水泥回轉(zhuǎn)窯用賽隆結(jié)合鎂鋁尖晶石耐火材料及制備方法
【專利摘要】水泥回轉(zhuǎn)窯用賽隆結(jié)合鎂鋁尖晶石耐火材料及制備方法，屬于耐火材料領(lǐng)域。所采用的賽隆化學(xué)通式為Si(6-Z)AlZOZN(8-Z)，其中Z＝1；原料組成為高純鎂砂、氧化鋁微粉、氮化硅、金屬鋁粉，以酚醛樹脂為結(jié)合劑。生產(chǎn)時(shí)按配比稱量各原料，經(jīng)混煉得到泥料，然后壓制成型，在80℃-200℃下干燥24-36h，于1200-1500℃氮化燒成。本發(fā)明產(chǎn)品在原位合成鎂鋁尖晶石的基礎(chǔ)上，利用反應(yīng)生成的賽隆結(jié)合相，使材料具有優(yōu)異的物理性能指標(biāo)：顯氣孔率12-18％、體積密度2.80-3.20g/cm3、常溫耐壓強(qiáng)度110-240MPa、荷重軟化溫度(0.2MPa×0.6％)≥1680℃，同時(shí)具有良好的抗熱震性、優(yōu)良的耐磨性、抗侵蝕性以及結(jié)構(gòu)柔韌性，適用于環(huán)境苛刻的水泥回轉(zhuǎn)窯過渡帶，市場潛力大，具有良好的社會效益。
【專利說明】水泥回轉(zhuǎn)窯用賽隆結(jié)合鎂鋁尖晶石耐火材料及制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制備一種水泥回轉(zhuǎn)窯過渡帶用耐火材料，尤其涉及一種水泥回轉(zhuǎn)窯過渡帶用賽隆(Z = I)結(jié)合鎂鋁尖晶石耐火材料及制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著水泥窯生產(chǎn)工藝和機(jī)械性能的日益提高、產(chǎn)量的日益增大，對耐火材料要求也越來越苛刻。目前新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯由于窯溫升高；窯速加快，單位產(chǎn)量增加；窯徑加大；堿、硫、氯等組分侵蝕嚴(yán)重，堿的硫酸鹽和氯化物等成分揮發(fā)凝聚反復(fù)循環(huán)；窯內(nèi)系統(tǒng)復(fù)雜，運(yùn)轉(zhuǎn)率低等一系列原因，使得水泥窯過渡帶用耐火材料應(yīng)滿足以下條件:(1)在水泥煅燒的過程中，溫度變化很大，過渡帶的溫度最高可達(dá)1650°C，要求耐火材料能耐高溫，有高的耐火度，同時(shí)有較高的抗熱震性能。(2)在水泥煅燒的過程中，水泥窯和物料的重量及轉(zhuǎn)動使耐火材料承受很大的負(fù)荷，同時(shí)由于過渡帶溫度波動較大，難以形成穩(wěn)定窯皮，致使高溫流動的氣流和物料不斷地對耐火材料襯里造成直接的沖刷、磨損，要求耐火材料有較高的強(qiáng)度，同時(shí)耐磨性能要好，以抗機(jī)械作用損毀。(3)在高溫下物料、燃料與磚體反應(yīng)生成的硅酸鹽、鐵酸鹽和堿鹽造成了對耐火材料的化學(xué)侵蝕，窯內(nèi)氧化-還原氣氛的不斷變化導(dǎo)致磚體結(jié)構(gòu)不斷疏松，導(dǎo)致上述鹽類滲入加重，對磚體的損害也進(jìn)一步加大，要求耐火材料具有相應(yīng)的抗化學(xué)侵蝕性能。(4)傳統(tǒng)窯的轉(zhuǎn)速一般有60?70rph，新型PC干法窯常達(dá)180?210rph，窯體高轉(zhuǎn)速、大直徑和高溫度，使窯內(nèi)耐火材料所承受的熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力和化學(xué)侵蝕的綜合破壞效應(yīng)比傳統(tǒng)水泥窯大得多。這要求窯襯無論在冷態(tài)和熱態(tài)下的轉(zhuǎn)動中都保持足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。
[0003]方鎂石-鎂鋁尖晶石磚以其良好的耐磨性能、較高的抗熱震性等優(yōu)異的高溫性能在水泥窯過渡帶得到了很好的推廣。但是方鎂石-鎂鋁尖晶石磚也存在無法克服的缺點(diǎn):
(I)導(dǎo)熱系數(shù)大，從而容易導(dǎo)致窯體溫度過高而使窯筒體剛性降低，發(fā)生橢圓變形，加重材料機(jī)械應(yīng)力。(2)較差的耐蝕性，鎂尖晶石磚的尖晶石組分在過熱條件下與水泥熟料中的CS或CA反應(yīng)生成低熔點(diǎn)的C12A7,熔液的粘性也低，導(dǎo)致窯皮燒流，造成尖晶石礦物的蝕損，使用壽命短，以上不足限制了它在高溫帶的使用。
[0004]賽隆材料在高溫下具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能，熱膨脹系數(shù)小，抗熱震性、抗侵蝕性和抗氧化能力強(qiáng)，是耐火材料、密封圈、軸承、閥體的理想材料，在切削刀具方面也得到廣泛的應(yīng)用。目前，賽隆結(jié)合的碳化硅制品正在用于各種窯爐內(nèi)襯和高溫元件上，尤其是用于高爐爐腹和爐身下部之間的內(nèi)襯，顯示出更大的優(yōu)越性，賽隆結(jié)合的剛玉材料也已用于高爐陶瓷杯和鋼包透氣磚，但賽隆結(jié)合鎂鋁尖晶石耐火材料目前還未見報(bào)道。
[0005]本發(fā)明利用原位合成鎂鋁尖晶石，賦予材料優(yōu)良的耐磨性，延展性好，強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，通過金屬鋁粉提升材料塑形，降低燒結(jié)溫度，促進(jìn)鋁的氮化，形成增強(qiáng)相A1N，通過加入的氮化硅來制備賽隆(Z= I)結(jié)合鎂鋁尖晶石耐火材料，屬于金屬-非氧化物-氧化物復(fù)合體系，該體系不僅能夠很好地利用各自的優(yōu)點(diǎn)，還能使材料性能得到優(yōu)化和增強(qiáng)。在氧化物基體中引入非氧化物，非氧化物顆粒將穿插于氧化物顆粒構(gòu)成的骨架中。產(chǎn)生彌散強(qiáng)化和韌化效應(yīng)，這有利于材料在各溫度下強(qiáng)度的提高，也提高了材料的抗熱震性；在非氧化物基體中引入氧化物，氧化物顆粒將彌散于非氧化物顆粒構(gòu)成的編織狀結(jié)構(gòu)的空隙處，材料高溫強(qiáng)度提高，抗熱震性進(jìn)一步改善，是適合水泥窯過渡帶用的優(yōu)質(zhì)耐火制品。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是將金屬-非氧化物-氧化物復(fù)合體系耐火材料理念引用到水泥窯的窯襯使用上，利用賽隆(Z = I)結(jié)合鎂鋁尖晶石制備出一種具有高強(qiáng)度、優(yōu)良的抗熱震性、耐磨性強(qiáng)、抗?jié)B透侵蝕性好、同時(shí)具有一定的塑形和韌性，能夠滿足水泥窯過渡帶用的新型耐火材料。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明提供一種水泥窯過渡帶用賽隆結(jié)合燒結(jié)剛玉耐火材料，所采用的賽隆化學(xué)通式為Si(6_z)Alz0zN(8_z)，其中Z = I ;按質(zhì)量百分比計(jì)，原料組成為:60-75%的高純鎂砂、3-15%的氧化鋁微粉、1-25%的氮化硅、1-8%的金屬鋁粉，外加上述原料總量1-5%的酚醛樹脂為結(jié)合劑。
[0009]所述高純鎂砂為3-lmm、l-0mm、< 0.088mm三種粒度，氧化銷微粉、氮化娃和金屬鋁粉的粒度均為325目。
[0010]上述水泥回轉(zhuǎn)窯過渡帶用賽隆結(jié)合鎂鋁尖晶石耐火材料制備方法，其特征在于:按配比稱量各種原料，將細(xì)粉進(jìn)行預(yù)混，然后加到已經(jīng)和酚醛樹脂充分混勻的顆粒料中，經(jīng)混煉得到泥料，然后加壓成型，在80°C -200°c下干燥24-36h，將干燥后的磚坯放入燃?xì)飧粞娴笫礁G中于1200-1500°C氮化燒成，最終制得水泥回轉(zhuǎn)窯過渡帶用賽隆結(jié)合鎂鋁尖晶石耐火材料，更適合水泥回轉(zhuǎn)窯過渡帶用。
[0011 ] 本發(fā)明的特點(diǎn)和積極效果:
[0012]1、本發(fā)明是金屬-非氧化物-氧化物復(fù)合體系，該體系不僅能夠很好地利用各自的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)使材料性能得到優(yōu)化和增強(qiáng)。在氧化物基體中引入非氧化物，非氧化物顆粒將穿插于氧化物顆粒構(gòu)成的骨架中，產(chǎn)生彌散強(qiáng)化和韌化效應(yīng)，這將有利于材料在各溫度下強(qiáng)度的提高，也提高了材料的抗熱震性；在非氧化物基體中引入氧化物，氧化物顆粒將彌散于非氧化物顆粒構(gòu)成的編織狀結(jié)構(gòu)的空隙處，材料高溫強(qiáng)度提高，抗熱震性改善，明顯改善了材料的化學(xué)穩(wěn)定性。
[0013]2、本發(fā)明引入金屬鋁粉，降低燒結(jié)溫度，有利于賽隆的形成，一部分金屬鋁發(fā)生氮化反應(yīng)，原位生成大量的非氧化物增強(qiáng)相，一部分金屬鋁以薄膜的形式存在發(fā)揮優(yōu)良的高溫塑性，使得制品具有相對高的熱態(tài)強(qiáng)度和優(yōu)良的抗熱震性。
[0014]3、賽隆是S1-Al-O-N固溶體，化學(xué)通式為Si(6_z)Alz0zN(8_z)，其中Z值在O?4.2之間。目前研宄較多的都是Z值在2?3之間的賽隆材料，很少有對Z值為I的材料的研宄。本發(fā)明制備的是Z值為I的賽隆結(jié)合材料，同比賽隆系列其他材料，Z = I的賽隆材料具有更好的耐磨性、更高的強(qiáng)度和抗熱震性，所以Z值低的賽隆材料是適合水泥回轉(zhuǎn)窯使用的。
[0015]4、本發(fā)明制備的賽隆(Z = I)結(jié)合鎂鋁尖晶石耐火材料中Sialon結(jié)合相是S1-Al-O-N固溶體，因此當(dāng)原料組分稍有變化時(shí)并不影響最后賽隆結(jié)合燒結(jié)剛玉耐火材料的獲得，適合工業(yè)化推廣。同時(shí)賽隆材料在高溫下具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能，熱膨脹系數(shù)小，抗熱震性、抗侵蝕性和抗氧化能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
[0016]5、本發(fā)明制備的水泥回轉(zhuǎn)窯過渡帶用賽隆(Z = I)結(jié)合鎂鋁尖晶石耐火材料具有優(yōu)良的性能指標(biāo)。顯氣孔率12-18%、體積密度2.80-3.20g/cm3、常溫耐壓強(qiáng)度110-240MPa、荷重軟化溫度(0.2MPaX0.6%)彡1680°C，抗熱震性(1100°C，水冷)大于15次，具有優(yōu)良的耐磨性、抗侵蝕性以及結(jié)構(gòu)柔韌性。
[0017]6、綜上，本發(fā)明產(chǎn)品具有高的體積密度和強(qiáng)度、良好的抗熱震性、抗化學(xué)侵蝕性能、優(yōu)良的耐磨性，能夠滿足水泥窯過渡帶溫度波動較大、氣氛變化復(fù)雜、物料沖刷嚴(yán)重、化學(xué)侵蝕苛刻等惡劣的應(yīng)用環(huán)境，并且本發(fā)明產(chǎn)品適應(yīng)水泥窯用耐火材料無鉻化的發(fā)展要求，市場潛力大，適宜于推廣應(yīng)用，將具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1:一種水泥窯過渡帶用賽隆(Z = I)結(jié)合鎂鋁尖晶石耐火材料的制備方法，按質(zhì)量百分比計(jì)，原料組成為:45%粒度為3-lmm的高純鎂砂，20%粒度為1-Omm的高純鎂砂，8%粒度為< 0.088mm的高純鎂砂，5%的金屬鋁粉，16 %的氮化硅，6 %的氧化鋁微粉，外加上述原料總量3.5%的酚醛樹脂。
[0019]所述的制備方法包括以下步驟:
[0020]a.按所述的配比稱量各原料，在混料機(jī)中預(yù)混合細(xì)粉，混合時(shí)間為20_30min，所述粉料部分包括金屬鋁粉，氮化硅，氧化鋁微分。
[0021]b.采用濕碾機(jī)混煉制坯泥料。將各級燒結(jié)剛玉顆粒加入碾內(nèi)干混l_3min，然后加入稱量好的樹脂結(jié)合劑混煉3-5min，最后加入預(yù)混合細(xì)粉后再混合5_10min。
[0022]c.將步驟b得到的混合物料經(jīng)600t摩擦壓磚機(jī)壓制成耐火磚坯。
[0023]d.將耐火磚坯放入干燥器內(nèi)120°C干燥24h，控制水分含量在0.5%以下。
[0024]e.將干燥后的磚坯導(dǎo)入燃?xì)飧粞娴笫礁G，在1400°C氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行燒成，最終制得賽隆結(jié)合鎂鋁尖晶石耐火材料。
[0025]所得產(chǎn)品的性能指標(biāo)為:顯氣孔率15.3%，體積密度3.06g/cm3，常溫耐壓強(qiáng)度221MPa，荷重軟化溫度大于1700°C，抗熱震性(1100°C，水冷)23次，具有優(yōu)良的耐磨性、抗侵蝕性以及結(jié)構(gòu)柔韌性。
[0026]實(shí)施例2:生產(chǎn)工藝和實(shí)施例1相同，不同之處在于:
[0027]按質(zhì)量百分比計(jì)，原料組成為:45%粒度為3-lmm的高純鎂砂，20%粒度為1-Omm的高純鎂砂，8 %粒度為< 0.088mm的高純鎂砂，3 %的金屬鋁粉，21%的氮化硅，3%的氧化鋁微粉，外加上述原料總量3.5%的酚醛樹脂。
[0028]所得產(chǎn)品的性能指標(biāo)為:顯氣孔率17.8%，體積密度2.92g/cm3，常溫耐壓強(qiáng)度166MPa，荷重軟化溫度大于1700°C，抗熱震性(1100°C，水冷)28次，具有優(yōu)良的耐磨性、抗侵蝕性以及結(jié)構(gòu)柔韌性。
【權(quán)利要求】
1.一種水泥回轉(zhuǎn)窯用賽隆結(jié)合鎂鋁尖晶石耐火材料，其特征在于:所采用的賽隆化學(xué)通式為Si(6_z)Alz0zN(8_z)，其中Z = I ;按質(zhì)量百分比計(jì)，原料組成為:60-75%的高純鎂砂、3-15%的氧化鋁微粉、5-25%的氮化硅、1-8%的金屬鋁粉，外加上述原料總量1-5%的酚醛樹脂為結(jié)合劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥回轉(zhuǎn)窯用賽隆結(jié)合鎂鋁尖晶石耐火材料，其特征在于:所述高純鎂砂為3-lmm、l-0mm、< 0.088mm三種粒度，氧化銷微粉、氮化娃和金屬銷粉的粒度均為325目。
3.權(quán)利要求1或2所述的水泥回轉(zhuǎn)窯用賽隆結(jié)合鎂鋁尖晶石耐火材料的制備方法，其特征在于:按配比稱量各種原料，將細(xì)粉進(jìn)行預(yù)混，然后加到已經(jīng)和酚醛樹脂充分混勻的顆粒料中，經(jīng)混煉得到泥料，然后加壓成型，在80°C _200°C下干燥24-36h，將干燥后的磚坯放入燃?xì)飧粞娴笫礁G中于1200-1500°C氮化燒成，最終制得水泥回轉(zhuǎn)窯用賽隆結(jié)合鎂鋁尖晶石耐火材料，更適合水泥回轉(zhuǎn)窯過渡帶用。
【文檔編號】C04B35/66GK104496504SQ201510004808
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月6日
【發(fā)明者】李勇, 林鑫, 李傳靜 申請人:北京科技大學(xué)