專(zhuān)利名稱：：基于熔融氧化鋁的球形剛玉粒料以及生產(chǎn)所述粒料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及基于熔融氧化鋁的球形剛玉粒料，其具有0.001-5mm球直徑、0.5重量％的最大氧化鈉含量、0.5重量％的最大氧化鈦含量，并且涉及其制備方法。
背景技術(shù)：
：球形剛玉為人所知已有約75年，并且被商業(yè)制造已有約30年。US1，871，792和US1，871，793描述了使用壓縮空氣或蒸汽在還原條件下對(duì)液體剛玉的傾注流進(jìn)行吹制。獲得直徑約0-5mm的中空剛玉球。在上面提到的美國(guó)專(zhuān)利中已經(jīng)在先描述了目前仍在使用的制備方法的所有重要步驟。中空球形剛玉主要用作耐火材料，由于球體中包含的空氣空間因而其具有非常低的導(dǎo)熱率。中空球形剛玉也用作熱、化學(xué)腐蝕性氣體和液體的過(guò)濾介質(zhì)。然而，除中空球體以外，對(duì)壓力、沖擊和磨損具有高機(jī)械抗性的更密實(shí)球體在技術(shù)上也是令人關(guān)注的。主要通過(guò)球尺寸(球直徑)、球壁厚度和生產(chǎn)剛玉球的氧化鋁初生晶體的微晶尺寸來(lái)表征球形剛玉的物理性能。根據(jù)用途，對(duì)球形剛玉的性能具有非常不同的要求。因此，過(guò)去已經(jīng)描述了許多努力用以通過(guò)改變使用的原材料或熔體中的添加劑、或通過(guò)改變澆注技術(shù)(傾注量、傾注流的操作、空氣或蒸汽壓力、噴嘴形狀等)影響球形剛玉的性能。US2,261,639中描述了通過(guò)吹制制備密實(shí)氧化鋁球，其中通過(guò)在熔體中添加1-10%氧化鈉，隨后進(jìn)行吹制獲得密實(shí)的球體。US2，340，194描述了在熔體中添加1-1.5%氧化鈦，產(chǎn)生具有相對(duì)厚壁的耐壓中空球。然而，根據(jù)這種方法制備的氧化鋁球具有缺點(diǎn)，它們含有作為雜質(zhì)的外來(lái)離子(鈉、鈦)。當(dāng)使用這些材料作為噴砂磨料時(shí)，這可能是明顯不利的，因?yàn)橥鈦?lái)離子能夠?qū)е屡c要處理表面的不希望的反應(yīng)。在氧化鈉作為雜質(zhì)的情況下，可能形成只具有輕微研磨作用的鋁酸鈉。EP1157077描述了多晶磨料粒料的制備，傾注液體剛玉，并通過(guò)使用超聲波將熔融氧化鋁分散為細(xì)滴來(lái)輔助其冷卻。以這種方式獲得平均直徑小于l咖的密實(shí)顆粒。除了顆粒相對(duì)小之外(這限制了它們的應(yīng)用領(lǐng)域)，該方法比較復(fù)雜，并且使用超聲波不適于大規(guī)模生產(chǎn)。DE69005975T2中描述了球形氧化鋁粒料，其中將由經(jīng)過(guò)超細(xì)研磨的oc-氧化鋁和粘土形成的水懸浮液通過(guò)噴霧干燥和隨后的熱處理加工成附聚物。這種球形氧化鋁粒料的制備方式非常費(fèi)力而且復(fù)雜，并且要求昂貴的原料。因此，對(duì)于能夠通過(guò)容易執(zhí)行、有效的方法進(jìn)行制備的更密實(shí)氧化鋁球存在持續(xù)的需求。
發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的是提供進(jìn)一步密實(shí)的氧化鋁球，以及所迷氧化鋁球的制備方法，該方法沒(méi)有現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。通過(guò)具有權(quán)利要求1特征的球形剛玉粒料和通過(guò)具有權(quán)利要求6特征的方法實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目的。從屬權(quán)利要求2-5的主題是本發(fā)明思想的改進(jìn)。令人驚訝的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可通過(guò)如下方法獲得直徑為0.001-5mm、氧化鈉最大比例為0.5重量％、氧化鈦?zhàn)畲蟊壤矠?.5重量％、氧化鋁含量大于98重量％以及堆積密度為1.5-2.5kg/L的氧化鋁球在電弧爐中在氧化條件下并在添加0.1-1重量％的氧化硅下熔融氧化鋁，然后以小于100kg/分鐘的傾注量?jī)A注熔融的氧化鋁，并用空氣以3-10巴的壓力吹制傾注流。作為比較，市售可獲得的中空球形剛玉的堆積密度為0.5-1.2kg/L。還已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在吹制液體剛玉時(shí)僅使用空氣而不添加水是有利的。添加Si02主要影響熔體的粘度，Si02作為助熔劑并降低熔體的粘度。還已經(jīng)發(fā)現(xiàn)熔體中的Si02含量也可影響產(chǎn)品的顏色。盡管Si02含量為0.8重量°/。的產(chǎn)品具有純白色外觀，但Si02含量低于0.5重量％的產(chǎn)品顯示出明顯的黃色。Si02對(duì)產(chǎn)品密度的影響較不明顯并且僅基于在添加Si02的情況下通過(guò)流動(dòng)性的改善而改善生產(chǎn)條件，因此當(dāng)Si02比例較大時(shí)，也獲得較高的產(chǎn)品密度。然而，Si02含量似乎對(duì)球形剛玉的物理性質(zhì)具有相對(duì)大的影響。因此，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)Si02平均含量為0.4%時(shí)粒料破裂強(qiáng)度最大。這能可歸因于在這些條件下熔融的材料中發(fā)現(xiàn)相對(duì)高的微孔比例(小于3jLim的孔容積相對(duì)于總的孔容積)。這種高比例的均勻分布的微孔，即低比例的大孔，導(dǎo)致可通過(guò)粒料破裂強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果以數(shù)值表示的相應(yīng)的球形剛玉強(qiáng)度。與小于3jam^:孔的相對(duì)容積約為0.5%的市售中空球形剛玉相比，對(duì)于沖艮據(jù)本發(fā)明的與0.4MSi02—起熔融的球形剛玉，在約40%的總孔容積的情況下，獲得約13%的微孔相對(duì)比例。研究表明，小于3pm的微孔的相對(duì)容積與粒料破裂強(qiáng)度有關(guān)。因此，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對(duì)于相同總孔容積具有高微孔比例的材料具有最高的粒料破裂強(qiáng)度。通過(guò)數(shù)字圖像分析特別清楚地顯示了市售可獲得的中空球形剛玉與根據(jù)本發(fā)明的球形剛玉粒料的不同。圖l示出了常規(guī)中空球形剛玉的顯微照片，具有約90%的孔容積。中空球形剛玉的薄壁非常明顯。作為比較，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的球形剛玉的顯微照片，具有約40%的孔容積?？扇菀椎乜闯觯谆旧暇鶆蚍植荚谡麄€(gè)球體中。取決于制備條件，根據(jù)本發(fā)明的球形剛玉的孔容積為25-50%，而常規(guī)球形剛玉的孔容積為85-95%。密實(shí)球形剛玉的低比表面特別顯著。因此取決于球形直徑，發(fā)現(xiàn)比表面為0.005-0.05m7g。作為比較，常規(guī)中空球形剛玉的比表面大約是其10倍，為0.05-0.5mVg，比表面隨著顆粒直徑增大而降低。根據(jù)BET方法測(cè)量比表面。圖1和2顯示了根據(jù)本發(fā)明的球形剛玉粒料與常規(guī)球形剛玉的結(jié)構(gòu)差異。也可使用物理測(cè)量方法證實(shí)這種差異。特別適合的測(cè)試方法是根據(jù)Vollstadt的粒料破裂強(qiáng)度測(cè)定。這種方法涉及計(jì)算機(jī)控制的單個(gè)粒料破裂強(qiáng)度測(cè)試，具有單個(gè)粒料的尺寸和形狀分析。設(shè)備的主要部件是施加力的氣動(dòng)裝置、精確力傳感器、步進(jìn)電機(jī)和具有內(nèi)置相機(jī)和照明的專(zhuān)用顯微鏡及另外的觀測(cè)相機(jī)。該測(cè)量方法的功能原理是將特定數(shù)目的粒料置于傳送帶上，然后使傳送帶經(jīng)過(guò)測(cè)量?jī)x器。通過(guò)使用顯微鏡，測(cè)定顆粒的尺寸、形狀和位置參數(shù)，然后將顆粒傳送到超硬壓模之間的精確限定的位置。然后對(duì)單個(gè)粒料施加不斷增加的力直到粒料破裂。測(cè)定該破裂力，并添加到粒料先前測(cè)量參數(shù)的列表中。根據(jù)上述方法，對(duì)于粒度36的常規(guī)球形剛玉，粒料破裂強(qiáng)度為1-5N，而對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的密實(shí)剛玉粒料，發(fā)現(xiàn)粒料破裂強(qiáng)度大于20N,優(yōu)選大于40N。具體實(shí)施方式下面參照幾個(gè)選定的實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1-3在直徑約1.8m、功率1.2MW和電壓172V的帶蓋電弧爐(傾動(dòng)式爐)中熔融1000kg氧化鋁分別與8kg、4kg或lkg石英砂的混合物。一旦混合物完全成為液體，將爐傾斜并將液體剛玉傾注通過(guò)澆注槽口。在傾注過(guò)程中，使用吹制裝置吹制傾注流，該吹制裝置主要包括在其尖端提供有噴嘴并提供壓縮空氣供給的噴槍形管，使噴嘴直接對(duì)準(zhǔn)傾注流，打開(kāi)壓縮空氣流，并對(duì)液體剛玉的傾注流進(jìn)行分散。使用8巴的空氣壓力。在所謂的吹制室中收集由此獲得的剛玉球，所述吹制室具有由水冷卻鋼板構(gòu)成的底部。從這里，將球體空氣傳送到與吹制室連接的冷卻管中。然后將剛玉球輸送到篩分站并根據(jù)它們的直徑篩分成各個(gè)部分。由此獲得的剛玉球的物理數(shù)據(jù)匯總在下面的表1中。列出常規(guī)的中空球形剛玉用于比較。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從表1中的實(shí)施例可以看出，Si02比例主要影響粒料分布和粒料破裂強(qiáng)度。Si02比例越高，熔體的粘性變得越低，并且在吹制過(guò)程中獲得的剛玉顆粒越細(xì)。另一方面，堆積密度和比表面相對(duì)不受Si02含量影響。微孔相對(duì)體積明顯取決于Si02含量，并且粒料破裂強(qiáng)度也明顯受到影響。從表1中還可看出，堆積密度和比表面隨著球尺寸增加而減小。Si02對(duì)粒料分布的影響是顯著的。因此，在使用根據(jù)本發(fā)明的方法制備密實(shí)球形剛玉中，對(duì)于0.8%的Si02比例，獲得比例大于50%的0-0.5mm粒料部分。實(shí)施例4(噴砂測(cè)試)對(duì)于密實(shí)球形剛玉，一個(gè)令人感興趣的應(yīng)用是噴砂處理。為了測(cè)試球形剛玉的性能，將實(shí)施例1-3的材料與常規(guī)的市售可獲得的噴砂磨料進(jìn)行比較。遵循如下測(cè)試條件使用8mm噴嘴、壓力為4.5巴、噴砂角度約60。、距離為25mm，以5kg噴砂材料對(duì)鋼板(材料ST37)進(jìn)行噴砂。測(cè)量表面效率(leistung)、粉塵形成、粒料磨損、表面粗糙度以及表面結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)lm2ST37鋼板進(jìn)行均勻噴砂所需的噴砂磨料的量來(lái)表征表面效率。換句話說(shuō)，該值越低，所消耗的噴砂材料越少，并且噴砂材料的表面效率越大。在測(cè)試中使用0.5-lmm的粒料部分。將該粒料部分與市售可獲得的Zirblast⑧噴珠(31。/。Si02+61。/n氧化鋯，425-500jam部分)和Sovitec玻璃珠(425-800jnm部分)進(jìn)行比較。測(cè)試結(jié)果匯總在表2中。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2顯示根據(jù)本發(fā)明的密實(shí)剛玉球表現(xiàn)出與玻璃珠相當(dāng)?shù)谋砻嫘省８鶕?jù)本發(fā)明的剛玉球與玻璃珠相比的優(yōu)點(diǎn)在于，由于使用剛玉球因而沒(méi)有對(duì)健康有害的含石英粉塵。與包含氧化鋯的球相比，盡管根據(jù)本發(fā)明的剛玉球表現(xiàn)出低的表面效率，但同時(shí)顯示出顯著更高的磨損，在這種情況下，根據(jù)本發(fā)明的剛玉球的優(yōu)點(diǎn)主要是顯著更低的成本。密實(shí)剛玉球的另一優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的密實(shí)剛玉球獲得特別的表面結(jié)構(gòu)，特征在于輕微凹痕和球形壓痕，因此該球形剛玉特別適于表面精加工。權(quán)利要求1.基于熔融氧化鋁的球形剛玉粒料，其具有0.001-5mm的球直徑、0.5重量％的最大氧化鈉含量和0.5重量％的最大氧化鈦含量，特征在于該球形剛玉粒料具有1.5-2.5kg/L的堆積密度。2.根據(jù)權(quán)利要求1的球形剛玉粒料，特征在于該球形剛玉粒料具有0.005-0.05m7g的比表面(BET)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的球形剛玉粒料，特征在于該球形剛玉粒料具有》20N,優(yōu)選〉40N的粒料破裂強(qiáng)度(Vollstadt)。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的球形剛玉粒料，特征在于該球形剛玉粒料具有使用數(shù)字圖像分析測(cè)量的小于50%,優(yōu)選小于40%，特別優(yōu)選小于30%的孔容積。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的球形剛玉粒料，特征在于對(duì)于該球形剛玉粒料，相對(duì)于30-40%的總孔容積，小于3jam微孔的相對(duì)孔容積大于5%，優(yōu)選大于15%。6.制備根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的球形剛玉粒料的方法，其中a)在電弧爐中熔融氧化鋁，并添加相對(duì)于原料總重量0.1-1%、優(yōu)選0.2-0.6%的石英砂，b)以小于100kg/分鐘的傾注量?jī)A注熔體，和c)使用壓縮空氣以3-10巴的壓力對(duì)傾注流進(jìn)行吹制，特征在于在氧化條件下進(jìn)行熔融。全文摘要本發(fā)明涉及制備具有1.5-2.5kg/L堆積密度的球形剛玉顆粒的方法。根據(jù)所述方法，向氧化鋁中添加0.1-1％的石英砂并在電弧爐中熔融該混合物。以小于100kg/分鐘的量?jī)A注所得熔體，并使用壓縮空氣以3-10巴的壓力對(duì)傾注流進(jìn)行吹制。文檔編號(hào)C01F7/02GK101268014SQ200680034429公開(kāi)日2008年9月17日申請(qǐng)日期2006年9月13日優(yōu)先權(quán)日2005年9月21日發(fā)明者J-A·艾拉瑞,S·薩奇思申請(qǐng)人:研磨劑與耐火品研究與開(kāi)發(fā)中心C.A.R.R.D.有限公司