專利名稱：一種具有高爾夫球表面形貌特征的耐高溫陶瓷顆粒的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有高爾夫球表面形貌特征的耐高溫陶瓷顆粒的制造方法，屬于耐火材 料領(lǐng)域。，
背景技術(shù)：
耐火材料是高溫技術(shù)工業(yè)所必須的基礎(chǔ)材料。鋼鐵工業(yè)、有色金屬冶煉工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、 建材工業(yè)、.化學(xué)工業(yè)等國民經(jīng)濟(jì)重要支柱工業(yè)的發(fā)展都離不開耐火材料工業(yè)的發(fā)展。耐火材 料工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步為我國國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)做出了重要的貢獻(xiàn)。
在各種耐火磚和耐火澆注料'等耐火制品中，起骨架支撐作用的顆粒原料對(duì)保證耐火材料 的性能起著十分重要的作用。目前耐火材料領(lǐng)域使用的起骨架支撐作用的顆粒原料一般是先 將相應(yīng)礦物和化工原料通過破碎除雜后，再經(jīng)燒結(jié)或者電熔使其密實(shí)，最后再破碎分級(jí)成所 需要的粒徑大小的顆粒原料。這些顆粒原料可以規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)，使用其制得的制品能夠獲 得比較高的強(qiáng)度。但是這些顆粒棱角比較突出，形狀不規(guī)則，粒徑相差較大。將其用到耐火 材料制品中，顆粒的棱角處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，容易導(dǎo)致耐火材料的異常斷裂和基體的變形 破壞，從而影響耐火制品的使用性能和使用壽命。
因此，工業(yè)上為獲得性能較穩(wěn)定的耐火材料產(chǎn)品通常將這些棱角突出的顆粒原料采用自 磨法整形或者加入一定量的研磨介質(zhì)后進(jìn)行滾動(dòng)整形或用高速氣流作為載體將這些棱角突出 的顆粒原料噴到一個(gè)空間，讓高速運(yùn)動(dòng)的顆粒之間的反復(fù)相互沖擊碰撞與摩擦作用，有效地 打掉較為突出的棱角，使得棱角鈍化。這樣雖然能夠減少一部分較為突出的棱角，在耐火制 品的應(yīng)用中能夠避免一些應(yīng)力集中的產(chǎn)生，但是仍然不能完全滿足某些高穩(wěn)定耐火制品的苛 刻要求。
當(dāng)然，也有利用滾動(dòng)成球工藝將粉料成球并經(jīng)過高溫煅燒后作為顆粒原料的，但是球形 顆粒原料雖然克服了棱角狀顆粒原料易產(chǎn)生應(yīng)力集中的缺點(diǎn)，但是使用球形顆粒原料制得的 制品的強(qiáng)度較低。文獻(xiàn)(王桂萱，秦建敏.顆粒材料力學(xué)性質(zhì)的離散元數(shù)值模擬[.J].大連大 學(xué)學(xué)報(bào)，2007， 28 (6)， 27~31.)指出顆粒形狀、表面性質(zhì)對(duì)顆粒體的宏觀力學(xué)響應(yīng)有顯著 的影響，在相同顆粒級(jí)配、有效初始空隙比和顆粒數(shù)目的情況下，橢圓形顆粒材料的強(qiáng)度高 于圓形的。而高爾夫球形顆?？梢钥闯墒侨舾蓚€(gè)橢圓形顆粒組成的，分析認(rèn)為具有高爾夫球 表面形貌顆粒的制品強(qiáng)度可能高于球形顆粒的制品強(qiáng)度。所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究工作也說明了相 同條件下具有高爾夫球表面形貌.顆粒的制品強(qiáng)度高于球形顆粒的制品強(qiáng)度。
為了解決棱角狀顆粒原料容易使得制品產(chǎn)生應(yīng)力集中和球形顆粒原料制得的制品的強(qiáng)度 較低的問題，本發(fā)明提出了一種具有高爾夫球表面形貌特征的耐高溫陶瓷顆粒的制造方法，相信在耐高溫材料制品和耐火澆注料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
同等體積條件下，高爾夫球形顆粒相對(duì)于球形顆粒來說，增加了顆粒的表面積，使顆粒
與基體結(jié)合面積更大，相應(yīng)的結(jié)合強(qiáng)度更高。此外，高爾夫球形顆粒平緩的凸起克服了棱角 狀顆粒易于應(yīng)力集中的缺點(diǎn)，有利于提高制品的使用性能和穩(wěn)定性。本發(fā)明一種具有高爾夫 球表面形貌特征的耐高溫陶瓷顆粒的制造方法具有成本低、適宜規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)、采用其作 為顆粒原料制品具有強(qiáng)度穩(wěn)定和抗熱震性能好等顯著優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對(duì)目前棱角狀顆粒原料易產(chǎn)生應(yīng)力集中和球形顆粒原料制得的制品強(qiáng)度 較低等問題，利用具有高爾夫球表面形貌特征的顆粒不易產(chǎn)生應(yīng)力集中而且使用其作為顆粒 原料制備,火材料制品的強(qiáng)度高、熱震穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，提出一種具有高爾夫球表面形貌特 征的耐高溫陶瓷顆粒的制造方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
本發(fā)明提出的一種具有高爾夫球表面形貌特征的耐高溫陶瓷顆粒的制造方法，其特征在 于采用滾動(dòng)成球的方法成球，工藝過程分為兩個(gè)步驟來實(shí)施成球的包裹。第一步先在滾動(dòng)成 球機(jī)內(nèi)表面用成霧狀噴頭噴上一層薄薄的水膜，使得滾動(dòng)成球機(jī)內(nèi)表面變濕，然后將粒度比
較細(xì)的相應(yīng)原料粉(粒徑《10(^m)均勻的撒到滾動(dòng)成球機(jī)內(nèi)表面，滾動(dòng)成球機(jī)并經(jīng)過滾動(dòng)
一段時(shí)間后使得相應(yīng)原料細(xì)粉變成為細(xì)小的顆粒之后，繼續(xù)進(jìn)行成霧狀噴水、撒相應(yīng)的原料 粉、滾動(dòng)成球的持續(xù)進(jìn)行，使得相應(yīng)的原料細(xì)粉一層一層的包裹到細(xì)小顆粒的表面，直到成
球到所需要的球形顆粒的大小， 一般成球后的粒徑為0.20~25mm;第二步為在成形好的顆粒 球的表面再包裹一層粒徑比較粗的相應(yīng)原料粉(粒徑在100 35(Vm之內(nèi))，繼續(xù)進(jìn)行成霧狀 噴水、撒相應(yīng)的粒徑比較粗的原料粉、滾動(dòng)成球的持續(xù)進(jìn)行，使得相應(yīng)粒徑比較粗的原料細(xì) 粉一層一層的包裹到球形顆粒的表面，直到成球到所需要的高爾夫球表面形貌特征的顆粒大 小，該過程包裹的粒徑比較粗的原料粉厚度可以在0.05~8mm范圍內(nèi)，該層包裹的粒徑比較 粗的原料粉的厚度影響著具有高爾夫球表面形貌特征顆粒的高爾夫球形度特征， 一般來說， 當(dāng)該過程包裹的粒徑比較粗的原料粉的厚度比較小時(shí)，顆粒具有的高爾夫球表面形貌特征很 明顯，完全和高爾夫球表面形貌特征一致；如果該過程包裹的粒徑比較粗的原料粉的厚度比 較大時(shí)，顆粒具有的高爾夫球表面形貌特征有些不規(guī)則，也就是說有些凸起大一些，有些凸 起小一些。幸然，具有高爾夫球表面形貌特征顆粒的表面狀態(tài)是可以用肉眼直接判定的，當(dāng) 成球到所需要的高爾夫球表面形貌特征的顆粒大小時(shí)可以停止加料和停止噴霧狀水并切斷滾 動(dòng)成球的電源，取出相應(yīng)的具有高爾夫球表面形貌特征的顆粒生坯，再經(jīng)過干燥脫水和相應(yīng) 要求的高溫煅燒后即可得到所述的具有高爾夫球表面形貌特征的耐高溫陶瓷顆粒。
本發(fā)明所述的成球和包裹所用的原料可以是氧化鋁粉或六鋁酸鈣粉或尖晶石粉或莫來石 粉或鋁砜土生料粉等，也可以采用能夠生成六鋁酸鈣、尖晶石或莫來石等的礦物原料和化工
4原料。成縛的粉和包裹的原料粉可以是不相同粒徑規(guī)格的同種原料粉，也可以是不同粒徑規(guī) 格的不同種原料粉。這些成形好的具有高爾夫球表面形貌的顆粒生坯，再分別經(jīng)過干燥脫水 和經(jīng)過各種原料相應(yīng)要求的高溫煅燒后即可得到所述的具有高爾夫球表面形貌特征的耐高溫 陶瓷顆粒。
本發(fā)明可以制備具有高爾夫球表面形貌特征的耐高溫剛玉顆粒、具有高爾夫球表面形貌
特征的耐高溫六鋁酸鈣顆粒、具有高爾夫球表面形貌特征的耐高溫尖晶石顆粒、具有高爾夫
球表面形貌特征的耐高溫莫來石顆粒、具有高爾夫球表面形貌特征的煅燒鋁礬土熟料顆粒。
如果成球的粉和包裹的原料粉采用的是不同粒徑規(guī)格的不同種原料粉，那么本發(fā)明就可以制 備具有核殼結(jié)構(gòu)特征且內(nèi)外組分不同和具有高爾夫球表面形貌特征的相應(yīng)各種陶瓷顆粒。
所述具有高爾夫球表面形貌特征的耐高溫陶瓷顆粒的直徑為0.25 33mrn。 具體賣施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明 實(shí)施例l
以制備一種具有高爾夫球表面形貌特征的耐高溫氧化鋁陶瓷顆粒為例。使用a-Al203粉 為原料(氧化鋁要求八1203》96《％)。
首先在滾動(dòng)成球機(jī)內(nèi)表面用成霧狀噴頭噴上一層薄薄的水膜，使得滾動(dòng)成球機(jī)內(nèi)表面變 濕，然后將粒度比較細(xì)的a-Ab03粉(D50為40nm)均勻的撒到滾動(dòng)成球機(jī)內(nèi)表面，滾動(dòng)成 球機(jī)并經(jīng)過滾動(dòng)一段時(shí)間后使得a-Al203細(xì)粉變成為細(xì)小的顆粒之后，繼續(xù)進(jìn)行成霧狀噴水、 撒a-Al203細(xì)粉、滾動(dòng)成球的持續(xù)進(jìn)行，使得a-A1203細(xì)粉一層一層的包裹到細(xì)小顆粒的表 面，直到成球到所需要的球形顆粒的大小，成球后的粒徑在2(K22mm的占到90%以上，然 后在成形好的顆粒球的表面再包裹一層粒徑比較粗的a-Al203粉(D50為15(Him)，繼續(xù)進(jìn)行 成霧狀噴水、撒相應(yīng)的粒徑比較粗的a-Al203粉、滾動(dòng)成球持續(xù)進(jìn)行，使得相應(yīng)粒徑比較粗 的a-Al203粉一層一層的包裹到球形顆粒的表面，直到成球到所需要的高爾夫球表面形貌特 征的顆粒大小，包裹的粒徑比較粗的d-Al203粉厚度為2mm，得到具有高爾夫球表面形貌特 征的顆粒生坯，其顆粒生坯的粒徑在22 24rnrn的占到90%以上。
將顆粒生坯經(jīng)過在干燥箱中先于7(TC干燥4h，再于10(rC烘干8h，使顆粒的含水率S3.0c/0。 最后將干燥好的生坯用耐火匣缽裝好，于高溫爐中煅燒，最終煅燒溫度1750'C。即可得到所 述的具有高爾夫球表面形貌特征的耐高溫氧化鋁陶瓷顆粒。即得到相應(yīng)的高爾夫球形或近高
爾夫球形氧化鋁陶瓷顆粒，由于煅燒后的顆粒有些收縮，其粒徑在21 23mm范圍內(nèi)占到90M 以上。
實(shí)施M2
以制備一種具有高爾夫球表面形貌特征的耐高溫尖晶石粉陶瓷顆粒為例。使用尖晶石粉為原料。
首先在滾動(dòng)成球機(jī)內(nèi)表面用成霧狀噴頭噴上一層薄薄的水膜，使得滾動(dòng)成球機(jī)內(nèi)表面變 濕，然后將'粒度比較細(xì)的尖晶石粉(D50為45pm)均勻的撒到滾動(dòng)成球機(jī)內(nèi)表面，滾動(dòng)成球 機(jī)并經(jīng)過滾動(dòng)一段時(shí)間后使得尖晶石粉細(xì)粉變成為細(xì)小的顆粒之后，繼續(xù)進(jìn)行成霧狀噴水、 撒尖晶石細(xì)粉、滾動(dòng)成球的持續(xù)進(jìn)行，使得尖晶石細(xì)粉一層一層的包裹到細(xì)小顆粒的表面， 直到成球到所需要的球形顆粒的大小，成球后的粒徑在21~23mm的占到85%以上，然后在 成形好的顆粒球的表面再包裹一層粒徑比較粗的尖晶石粉(D50為14(Hrni)，繼續(xù)進(jìn)行成霧狀 噴水、撒相應(yīng)的粒徑比較粗的尖晶石粉、滾動(dòng)成球持續(xù)進(jìn)行，使得相應(yīng)粒徑比較粗的尖晶石 粉一層一層的包裹到球形顆粒的表面，直到成球到所需要的高爾夫球表面形貌特征的顆粒大 小，包裹的粒徑比較粗的尖晶石粉厚度為1.5mm，得到具有高爾夫球表面形貌特征的顆粒生 坯，其顆粒生坯的粒徑在22.5~24.5mm的占到90%以上。
將顆粒生坯經(jīng)過在干燥箱中先于60'C干燥4h，再于IO(TC烘干10h，使顆粒的含水率 ^4.0%。最后將干燥好的生坯用耐火匣缽裝好，于高溫爐中煅燒，最終煅燒溫度1650°C。即 可得到所述的具有高爾夫球表面形貌特征的耐高溫尖晶石粉陶瓷顆粒。即得到相應(yīng)的高爾夫 球形或近高爾夫球形尖晶石粉陶瓷顆粒，由于煅燒后的顆粒有些收縮，其粒徑在21 23mm范 圍內(nèi)占到90%以上。
實(shí)施例3
以制備一種具有高爾夫球表面形貌特征的耐高溫莫來石陶瓷顆粒為例。使用粘土和氧化 鋁粉為原料(粘土要求Al2Cb含量為35.0-38.0wt.%， Fe203含量為0.1-1.0wt.%， CaO+MgO含 量為0.1-0.4wt.%， Na20+K20含量為0.1-0.8wt.%; A1203>W wt.%)。
首先按照莫來石的理論配比把粘土粉與氧化鋁粉配好并用混料機(jī)混合均勻，接著在滾動(dòng) 成球機(jī)內(nèi)表面用成霧狀噴頭噴上一層薄薄的水膜，使得滾動(dòng)成球機(jī)內(nèi)表面變濕，然后將粒度 比較細(xì)的粘土和氧化鋁混合粉(D50為35pm)均勻的撒到滾動(dòng)成球機(jī)內(nèi)表面，滾動(dòng)成球機(jī)并 經(jīng)過滾動(dòng)一段時(shí)間后使得粘土和氧化鋁混合細(xì)粉變成為細(xì)小的顆粒之后，繼續(xù)進(jìn)行成霧狀噴 水、撒粘土和氧化鋁混合粉細(xì)^K滾動(dòng)成球的持續(xù)進(jìn)行，使得粘土和氧化鋁混合粉細(xì)粉一層 一層的包裹到細(xì)小顆粒的表面，直到成球到所需要的球形顆粒的大小，成球后的粒徑在 20~22mm的占到90%以上，然后在成形好的顆粒球的表面再包裹一層粒徑比較粗的粘土和氧 化鋁混合粉(D50為200pm)，繼續(xù)進(jìn)行成霧狀噴水、撒相應(yīng)的粒徑比較粗的粘土和氧化鋁混 合粉、滾動(dòng)成球持續(xù)進(jìn)行，使得相應(yīng)粒徑比較粗的粘土和氧化鋁混合粉一層一層的包裹到球 形顆粒的表面，直到成球到所需要的高爾夫球表面形貌特征的顆粒大小，包裹的粒徑比較粗 的粘土和氧化鋁混合粉厚度為3mm，得到具有高爾夫球表面形貌特征的顆粒生坯，其顆粒生 坯的粒徑在23~25mm的占到90%以上。
將顆粒生坯經(jīng)過在干燥箱中先于7(TC干燥4h，再于10(rC烘干8h，使顆粒的含水率^.0。/0。最后將干燥好的生坯用耐火匣缽裝好，于高溫爐中煅燒，最終煅燒溫度1600°C。即可得到所 述的具有高爾夫球表面形貌特征的耐高溫氧化鋁陶瓷顆粒。即得到相應(yīng)的高爾夫球形或近高 爾夫球形氧化鋁陶瓷顆粒，由于煅燒后的顆粒有些收縮，其粒徑在22 24mm范圍內(nèi)占到90M 以上。
實(shí)施例4
以制備一種具有高爾夫球表面形貌特征的耐高溫六鋁酸鈣結(jié)合氧化鋁陶瓷顆粒為例。使 用氧化鋁粉、輕質(zhì)碳酸鈣粉和氫氧化鋁粉為原料(氧化鋁要求Al203^96 wt.%;輕質(zhì)碳酸鈣 要求CaO含量大于53.0%;氫氧化鋁要求A1203含量大于70%)。
首先按照六鋁酸鈣的理論配比把輕質(zhì)碳酸鈣粉與氫氧化鋁粉配好并用混料機(jī)混合均勻， 接著在滾動(dòng)成球機(jī)內(nèi)表面用成霧狀噴頭噴上一層薄薄的水膜，使得滾動(dòng)成球機(jī)內(nèi)表面變濕， 然后將粒度比較細(xì)的輕質(zhì)碳酸鈣和氫氧化鋁混合粉(D50為40pm)均勻的撒到滾動(dòng)成球機(jī)內(nèi) 表面，滾動(dòng)成球機(jī)并經(jīng)過滾動(dòng)一段時(shí)間后使得輕質(zhì)碳酸鈣和氫氧化鋁混合粉變成為細(xì)小的顆 粒之后，繼續(xù)進(jìn)行成霧狀噴水、撒輕質(zhì)碳酸鈣和氫氧化鋁混合粉、滾動(dòng)成球的持續(xù)進(jìn)行，使 得輕質(zhì)碳酸鈣和氫氧化鋁混合粉一層一層的包裹到細(xì)小顆粒的表面，直到成球到所需要的球 形顆粒的大小，成球后的粒徑在20 22rnrn的占到90%以上，然后在成形好的顆粒球的表面 再包裹一層粒徑比較粗的氧化鋁粉(D50為150pm)，繼續(xù)進(jìn)行成霧狀噴水、撒相應(yīng)的粒徑比 較粗的氧化鋁粉、滾動(dòng)成球持續(xù)進(jìn)行，使得相應(yīng)粒徑比較粗的氧化鋁粉一層一層的包裹到球 形顆粒的表面，直到成球到所需要的高爾夫球表面形貌特征的顆粒大小，包裹的粒徑比較粗 的氧化鋁粉厚度為lmm，得到具有高爾夫球表面形貌特征的顆粒生坯，其顆粒生坯的粒徑在 21~23mm的占到85%以上。
將顆粒生坯經(jīng)過在干燥箱中先于8(TC干燥4h，再于ll(rC烘干7h，使顆粒的含水率^3.00/0。 最后將干燥好的生坯用耐火匣缽裝好，于高溫爐中煅燒，最終煅燒溫度155(TC。即可得到所 述的具有高爾夫球表面形貌特征的耐高溫六鋁酸鈣結(jié)合氧化鋁陶瓷顆粒。即得到相應(yīng)的高爾
夫球形或近高爾夫球形六鋁酸鈣結(jié)合氧化鋁陶瓷顆粒，由于煅燒后的顆粒有些收縮，其粒徑 在20~22mm范圍內(nèi)占到95%以上。
權(quán)利要求
1、一種具有高爾夫球表面形貌特征的耐高溫陶瓷顆粒的制造方法，其特征在于采用滾動(dòng)成球的方法成球，工藝過程分為兩步包裹第一步將粒度比較細(xì)的粉(粒徑≤100μm)用滾動(dòng)成球機(jī)成球到所需粒徑，成球的粒徑一般為0.20～25mm；第二步為在成形好的顆粒球的表面再包裹一層粒徑比較粗的原料粉(粒徑在100～350μm之內(nèi))，該層包裹的原料粉的厚度為0.05～8mm。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的成球過程，其特征在于所用的原料可以是氧化鋁粉或六鋁酸鈣粉或尖晶石粉或莫來石粉或鋁礬土生料粉等，也可以是能夠生成六鋁酸鈣、尖晶石或莫來 石等的礦物原料和化工原料。成球的粉和包裹的原料粉可以是不相同粒徑規(guī)格的同種原料粉，也可以是不相同粒徑規(guī)格的不同種原料粉。這些成形好的具有高爾夫球表面形貌的顆粒生坯， 分別經(jīng)過各種原料相應(yīng)要求的高溫煅燒后即可得到所述的具有高爾夫球表面形貌特征的耐高 溫陶瓷顆粒。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于所述具有高爾夫球表面形貌特征的耐高溫陶瓷顆粒的直徑為0.25 33mm。
全文摘要
本發(fā)明是一種具有高爾夫球表面形貌特征的耐高溫陶瓷顆粒的制造方法，屬于耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。該發(fā)明采用氧化鋁粉或六鋁酸鈣粉或尖晶石粉或莫來石粉或鋁礬土生料粉等作為原料。本發(fā)明首先將粒度比較細(xì)的粉(氧化鋁粉或六鋁酸鈣粉或尖晶石粉或莫來石粉或鋁礬土生料粉等)通過滾動(dòng)成球機(jī)成球制備成直徑為0.20～25mm的球，通過加入水的量和成球時(shí)間控制坯體的粒徑大小，然后再通過滾動(dòng)成球的方法在該類型料球的表面包裹0.05～8mm厚的粒徑比較粗的原料粉(氧化鋁粉或六鋁酸鈣粉或尖晶石粉或莫來石粉或鋁礬土生料粉等)，即得到相應(yīng)的具有高爾夫球表面形貌特征的耐高溫陶瓷顆粒，通過包裹的厚度控制顆粒的高爾夫球形度。所述的具有高爾夫球表面形貌特征的耐高溫陶瓷顆粒尺寸大小的調(diào)整范圍寬，顆粒表面有多處明顯的凸起，使用其作為顆粒原料制得的耐火材料制品具有強(qiáng)度高、熱震穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在耐火材料制品和耐火澆注料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C04B35/66GK101654368SQ20091009159
公開日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2009年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月28日
發(fā)明者劉艷改, 房明浩, 帥 易, 凡 王, 黃朝暉 申請(qǐng)人:中國地質(zhì)大學(xué)(北京)