專利名稱：鋁精煉用透氣耐火材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋁深加工行業(yè)的鋁熔煉精煉鑄造工序設(shè)備上(包括保溫靜置爐、溜槽和爐外在線精煉裝置除氣箱)的一種透氣耐火材料，主要涉及一種鋁精煉用透氣耐火材料及其制備方法。其能夠有效提高鋁液質(zhì)量且簡便易行。
背景技術(shù)：
鋁合金的熔煉過程包括了一系列的物理化學(xué)變化，其特點是1.熔化時間長；2.容易氧化；3.容易吸氣；4.容易吸收金屬雜質(zhì)。因此，在熔煉的過程中極易被污染。防止雜質(zhì)的污染是鋁及鋁合金熔煉時的一個重要問題。
鋁合金熔體凈化是保證鋁合金材料冶金質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)，是學(xué)術(shù)界和企業(yè)界廣泛關(guān)注的問題。鋁合金熔體凈化的目的主要是降低熔體中含氫量和氧化夾雜物的含量。對鋁合金熔體潔凈度的要求，氫的含量一般國內(nèi)先進(jìn)水平為0.15ml/100gAl，0.10ml/100gAl是國際領(lǐng)先水平。氧化夾雜物不允許有微米級的顆粒和聚集物。可見，對鋁合金熔體的潔凈度要求是非常嚴(yán)格的。要達(dá)到上述要求，需要采用各種先進(jìn)的熔體凈化處理技術(shù)。
近年來隨著鋁加工行業(yè)市場競爭日趨激烈，對鋁材產(chǎn)品的質(zhì)量提出越來越高的要求。作為鋁加工行業(yè)最前端的熔煉鑄造工序，其工藝的先進(jìn)性和產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣對鋁加工行業(yè)最終產(chǎn)品的質(zhì)量起著關(guān)鍵作用。爐型大噸位化、蓄熱式燃燒技術(shù)、爐溫爐壓的自動控制、電磁攪拌精煉工藝、鋁熔體凈化工藝等新技術(shù)在熔鑄精煉生產(chǎn)線的主要設(shè)備熔煉爐和保溫靜置爐上逐步推廣。國內(nèi)外鋁熔體凈化工藝主要有氣泡浮游法、真空處理法、超聲波處理法、稀土除氫法。其中氣泡浮游法最為流行和最具發(fā)展前景。而在保溫靜置爐、溜槽、除氣箱底部和側(cè)壁安裝吹氣透氣裝置向鋁熔體中吹氣的除雜凈化工藝，為氣泡浮游法，能起到去除氣體或氧化物夾雜、均勻溫度和成分、縮短精煉時間、提高熱效率、減少爐渣、減輕工人勞動強度等作用，還具有投資小、簡便易行、高效、無公害的特點，是最適于推廣應(yīng)用的凈化處理技術(shù)。鋁液同耐火材料內(nèi)襯之間的反應(yīng)不僅使鋁材產(chǎn)品質(zhì)量受到影響，而且使?fàn)t襯表面結(jié)瘤、鼓包和沉淀雜物。因此所選擇的材料應(yīng)具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，不與鋁液發(fā)生反應(yīng)；選擇的材料還應(yīng)與鋁液之間潤濕角大，使鋁液不易滲透。目前應(yīng)用于煉鋁工業(yè)的傳統(tǒng)耐火材料為礬土或焦寶石材料，礬土或焦寶石材料中SiO2，F(xiàn)e2O3和TiO2等能與純鋁或鋁合金發(fā)生氧化還原反應(yīng)，還原為單質(zhì)，嚴(yán)重污染鋁液。
一般制作耐火制品采用摩擦壓磚機或液壓機成型，但是對于成型透氣制品，如果采用上述壓機成型，制品內(nèi)部各部位結(jié)構(gòu)不均勻，從而導(dǎo)致制品各部位物理化學(xué)性能差異大、制品透氣度和流量波動大，內(nèi)部氣孔大而貫通，使氣體通過透氣制品時吹出的氣泡較大，不僅起不到去除微小氣體或氧化物夾雜的作用，還會引入較大夾雜，污染鋁液。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鋁精煉用透氣耐火材料及其制備方法，使其利用這種制作方法生產(chǎn)的透氣耐火材料，具有合理均勻的透氣結(jié)構(gòu)，能有效防止鋁液從透氣材料滲漏出來，通過透氣材料吹出的氣泡小而多，鋁液不易滲入，能夠有效提高鋁液質(zhì)量且簡便易行。
本發(fā)明的目的可采用如下技術(shù)方案來實現(xiàn)用于制備所述透氣耐火材料原料組成重量比為燒結(jié)合成致密六鋁酸鈣材料60～92％輔助材料8～30％外加結(jié)合劑 2.5～5.5％其中，輔助材料為板狀剛玉、電熔白剛玉、軟質(zhì)粘土、石英、藍(lán)晶石、氧化鉻綠和鋯英石材料中的幾種或全部。
所述制備透氣耐火材料原料中的60～90％的粒徑為0.5～2mm，顆粒形狀呈無尖棱角的圓形和橢圓形。
本發(fā)明所述透氣耐火材料的制備方法為將用于制備所述透氣耐火材料原料和結(jié)合劑充分混合，裝入成型模具，放在振動加壓成型機的振動平臺上，在物料上部加壓，加壓的壓力為10-20噸，加壓的同時振動平臺振動，振幅為3～5mm，振動時間5-15秒，最后1400-1700℃高溫?zé)伞?br> 本發(fā)明的原料主要組成為燒結(jié)合成致密六鋁酸鈣材料，其為比較高鋁類材料具有很高的化學(xué)純度，抵抗鋁液或合金的還原能力強。雖然液態(tài)鋁的溫度低于900℃，但目前高生產(chǎn)率導(dǎo)致較多的裝料量和較高的爐溫，爐溫常常達(dá)到或超過1200℃，而六鋁酸鈣材料具有很高的耐火度，并且在高于1200℃時對鋁液也顯示出較低的潤濕性。同時燒結(jié)合成致密六鋁酸鈣材料熱膨脹系數(shù)(20～1200℃，8.0×10-6℃-1)與Al2O3(剛玉)相近，可與剛玉以任何比例配合使用而不會熱膨脹失配。六鋁酸鈣材料體積密度也適中，大約3.0g/cm3。為此，選用燒結(jié)合成致密六鋁酸鈣材料為主原料，板狀剛玉、電熔白剛玉、結(jié)合粘土、石英、藍(lán)晶石、氧化鉻綠、鋯英石等材料中的幾種或全部，振動加壓成型方式成型，高溫?zé)?，組裝時外面加裝不銹鋼鋼套。
本發(fā)明提供一種透氣耐火材料的制作方法，利用這種制作方法生產(chǎn)的透氣耐火材料，結(jié)構(gòu)均勻，通過透氣材料吹出的氣泡小而多，鋁液不易滲入，這種透氣材料適用于鋁深加工行業(yè)的鋁精煉工藝流程設(shè)備，即應(yīng)用于鋁液保溫靜置爐、溜槽、除氣箱的底部和側(cè)壁上，能起到均勻鋁液溫度和成分、縮短精煉時間、提高熱效率節(jié)能降耗、減少爐渣、減輕工人勞動強度的作用，鋁材針孔率明顯減少，有效提高鋁液質(zhì)量。本發(fā)明采用邊振動邊加壓的方式成型，制品透氣和物理化學(xué)性能均勻穩(wěn)定。避免了上述傳統(tǒng)成型方法成型時制品內(nèi)部各部位結(jié)構(gòu)不均勻，從而導(dǎo)致制品各部位物理化學(xué)性能差異大、制品透氣度和流量波動大，內(nèi)部氣孔大而貫通的弊端，振動加壓成型時，物料裝入模具，放在振動平臺上，物料上部靠振動沖擊力加壓成型(一種勻速運動的法向力的疊加)，壓力同時振動平臺振動振幅3～5mm，調(diào)整合適的振動頻率使物料的流動性好，物料填充性適中。
鋁液在750℃時粘度僅為0.104Pa·s，與20℃時水的粘度0.1Pa·s相當(dāng)接近，是其易向耐火材料內(nèi)部滲透的主要原因。鋁液滲透性強，作為熔鋁保溫靜置爐和溜槽的透氣耐火材料一方面需要透氣性好同時也能防止鋁液滲透，另一方面希望獲得較高的致密度，使用壽命長。本發(fā)明所述的透氣耐火材料結(jié)構(gòu)，具有透氣性又能阻止鋁液滲透。這種透氣結(jié)構(gòu)是主要由粒徑相近的0.5～2mm左右的上述所用原料顆粒組成，顆粒形狀應(yīng)以呈無尖棱角的圓形和橢圓形為好，以獲得氣道均勻分布的透氣通道，且這些透氣通道不宜大，否則鋁液易滲透，以氣道直徑50μm以下效果好。
按照上述制備方法所生產(chǎn)的透氣耐火材料的理化指標(biāo)如下表所示

具體實施方式
給出本發(fā)明的實施例如下實施例1用于制備透氣耐火材料原料組成重量比燒結(jié)合成致密六鋁酸鈣92％，其中粒徑為0.5～2mm 75％，顆粒形狀呈無尖棱角的圓形和橢圓形，粒徑為200目17％；。
粒徑為200目藍(lán)晶石5％；軟質(zhì)粘土3％；糊精(外加)2％；羧甲基纖維素(外加)1％。
將上述原料充分混合，裝入成型模具，放在振動加壓成型機平臺上，加壓力為15噸，加壓的同時振動平臺振動，振幅為3mm，振動時間5秒，最后1600℃高溫?zé)?。制成的透氣耐火材料流?0.3MPa)40Nm3/h，常溫耐壓強度39Mpa。
實施例2用于制備透氣耐火材料原料組成重量比燒結(jié)合成致密六鋁酸鈣67％，其中粒徑為2～1mm50％200目17％；粒徑為0.5～2mm板狀剛玉25％；粒徑為200目藍(lán)晶石5％；軟質(zhì)粘土3％；糊精(外加)2％；羧甲基纖維素(外加)1％。其中粒徑為2～1mm的燒結(jié)合成致密六鋁酸鈣和板狀剛玉的顆粒形狀呈無尖棱角的圓形和橢圓形。
將上述原料充分混合，裝入成型模具，放在振動加壓成型機平臺上，加壓力16噸，加壓的同時振動平臺振動，振幅為5mm，振動時間9秒，最后1500℃高溫?zé)伞Ｖ瞥傻耐笟饽突鸩牧狭髁?0.3MPa)45Nm3/h，常溫耐壓強度49Mpa。
實施例3用于制備透氣耐火材料原料組成重量比燒結(jié)合成致密六鋁酸鈣67％，其中粒徑為2～1mm 35％ 1～0.5mm 15％ 200目 17％；粒徑為2～1mm板狀剛玉25％；粒徑為200目藍(lán)晶石5％；軟質(zhì)粘土3％；糊精(外加)2％；羧甲基纖維素(外加)1％。其中粒徑為2～1mm的燒結(jié)合成致密六鋁酸鈣和板狀剛玉的顆粒形狀呈無尖棱角的圓形和橢圓形。
將上述原料充分混合，裝入成型模具，放在振動加壓成型機的平臺上，加壓15噸，加壓的同時振動平臺振動，振幅為4mm，振動時間10秒，最后高溫1550℃燒成。制成的透氣耐火材料流量(0.3MPa)45Nm3/h，常溫耐壓強度49Mpa。
實施例4用于制備透氣耐火材料原料組成重量比燒結(jié)合成致密六鋁酸鈣92％，其中粒徑為2～1mm 85％ 200目 7％；粒徑為200目藍(lán)晶石5％；軟質(zhì)黏土3％；糊精(外加)2％；羧甲基纖維素(外加)1％。其中粒徑為2～1mm的燒結(jié)合成致密六鋁酸鈣和板狀剛玉的顆粒形狀呈無尖棱角的圓形和橢圓形。
將上述原料充分混合，裝入成型模具，放在振動加壓成型機的平臺上，加壓15噸，加壓的同時振動平臺振動，振幅為5mm，振動時間7秒，最后1600℃高溫?zé)伞Ｖ瞥傻耐笟饽突鸩牧狭髁?0.3MPa)40Nm3/h；常溫耐壓強度32Mpa。
實施例5用于制備透氣耐火材料原料組成重量比粒徑為1～0.5mm的燒結(jié)合成致密六鋁酸鈣75％，顆粒形狀呈無尖棱角的圓形和橢圓形；粒徑為200目的板狀剛玉17％；粒徑為200目的石英5％；軟質(zhì)粘土3％；糊精(外加)2％；羧甲基纖維素(外加)1％。
將上述原料充分混合，裝入成型模具，放在振動加壓成型機的平臺上，加壓16噸，加壓的同時振動平臺振動，振幅為4mm，振動時間11秒，最后高溫1600℃燒成。制成的透氣耐火材料流量(0.3MPa)39Nm3/h，常溫耐壓強度54Mpa。
實施例6用于制備透氣耐火材料原料組成重量比粒徑為1～0.5mm的燒結(jié)合成致密六鋁酸鈣75％，顆粒形狀呈無尖棱角的圓形和橢圓形；電熔白剛玉200目17％；石英200目5％；軟質(zhì)粘土3％；糊精(外加)2％；羧甲基纖維素(外加)1％。
將上述原料充分混合，裝入成型模具，放在振動加壓成型機的平臺上，在物料上部用液壓機加壓，加壓的同時振動平臺振動，振幅為4mm，振動10秒，最后1600℃高溫?zé)?。制成的透氣耐火材料流?0.3MPa)39Nm3/h，常溫耐壓強度52Mpa。
實施例7用于制備透氣耐火材料原料組成重量比粒徑為2～1mm燒結(jié)合成致密六鋁酸鈣75％，顆粒形狀呈無尖棱角的圓形和橢圓形；粒徑為200目板狀剛玉14％；粒徑為200目藍(lán)晶石5％；軟質(zhì)黏土3％；鋯英石3％；糊精(外加)2％；羧甲基纖維素(外加)1％。
將上述原料充分混合，裝入成型模具，放在振動加壓成型機的平臺上，加壓15噸，加壓的同時振動平臺振動，振幅為5mm，最后1550℃高溫?zé)伞Ｖ瞥傻耐笟饽突鸩牧狭髁?0.3MPa)40Nm3/h，常溫耐壓強度39Mpa。
實施例8用于制備透氣耐火材料原料組成重量比
粒徑為2～1mm燒結(jié)合成致密六鋁酸鈣75％，顆粒形狀呈無尖棱角的圓形和橢圓形；粒徑為200目板狀剛玉12％；粒徑為200目藍(lán)晶石5％；軟質(zhì)黏土3％；氧化鉻綠5％；糊精(外加)2％羧甲基纖維素(外加)1％。
將上述原料充分混合，裝入成型模具，放在振動加壓成型機的平臺上，加壓16噸，加壓的同時振動平臺振動，振幅為4mm，振動時間9秒，最后1550℃高溫?zé)?。制成的透氣耐火材料流?0.3MPa)40Nm3/h，常溫耐壓強度44Mpa。
權(quán)利要求
1.一種鋁精煉用透氣耐火材料，其特征是用于制備所述透氣耐火材料原料組成重量比為燒結(jié)合成致密六鋁酸鈣60～92％輔助材料8～30％外加結(jié)合劑 2.5～5.5％其中，輔助材料為板狀剛玉、電熔白剛玉、軟質(zhì)粘土、石英、藍(lán)晶石、氧化鉻和鋯英石材料中的幾種或全部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁精煉用透氣耐火材料，其特征是所述制備透氣耐火材料原料中的60～90％的粒徑為0.5～2mm，顆粒形狀呈無尖棱角的圓形和橢圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁精煉用透氣耐火材料，其特征是所述的鋁精煉用透氣耐火材料中，氧化鋁的含量重量比為50～100％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁精煉用透氣耐火材料，其特征是所述的外加結(jié)合劑為糊精、羧甲基纖維素和磷酸二氫鋁的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁精煉用透氣耐火材料的制備方法，其特征是將用于制備所述透氣耐火材料原料和結(jié)合劑充分混合，裝入成型模具，放在振動加壓成型機的振動平臺上，在物料上部加壓，加壓的壓力為10-20噸，加壓的同時振動平臺振動，振幅為3～5mm，振動時間5-15秒，最后1400-1700℃高溫?zé)伞?br> 全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁精煉用透氣耐火材料及其制備方法，用于制備所述透氣耐火材料原料組成重量比為燒結(jié)合成致密六鋁酸鈣材料60～92％，輔助材料8～30％，外加結(jié)合劑2.5～5.5％，其中，輔助材料為板狀剛玉、電熔白剛玉、軟質(zhì)粘土、石英、藍(lán)晶石、氧化鉻綠和鋯英石材料中的幾種或全部。其制備方法是將用于制備所述透氣耐火材料原料和結(jié)合劑充分混合，裝入成型模具，放在振動加壓成型機的振動平臺上，在物料上部加壓，加壓的壓力為10－20噸，加壓的同時振動平臺振動，振幅為3～5mm，振動時間5－15秒，最后1400－1700℃高溫?zé)伞１景l(fā)明采用邊振動邊加壓的方式成型的透氣耐火材料，結(jié)構(gòu)均勻，通過透氣材料吹出的氣泡小而多，鋁液不易滲入。
文檔編號C04B35/622GK1884201SQ200610018089
公開日2006年12月27日 申請日期2006年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月11日
發(fā)明者張暉, 祿向陽, 劉志宏, 尹洪麗, 竇景一 申請人:中鋼集團(tuán)洛陽耐火材料研究院