本發(fā)明屬于鈦鋁酸鈣空心球技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種蜂窩狀鈦鋁酸鈣空心球及其制備方法。

背景技術(shù)：

空心球耐火材料是一類優(yōu)良的隔熱耐火材料，可用于生產(chǎn)空心球耐材制品或直接以散狀料用于高溫窯爐，其外觀呈球形（或橢球形），內(nèi)部中空有閉氣孔，因而空心球耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù)較小。

目前，空心球耐火材料的制備方法主要包括發(fā)泡法、模板法和電熔噴吹法。

采用發(fā)泡法制備空心球耐火材料，如“一種輕質(zhì)氧化鋁空心球隔熱制品的制備方法”（201410434384.8）專利技術(shù)，主要通過發(fā)泡劑在液體介質(zhì)中的發(fā)氣作用，經(jīng)漿料固化、靜置后成型。采用發(fā)泡法制備空心球耐火材料，發(fā)泡劑選擇及氣泡的穩(wěn)定性對材料性能影響顯著，且發(fā)泡法制備空心球耐火材料的工藝過程較為復(fù)雜。

采用模板法制備空心球耐火材料，如“一種不沾鋁氧化鋁空心球及其制備方法”（201210007134.7）專利技術(shù)，主要根據(jù)模板的尺寸、特性進(jìn)行“包覆”（造粒過程），然后經(jīng)過表面修飾、熱處理等工藝制備空心球耐火材料。采用模板法制備空心球耐火材料，對模板的選擇要求較高，且空心球內(nèi)部孔隙形狀單一（不適宜制備蜂窩狀空心球耐火材料）。

采用電熔噴吹法制備空心球耐火材料，如“一種高強(qiáng)度氧化鋁空心球的制備方法”（201010120320.2）專利技術(shù)，該技術(shù)是將高溫熔體在高壓氣流的作用下被噴吹成小液滴，在下落冷卻過程中，液滴表面迅速冷卻固化，而液滴內(nèi)部仍處于熔融狀態(tài)，進(jìn)一步冷卻過程中，內(nèi)部熔體凝固產(chǎn)生較大的體積收縮，形成中空球。凝固過程中產(chǎn)生的收縮越大，形成的球殼越薄。由于不同種類熔體的特性（如熔體的表面張力、粘度）差別顯著，進(jìn)而影響空心球耐火材料的強(qiáng)度與熱導(dǎo)率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種工藝簡單、生產(chǎn)成本低和成球率高的蜂窩狀鈦鋁酸鈣空心球的制備方法。用該方法所制備的蜂窩狀鈦鋁酸鈣空心球的體積密度小、熱導(dǎo)率低和冷態(tài)耐壓強(qiáng)度大。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：按鈦鐵礦∶金紅石∶磁鐵礦的質(zhì)量比為100∶(3~13)∶(5~15)，將鈦鐵礦、金紅石和磁鐵礦加入攪拌機(jī)中，混合0.3~0.5小時，得到混合粉體。將所述混合粉體加入電磁感應(yīng)爐中，以8~10℃/min的速率升溫至1300~1400℃，保溫5~10分鐘。再按所述混合粉體∶鋁粉的質(zhì)量比為100∶(25~30)，向電磁感應(yīng)爐中加入鋁粉，以5~8℃/min的速率升溫至1550~1600℃，保溫5~10分鐘。然后按所述混合粉體∶石灰石粉體的質(zhì)量比為100∶(8~10)，向電磁感應(yīng)爐中加入石灰石粉體，以3~5℃/min的速率升溫至1950~2000℃，保溫5~10分鐘；從排渣口分離電磁感應(yīng)爐中的熔渣，最后采用0.4~0.8MPa的壓縮空氣噴吹熔渣，冷卻，即得蜂窩狀鈦鋁酸鈣空心球。

所述鈦鐵礦的主要化學(xué)成分是：TiO₂含量≥55wt%，F(xiàn)e₂O₃含量≥30wt%；鈦鐵礦的粒度≤0.2mm。

所述金紅石的TiO₂含量≥95wt%；金紅石的粒度≤0.2mm。

所述磁鐵礦的主要化學(xué)成分是：Fe₂O₃含量≥70wt%，SiO₂含量≤5wt%，MgO含量≤5wt%，CaO含量≤5wt%，MnO₂含量≤8wt%；磁鐵礦的粒度≤0.2mm。

所述鋁粉的Al含量≥97wt%；鋁粉的粒度≤30μm。

所述石灰石粉體的CaCO₃含量≥95wt%；石灰石粉體的粒度≤0.5mm。

由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下積極效果：

（1）本發(fā)明以冶煉鈦鐵合金所產(chǎn)生的熔渣直接噴吹制得蜂窩狀鈦鋁酸鈣空心球，工藝過程簡單，大大降低了制備成本；

（2）本發(fā)明通過金屬熔體的磁效應(yīng)對熔渣進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，提升了熔渣組分的均勻性，進(jìn)而增大了蜂窩狀鈦鋁酸鈣空心球的成球率和冷態(tài)耐壓強(qiáng)度；同時利用“噴吹-氧化反應(yīng)”形成閉氣孔，降低了蜂窩狀鈦鋁酸鈣空心球的體積密度和熱導(dǎo)率。

本發(fā)明所制備的蜂窩狀鈦鋁酸鈣空心球經(jīng)檢測：成球率為99.2~99.7%，體積密度為0.6~1.1g/cm³，導(dǎo)熱系數(shù)為0.40~0.65W·m^-1·K^-1，冷態(tài)耐壓強(qiáng)度為7.5~8.0MPa。

因此，本發(fā)明的工藝簡單、生產(chǎn)成本低和成球率高；所制備的蜂窩狀鈦鋁酸鈣空心球具有體積密度小、熱導(dǎo)率低和冷態(tài)耐壓強(qiáng)度大的特點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，并非對其保護(hù)范圍的限制。

為避免重復(fù)，先將本具體實(shí)施方式所涉及的物料統(tǒng)一描述如下，具體實(shí)施例中不再贅述：

所述鈦鐵礦的主要化學(xué)成分是：TiO₂含量≥55wt%，F(xiàn)e₂O₃含量≥30wt%；鈦鐵礦的粒度≤0.2mm。

所述金紅石的TiO₂含量≥95wt%；金紅石的粒度≤0.2mm。

所述磁鐵礦的主要化學(xué)成分是：Fe₂O₃含量≥70wt%，SiO₂含量≤5wt%，MgO含量≤5wt%，CaO含量≤5wt%，MnO₂含量≤8wt%；磁鐵礦的粒度≤0.2mm。

所述鋁粉的Al含量≥97wt%；鋁粉的粒度≤30μm。

所述石灰石粉體的CaCO₃含量≥95wt%；石灰石粉體的粒度≤0.5mm。

實(shí)施例1

一種蜂窩狀鈦鋁酸鈣空心球及其制備方法。其制備方法是：按鈦鐵礦∶金紅石∶磁鐵礦的質(zhì)量比為100∶(3~7)∶(5~9)，將鈦鐵礦、金紅石和磁鐵礦加入攪拌機(jī)中，混合0.3~0.5小時，得到混合粉體。將所述混合粉體加入電磁感應(yīng)爐中，以8~10℃/min的速率升溫至1300~1400℃，保溫5~10分鐘。再按所述混合粉體∶鋁粉的質(zhì)量比為100∶(25~27)，向電磁感應(yīng)爐中加入鋁粉，以5~8℃/min的速率升溫至1550~1600℃，保溫5~10分鐘。然后按所述混合粉體∶石灰石粉體的質(zhì)量比為100∶(8~9)，向電磁感應(yīng)爐中加入石灰石粉體，以3~5℃/min的速率升溫至1950~2000℃，保溫5~10分鐘；從排渣口分離電磁感應(yīng)爐中的熔渣，最后采用0.4~0.7MPa的壓縮空氣噴吹熔渣，冷卻，即得蜂窩狀鈦鋁酸鈣空心球。

本實(shí)施例制備的蜂窩狀鈦鋁酸鈣空心球經(jīng)檢測：成球率為99.2~99.4%，體積密度為0.6~0.8g/cm³，導(dǎo)熱系數(shù)為0.40~0.50W·m^-1·K^-1，冷態(tài)耐壓強(qiáng)度為7.5~7.7MPa。

實(shí)施例2

一種蜂窩狀鈦鋁酸鈣空心球及其制備方法。其制備方法是：按鈦鐵礦∶金紅石∶磁鐵礦的質(zhì)量比為100∶(5~9)∶(7~11)，將鈦鐵礦、金紅石和磁鐵礦加入攪拌機(jī)中，混合0.3~0.5小時，得到混合粉體。將所述混合粉體加入電磁感應(yīng)爐中，以8~10℃/min的速率升溫至1300~1400℃，保溫5~10分鐘。再按所述混合粉體∶鋁粉的質(zhì)量比為100∶(26~28)，向電磁感應(yīng)爐中加入鋁粉，以5~8℃/min的速率升溫至1550~1600℃，保溫5~10分鐘。然后按所述混合粉體∶石灰石粉體的質(zhì)量比為100∶(8~9)，向電磁感應(yīng)爐中加入石灰石粉體，以3~5℃/min的速率升溫至1950~2000℃，保溫5~10分鐘；從排渣口分離電磁感應(yīng)爐中的熔渣，最后采用0.4~0.7MPa的壓縮空氣噴吹熔渣，冷卻，即得蜂窩狀鈦鋁酸鈣空心球。

本實(shí)施例制備的蜂窩狀鈦鋁酸鈣空心球經(jīng)檢測：成球率為99.3~99.5%，體積密度為0.7~0.9g/cm³，導(dǎo)熱系數(shù)為0.45~0.55W·m^-1·K^-1，冷態(tài)耐壓強(qiáng)度為7.6~7.8MPa。

實(shí)施例3

一種蜂窩狀鈦鋁酸鈣空心球及其制備方法。其制備方法是：按鈦鐵礦∶金紅石∶磁鐵礦的質(zhì)量比為100∶(7~11)∶(9~13)，將鈦鐵礦、金紅石和磁鐵礦加入攪拌機(jī)中，混合0.3~0.5小時，得到混合粉體。將所述混合粉體加入電磁感應(yīng)爐中，以8~10℃/min的速率升溫至1300~1400℃，保溫5~10分鐘。再按所述混合粉體∶鋁粉的質(zhì)量比為100∶(27~29)，向電磁感應(yīng)爐中加入鋁粉，以5~8℃/min的速率升溫至1550~1600℃，保溫5~10分鐘。然后按所述混合粉體∶石灰石粉體的質(zhì)量比為100∶(9~10)，向電磁感應(yīng)爐中加入石灰石粉體，以3~5℃/min的速率升溫至1950~2000℃，保溫5~10分鐘；從排渣口分離電磁感應(yīng)爐中的熔渣，最后采用0.5~0.8MPa的壓縮空氣噴吹熔渣，冷卻，即得蜂窩狀鈦鋁酸鈣空心球。

本實(shí)施例制備的蜂窩狀鈦鋁酸鈣空心球經(jīng)檢測：成球率為99.4~99.6%，體積密度為0.8~1.0g/cm³，導(dǎo)熱系數(shù)為0.50~0.60W·m^-1·K^-1，冷態(tài)耐壓強(qiáng)度為7.7~7.9MPa。

實(shí)施例4

一種蜂窩狀鈦鋁酸鈣空心球及其制備方法。其制備方法是：按鈦鐵礦∶金紅石∶磁鐵礦的質(zhì)量比為100∶(9~13)∶(11~15)，將鈦鐵礦、金紅石和磁鐵礦加入攪拌機(jī)中，混合0.3~0.5小時，得到混合粉體。將所述混合粉體加入電磁感應(yīng)爐中，以8~10℃/min的速率升溫至1300~1400℃，保溫5~10分鐘。再按所述混合粉體∶鋁粉的質(zhì)量比為100∶(28~30)，向電磁感應(yīng)爐中加入鋁粉，以5~8℃/min的速率升溫至1550~1600℃，保溫5~10分鐘。然后按所述混合粉體∶石灰石粉體的質(zhì)量比為100∶(9~10)，向電磁感應(yīng)爐中加入石灰石粉體，以3~5℃/min的速率升溫至1950~2000℃，保溫5~10分鐘；從排渣口分離電磁感應(yīng)爐中的熔渣，最后采用0.5~0.8MPa的壓縮空氣噴吹熔渣，冷卻，即得蜂窩狀鈦鋁酸鈣空心球。

本實(shí)施例制備的蜂窩狀鈦鋁酸鈣空心球經(jīng)檢測：成球率為99.5~99.7%，體積密度為0.9~1.1g/cm³，導(dǎo)熱系數(shù)為0.55~0.65W·m^-1·K^-1，冷態(tài)耐壓強(qiáng)度為7.8~8.0MPa。

本具體實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下積極效果：

（1）本具體實(shí)施方式以冶煉鈦鐵合金所產(chǎn)生的熔渣直接噴吹制得蜂窩狀鈦鋁酸鈣空心球，工藝過程簡單，大大降低了制備成本；

（2）本具體實(shí)施方式通過金屬熔體的磁效應(yīng)對熔渣進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁嵘巳墼M分的均勻性，進(jìn)而增大了蜂窩狀鈦鋁酸鈣空心球的成球率和冷態(tài)耐壓強(qiáng)度；同時利用“噴吹-氧化反應(yīng)”形成閉氣孔，降低了蜂窩狀鈦鋁酸鈣空心球的體積密度和熱導(dǎo)率。

本具體實(shí)施方式所制備的蜂窩狀鈦鋁酸鈣空心球經(jīng)檢測：成球率為99.2~99.7%，體積密度為0.6~1.1g/cm³，導(dǎo)熱系數(shù)為0.40~0.65W·m^-1·K^-1，冷態(tài)耐壓強(qiáng)度為7.5~8.0MPa。

因此，本具體實(shí)施方式的工藝簡單、生產(chǎn)成本低和成球率高；所制備的蜂窩狀鈦鋁酸鈣空心球具有體積密度小、熱導(dǎo)率低和冷態(tài)耐壓強(qiáng)度大的特點(diǎn)。