斤，將上述原料混勻后放在爐前待用。電弧爐熔煉準備工作完成后加入爐中熔煉，直至亞白剛玉完全熔融，熔體不斷有氣泡冒出，然后采用石墨棒引入Cl20.3公斤，此后調(diào)整電流精練20分鐘，溫度達到2300℃提起電極棒，提起電極棒，立即傾爐噴吹剛玉球。噴吹用空壓機壓力為10kg/cm2，噴嘴直徑為40mm，噴嘴寬度為5mm，噴嘴固定在爐嘴下方75mm處，噴嘴與爐嘴的夾角為68°。所得空心球產(chǎn)品為白色，氧化鋁含量為98.7％，主晶相為α-Al2O3，也有部分沒有成球或破損，粒度為0.2～5.0mm之間的空心球的堆積密度為0.67g/cm3。
實施例8原料為亞白剛玉，其顆粒小于0.15mm，氧化鋁含量為99.0％，氧化硅含量為0.55％。稱取亞白剛玉200公斤，加入焦炭1公斤，MgF20.4公斤，將上述原料混勻后放在爐前待用。電弧爐熔煉準備工作完成后加入爐中熔煉，直至亞白剛玉完全熔融，熔體不斷有氣泡冒出，此后調(diào)整電流精練20分鐘，溫度達到2400℃提起電極棒，提起電極棒，立即傾爐噴吹剛玉球。噴吹用空壓機壓力為10kg/cm2，噴嘴直徑為40mm，噴嘴寬度為5mm，噴嘴固定在爐嘴下方75mm處，噴嘴與爐嘴的夾角為68°。所得空心球產(chǎn)品為白色，氧化鋁含量為98.5％，主晶相為α-Al2O3，也有部分沒有成球或破損，粒度為0.2～5.0mm之間的空心球的堆積密度為0.66g/cm3。
實施例9原料為亞白剛玉和棕剛玉，其顆粒小于0.15mm，棕剛玉氧化鋁含量為95.6％，氧化硅含量為1.25％，亞白剛玉氧化鋁含量為99.0％，氧化硅含量為0.55％。稱取亞白剛玉和棕剛玉各100公斤，加入焦炭2公斤，AlF30.4公斤，將上述原料混勻后放在爐前待用。電弧爐熔煉準備工作完成后加入爐中熔煉，直至亞白剛玉完全熔融，熔體不斷有氣泡冒出，此后調(diào)整電流精練20分鐘，溫度達到2400℃提起電極棒，提起電極棒，立即傾爐噴吹剛玉球。噴吹用空壓機壓力為10kg/cm2，噴嘴直徑為40mm，噴嘴寬度為5mm，噴嘴固定在爐嘴下方75mm處，噴嘴與爐嘴的夾角為68°。所得空心球產(chǎn)品為白色，氧化鋁含量為99.0％，主晶相為α-Al2O3，也有部分沒有成球或破損，粒度為0.2～5.0mm之間的空心球的堆積密度為0.68g/cm3。
權(quán)利要求
1.一種剛玉空心球的制備方法，其特征在于以棕剛玉或亞白剛玉或兩者復(fù)合為主要原料，引入碳素材料或添加劑或兩者同時引入，或不引入碳素材料和添加劑，用三相交流電弧礦熱爐或直流電弧礦熱爐中熔煉，用高壓空氣進行噴吹，制造出剛玉空心球。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的剛玉空心球的制備方法，其特征在于所用的棕剛玉其Al2O3重量百分含量92～97％，SiO2重量百分含量0～2.5％，所用的亞白剛玉其Al2O3重量百分含量95～99％，SiO2重量百分含量0～1.5％的，引入碳素材料或添加劑或兩者同時引入純化去除SiO2、Fe2O3、TiO2、Na2O、K2O、CaO和MgO雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的剛玉空心球的制備方法，其特征在于加熱過程中其料液溫度為1900～2400℃，吹球空氣壓力為6～12kg/cm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的剛玉空心球的制備方法，其特征在于所述的碳素材料是石油焦、焦炭、無煙煤，其用量為除Al2O3外雜質(zhì)總量摩爾百分比的0～10倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的剛玉空心球的制備方法，其特征在于所述的添加劑是AlF3、MgF2、CaF2、AlCl3、MgCl2、Cl2，其用量為除Al2O3外雜質(zhì)總量摩爾百分比的0～3倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的剛玉空心球的制備方法，其特征在于吹球噴嘴固定在爐嘴下方50～100mm處，噴嘴與爐嘴夾角為50～80°。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的剛玉空心球的制備方法，其特征在于噴嘴為扁形或圓形鋼管，鋼管直徑為30～60mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種剛玉空心球的制備方法。以棕剛玉或亞白剛玉或兩者為主要原料，引入碳素材料或添加劑或引入兩者同時引入純化去除SiO
文檔編號C04B35/657GK1789197SQ20051006129
公開日2006年6月21日 申請日期2005年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月28日
發(fā)明者王家邦 申請人:王家邦