一種含鎂改性剛玉復(fù)相材料制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含鎂改性剛玉復(fù)相材料制備方法。本發(fā)明主要化學(xué)成分（wt）：Al2O3﹥95%，MgO﹤5%（Al2O3＋MgO﹥99%），主要物相為剛玉包裹尖晶石相，本發(fā)明以工業(yè)Al2O3、α- Al2O3、Al(OH)3為鋁源，以水鎂石、輕燒MgO、重?zé)V、菱鎂礦等鎂鹽為鎂源，并添加0.5～5%的鋁溶膠為結(jié)合劑或促燒劑，經(jīng)間隙式或連續(xù)式球磨機(jī)均勻混合，細(xì)磨加工，粉體經(jīng)風(fēng)選分級(jí)，粉料經(jīng)成球或壓坯等工藝成型后，最后在1700～1950℃的豎窯或回轉(zhuǎn)窯中快速燒結(jié)，再經(jīng)破碎、分級(jí)、除鐵處理，即可得到含鎂改性剛玉復(fù)相材料。本發(fā)明得到了一種低膨脹、高強(qiáng)度，且在高溫還原性氣氛下穩(wěn)定性好，抗堿和抗渣侵蝕能力好的高溫窯爐內(nèi)襯用的優(yōu)質(zhì)耐火材料，是傳統(tǒng)燒結(jié)剛玉升級(jí)產(chǎn)品。
【專利說明】一種含鎂改性剛玉復(fù)相材料制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于剛玉質(zhì)耐火材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種含鎂改性剛玉復(fù)相材料制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]耐火材料的技術(shù)進(jìn)步和高溫工業(yè)的發(fā)展相互影響、相互促進(jìn)，對(duì)于現(xiàn)代高溫技術(shù)已不僅是消耗性材料，也是實(shí)現(xiàn)高溫新技術(shù)所必須的功能型材料。我國是全球鋼鐵生產(chǎn)大國，但高品質(zhì)特種鋼的質(zhì)量不及世界發(fā)達(dá)國家，主要原因是鋼的純度不高，而由于耐火材料與鋼水直接接觸，其噸鋼耐火消耗可直接反應(yīng)，鋼鐵中的夾雜含量，因此，提高耐火材料的抗侵蝕、抗沖刷、抗?jié)B透性能，降低耐材消耗是專家們長期以來研宄的課題。
[0003]隨著爐外精煉和連鑄技術(shù)的發(fā)展，鋼包由原來功能單一的盛鋼水容器逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ軓?fù)雜的爐外鋼水精煉設(shè)備，剛玉尖晶石復(fù)合材料具有熱震穩(wěn)定性好、熔點(diǎn)高、抗渣侵蝕和抗?jié)B透能力強(qiáng)等特點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用。但是該復(fù)合材料在制備上存在一些不足，復(fù)合材料通常以剛玉、尖晶石獨(dú)立材質(zhì)引入作骨料，而基質(zhì)料中通常引入5?10%合成尖晶石或3?5%的燒結(jié)鎂砂，燒結(jié)后剛玉尖晶石復(fù)合體只存在于剛玉或尖晶石獨(dú)立晶體的中間，加上原位反應(yīng)帶來的晶格缺陷，形成了晶體表面及晶間較多微裂紋，影響了耐火材料在高溫下的服役性能，使得剛玉尖晶石復(fù)合材料的優(yōu)異性能得不到充分發(fā)揮。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的提供一種含鎂改性剛玉復(fù)相材料及其制備方法，讓剛玉晶體包裹尖晶石，形成固溶體，實(shí)現(xiàn)真正意義的復(fù)合為復(fù)相，該復(fù)相材料具有雜質(zhì)含量低、高溫性能好、抗渣侵蝕和抗沖刷抗?jié)B透能力強(qiáng)，熱震穩(wěn)定性好，熱膨脹系數(shù)略低于剛玉等優(yōu)點(diǎn)，適用于制備高效節(jié)能、長壽命高溫工業(yè)窯爐和容器內(nèi)襯，作為基礎(chǔ)原料更適用于鋼包內(nèi)襯、滑板、透氣磚以及連鑄三大件。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:確定該材料主要化學(xué)成分為A1203> 95%，MgO < 5%，A1203+ MgO > 99%。工藝路線為以80?100%工業(yè)氧化鋁、0?20%的工業(yè)氫氧化鋁或0?10%的煅燒氧化鋁為鋁源，以0?10%水鎂石或煅燒水鎂石，0?5%輕燒氧化鎂或重?zé)趸V，0?10%菱鎂礦等工業(yè)鎂鹽為鎂源，并添加0.5?5%的鋁溶膠作結(jié)合劑或促燒劑，經(jīng)球磨機(jī)均勻混合并細(xì)磨加工，風(fēng)選分級(jí)，粉體經(jīng)成球或壓坯等工藝成型，干燥后再經(jīng)1700?1950°C豎窯或回轉(zhuǎn)窯中快速燒成，破碎后即可得到含鎂改性剛玉復(fù)相材料。
[0006]原料研磨采用圈流球磨機(jī)有利于實(shí)現(xiàn)連續(xù)工業(yè)化大生產(chǎn)，該磨機(jī)產(chǎn)量大，通過風(fēng)選分級(jí)，能及時(shí)將合格粉體排出，減少了過粉碎現(xiàn)象，同時(shí)產(chǎn)品粒度均勻，產(chǎn)品細(xì)度可調(diào)節(jié)。實(shí)現(xiàn)多峰粒徑組成有利于成球坯體致密度的提高。
[0007]在臥式或圓盤式成球機(jī)中成球，球還大小為25_30mm，再在1700~1950°C條件下豎窯或回轉(zhuǎn)窯中快速燒成，燒后產(chǎn)物經(jīng)破碎后即可得到含鎂改性剛玉復(fù)相材料。
[0008]在上述技術(shù)方案中:工業(yè)氧化鋁細(xì)粉的A1203含量>99wt%，其粒徑為< 0.2mm ;工業(yè)氫氧化鋁細(xì)粉的A1 (OH) 3的含量>98%，其粒徑〈0.2mm ;煅燒氧化鋁微粉的A1203含量>99.5wt%，α -Α1203晶相>90wt%，其粒徑〈0.045mm ;鋁溶膠其PH值為2_4 ;水鎂石或煅燒水鎂石，為揀選的高純礦物，煅燒(1100°C)后的MgO > 97%，其粒徑< 0.1mm ;輕燒氧化鎂和重?zé)趸V的MgO含量> 97%，其粒徑< 0.1mm ;菱鎂礦為揀選的高純礦物，煅燒(1100°C )后的MgO > 97%，其粒徑< 0.1mm ;球磨機(jī)中為剛玉質(zhì)襯磚和磨球。
[0009]由于采用上述技術(shù)方案，以工業(yè)氧化鋁細(xì)粉中主要物相γ-氧化鋁為骨架，充分利用其固有的微晶團(tuán)聚體優(yōu)勢，以煅燒氧化鋁的α -Α1203晶體作為剛玉晶核，有利于產(chǎn)品燒結(jié)，加之γ-氧化鋁晶體缺陷多、活性高，高溫時(shí)晶界擴(kuò)散速度快，有利于氧化鎂與氧化鋁發(fā)生反應(yīng)生成鎂鋁尖晶石，而鎂鋁尖晶石在氧化鋁晶粒之間具有“釘扎”，可阻止氧化鋁晶粒異常長大，同時(shí)，伴隨鎂鋁尖晶石在材料中產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力，可促進(jìn)氧化鋁的燒結(jié)，少量尖晶石易被剛玉晶體所包裹，而形含尖晶石的剛玉固溶體，從而獲得既致密但導(dǎo)熱系數(shù)較小的改性剛玉復(fù)相材料。
[0010]球坯成型我們選擇采用干法工藝的臥式或圓盤式成球機(jī)，以少量的水及有機(jī)物為結(jié)合劑，球坯含水量在10-20%，相對(duì)于濕法粉磨及烘干(坯體水分在40-80%)，要大大的節(jié)約燃耗，同時(shí)由于采用多峰粉體，使球坯更致密，從而減少大氣孔(顯氣孔)的形成，彼此微晶間更貼近，有利于晶體的生長和閉氣孔的增加。
[0011]利用豎窯燒成，由于上部物料對(duì)下部物料施加的重力，窯壓較高，為燒結(jié)提供了促進(jìn)力，有利于物料快速燒結(jié)，并且，物料在豎窯中燒成停留時(shí)間較短，氣孔得不到充分排除而封閉在物料中。本發(fā)明所制備的含鎂改性剛玉復(fù)相材料其體積密度大于3.45 g/cm3，略低于燒結(jié)剛玉。
[0012]因此，該法所制備的含鎂改性剛玉復(fù)相材料具有膨脹系數(shù)低、強(qiáng)度高、熱震性好、抗渣侵蝕、耐沖刷性強(qiáng)、抗?jié)B透性好等特點(diǎn)，是替代燒結(jié)剛玉的新材料，并且生產(chǎn)工藝簡便，節(jié)能降耗明顯，符合國家產(chǎn)業(yè)政策，適于大批量工業(yè)化生產(chǎn)。

【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，并非對(duì)保護(hù)范圍的限制:
為避免重復(fù)，先將本【具體實(shí)施方式】所涉及的原料和工藝參數(shù)統(tǒng)一描述如下，實(shí)施例中不再重復(fù):工業(yè)氧化鋁細(xì)粉的A1203含量>99wt%，其粒徑為< 0.2mm ;工業(yè)氫氧化鋁細(xì)粉的A1 (0H) 3的含量>98%，其粒徑〈0.2mm ;煅燒氧化鋁微粉的A1203含量>99.5wt%，α -Α1203晶相>90wt%，其粒徑〈0.045mm ;鋁溶膠其PH值為2_4 ;水鎂石或煅燒水鎂石，為揀選的高純礦物，煅燒(1100°C )后的MgO > 97%，其粒徑< 0.1mm ;輕燒氧化鎂和重?zé)趸V的MgO含量> 97%，其粒徑< 0.1mm ;菱鎂礦為揀選的高純礦物，煅燒(1100°C )后的MgO > 97%，其粒徑< 0.1mm ;球磨機(jī)中為剛玉質(zhì)襯磚和磨球。
[0014]實(shí)施例1
一種含鎂改性剛玉復(fù)相材料及其制備方法。該含鎂改性剛玉復(fù)相材料的原料及質(zhì)量百分含量是:80~90wt%工業(yè)氧化鋁、0?10%的煅燒氧化鋁，0?5%重?zé)趸V，并添加0.5?5%的鋁溶膠作結(jié)合劑或促燒劑；
在球磨機(jī)均勻混合并細(xì)磨加工，風(fēng)選分級(jí)后，在臥式成球機(jī)中成球，球坯大小為25-30_，再在1700~1950 V條件下豎窯中快速燒成快速冷卻，燒后產(chǎn)物經(jīng)破碎后即可得到含鎂改性剛玉復(fù)相材料產(chǎn)品。
[0015]本實(shí)施例所制得的含鎂改性剛玉復(fù)相材料其體積密度介于3.45-3.55g/cm3。
[0016]實(shí)施例2
一種含鎂改性剛玉復(fù)相材料及其制備方法。該含鎂改性剛玉復(fù)相材料的原料及質(zhì)量百分含量是:85~100wt%工業(yè)氧化鋁、5~10wt%I業(yè)氫氧化鋁、5?10%菱鎂礦、1?3%的鋁溶膠；
在圈流磨中干法粉磨，在臥式成球機(jī)中成球，球坯大小為25-30mm，再在1850~1950°C條件下豎窯中快速燒成快速冷卻，燒后產(chǎn)物經(jīng)破碎后即可得到含鎂改性剛玉復(fù)相材料。
[0017]本實(shí)施例所制得的含鎂改性剛玉復(fù)相材料其體積密度介于3.45-3.50g/cm3。
[0018]實(shí)施例3
一種含鎂改性剛玉復(fù)相材料及其制備方法。該含鎂改性剛玉復(fù)相材料的原料及質(zhì)量百分含量是:90~100wt%工業(yè)氧化鋁、0~5wt%煅燒氧化鋁，3?5%煅燒水鎂石。
[0019]在圈流磨中干法粉磨，在臥式成球機(jī)中成球，球坯大小為25-30_，再在1800~1900°C條件下豎窯中快速燒成快速冷卻，燒后產(chǎn)物經(jīng)破碎后即可得到含鎂改性剛玉復(fù)相材料。
[0020]本實(shí)施例所制得的含鎂改性剛玉復(fù)相材料其體積密度介于3.5-3.55g/cm3。
[0021]實(shí)施例4
一種含鎂改性剛玉復(fù)相材料及其制備方法。該含鎂改性剛玉復(fù)相材料的原料及質(zhì)量百分含量是:80~90wt%工業(yè)氧化鋁、0?10%的煅燒氧化鋁，0?5%輕燒氧化鎂，0?5%菱鎂礦；
在圈流磨中干法粉磨，在臥式成球機(jī)中成球，球坯大小為25-30mm，再在1800~1950°C條件下豎窯中快速燒成快速冷卻，燒后產(chǎn)物經(jīng)破碎后即可得到含鎂改性剛玉復(fù)相材料。
[0022]本實(shí)施例所制得的含鎂改性剛玉復(fù)相材料其體積密度介于3.5-3.58g/cm3。
[0023]本發(fā)明具體制備方法，以工業(yè)氧化鋁細(xì)粉中主要物相γ-氧化鋁為骨架，充分利用其固有的微晶團(tuán)聚體優(yōu)勢，以煅燒氧化鋁的α -Α1203晶體作為剛玉晶核，有利于產(chǎn)品燒結(jié)，加之γ-氧化鋁晶體缺陷多、活性高，高溫時(shí)晶界擴(kuò)散速度快，有利于氧化鎂與氧化鋁發(fā)生反應(yīng)生成鎂鋁尖晶石，而鎂鋁尖晶石在氧化鋁晶粒之間具有“釘扎”，可阻止氧化鋁晶粒異常長大，同時(shí)，伴隨鎂鋁尖晶石在材料中產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力，可促進(jìn)氧化鋁的燒結(jié)，少量尖晶石易被剛玉晶體所包裹，而形含尖晶石的剛玉固溶體，從而獲得既致密但導(dǎo)熱系數(shù)較小的改性剛玉復(fù)相材料。
[0024]球坯成型我們選擇采用干法工藝的臥式或圓盤式成球機(jī)，以少量的水及有機(jī)物為結(jié)合劑，球坯含水量在10-20%，相對(duì)于濕法粉磨及烘干(坯體水分在40-80%)，要大大的節(jié)約燃耗，同時(shí)由于采用多峰粉體，使球坯更致密，從而減少大氣孔(顯氣孔)的形成，彼此微晶間更貼近，有利于晶體的生長和閉氣孔的增加。
[0025]利用豎窯燒成，由于上部物料對(duì)下部物料施加的重力，窯壓較高，為燒結(jié)提供了促進(jìn)力，有利于物料快速燒結(jié)，并且，物料在豎窯中燒成停留時(shí)間較短，氣孔得不到充分排除而封閉在物料中。本發(fā)明所制備的含鎂改性剛玉復(fù)相材料其體積密度大于3.45 g/cm3，略低于燒結(jié)剛玉。
[0026]本發(fā)明所制備的含鎂改性剛玉復(fù)相材料其體積密度介于3.45-3.58g/cm3，主要化學(xué)成分(wt):Al203 > 95%,MgO < 5% (A1 203+MgO > 99%)，主要物相為剛玉包裹尖晶石相。
[0027]因此本發(fā)明所制備的含鎂改性剛玉復(fù)相材料具有膨脹系數(shù)低、強(qiáng)度高、熱震性好、抗渣侵蝕、耐沖刷性強(qiáng)、抗?jié)B透性好等特點(diǎn)，是替代燒結(jié)剛玉的新材料，并且生產(chǎn)工藝簡便，節(jié)能降耗明顯，符合國家產(chǎn)業(yè)政策，適于大批量工業(yè)化生產(chǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種含鎂改性剛玉復(fù)相材料制備方法，其特征在于，以80?100%工業(yè)氧化鋁、O?20%的工業(yè)氫氧化銷或O?10%的煅燒氧化銷中的一組或任意組合為銷源，以O(shè)?10%水鎂石或煅燒水鎂石，O?5%輕燒氧化鎂或重?zé)趸V，O?10%菱鎂礦中的一組或任意組合為鎂源，并添加0.5?5%的鋁溶膠作結(jié)合劑或促燒劑，經(jīng)球磨機(jī)均勻混合并細(xì)磨加工，風(fēng)選分級(jí)，粉體經(jīng)成球或壓坯等工藝成型，干燥后再經(jīng)1700?1950°C豎窯或回轉(zhuǎn)窯中快速燒成；該材料主要化學(xué)成分為 Al2O3 > 95%，MgO < 5%，Al 203+ MgO > 99%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鎂改性剛玉復(fù)相材料制備方法，其特征在于，所述的工業(yè)氧化鋁的Al2O3含量> 99.5%，其粒徑< 0.2_。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鎂改性剛玉復(fù)相材料制備方法，其特征在于，所述的工業(yè)氫氧化鋁的Al (OH) 3含量> 98%，其粒徑< 0.2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鎂改性剛玉復(fù)相材料制備方法，其特征在于，所述的鋁溶膠，其pH值為2?4，作為成型中的結(jié)合劑或作為燒結(jié)時(shí)的促燒劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鎂改性剛玉復(fù)相材料制備方法，其特征在于，所述的煅燒氧化鋁的Al2O3含量〉99.5%，其α -晶相〉90%，粒徑< 0.2mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鎂改性剛玉復(fù)相材料制備方法，其特征在于，所述的水鎂石或煅燒水鎂石，為揀選的高純礦物，煅燒(1100°c)后的MgO > 97%，其粒徑< 0.1mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鎂改性剛玉復(fù)相材料制備方法，其特征在于，所述的輕燒氧化鎂和重?zé)趸V的MgO含量> 97%，其粒徑< 0.1mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鎂改性剛玉復(fù)相材料制備方法，其特征在于，所述的菱鎂礦為揀選的高純礦物，煅燒(1100°C)后的MgO > 97%，其粒徑< 0.1mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鎂改性剛玉復(fù)相材料制備方法，其特征在于，選用高溫豎窯或回轉(zhuǎn)窯在1700-1950°C實(shí)現(xiàn)快速燒結(jié)，形成少量尖晶石晶體固熔于剛玉大晶體內(nèi)，彼此固溶復(fù)相。
【文檔編號(hào)】C04B35/10GK104446390SQ201410689519
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】李正坤, 張家勤, 李寅, 呂戍生, 張嘉良 申請人:江蘇晶鑫新材料股份有限公司