本發(fā)明屬于剛玉-尖晶石質(zhì)耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種剛玉-尖晶石質(zhì)耐火磚及其制備方法。

背景技術(shù)：

剛玉-尖晶石質(zhì)耐火材料是指以剛玉和尖晶石為主要物相的耐火材料，由于剛玉和尖晶石的熔點(diǎn)較高，且二者化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，因此，剛玉-尖晶石質(zhì)耐火材料具有耐高溫、耐化學(xué)侵蝕性能強(qiáng)和抵抗氧化-還原氣氛變化能力強(qiáng)等優(yōu)良特性，廣泛應(yīng)用于冶金、建材等高溫工業(yè)領(lǐng)域。

目前，剛玉-尖晶石質(zhì)耐火材料主要以板狀剛玉或燒結(jié)剛玉等為骨料，以尖晶石細(xì)粉、α-Al₂O₃微粉和鎂砂細(xì)粉為基質(zhì)，以紙漿廢液或溶膠等為結(jié)合劑，經(jīng)混合、成型后高溫?zé)?，如“一種鎂鋁尖晶石-剛玉-Sialon復(fù)相耐高溫材料及其制備方法”(CN200910092571.1)和“一種不燒氮化硅鐵-尖晶石-剛玉復(fù)合耐火材料及制備方法”(CN201310096899.7)專利技術(shù)。

由于剛玉與尖晶石(或原位反應(yīng)形成的尖晶石)熱膨脹系數(shù)差別較大，導(dǎo)致剛玉-尖晶石質(zhì)耐火材料燒成過程中易產(chǎn)生大量微裂紋，難以燒結(jié)致密，進(jìn)而大大降低了剛玉-尖晶石質(zhì)耐火材料的燒結(jié)性能和抗熔渣侵蝕性能；同時(shí)，原料組分中雜質(zhì)成分易形成低熔點(diǎn)物相而富集于晶界，導(dǎo)致剛玉相與尖晶石相晶界結(jié)合較弱，降低了剛玉-尖晶石質(zhì)耐火材料的高溫強(qiáng)度；此外，板狀剛玉、尖晶石和α-Al₂O₃等原料成本較高，增大了剛玉-尖晶石質(zhì)耐火材料的開發(fā)成本。

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和成本低廉的剛玉-尖晶石質(zhì)耐火磚的制備方法，用該方法制備的剛玉-尖晶石質(zhì)耐火磚的燒結(jié)致密度高、高溫抗折強(qiáng)度大和抗渣侵蝕性強(qiáng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：以55～60wt％的棕剛玉顆粒為骨料，以20～25wt％的鋁鎂尖晶石細(xì)粉、15～20wt％的輕燒鎂粉、1～2wt％的鋁粉和1～4wt％的鐵紅粉為基質(zhì)料；先將所述基質(zhì)料混勻，再加入所述骨料，混合5～8分鐘，然后加入占所述基質(zhì)料與所述骨料之和3～6wt％的熱固性酚醛樹脂，混合10～15分鐘，機(jī)壓成型，在200～250℃條件下養(yǎng)護(hù)12～18小時(shí)；最后置于馬弗爐中，在氮?dú)鈿夥諚l件下升溫至1500～1600℃，保溫2～3小時(shí)，隨爐冷卻，制得剛玉-尖晶石質(zhì)耐火磚。

所述棕剛玉顆粒的粒度為0.1～5mm；棕剛玉顆粒的主要化學(xué)成分是：Al₂O₃含量≥95wt％，SiO₂含量≤1wt％。

所述鋁鎂尖晶石細(xì)粉的粒度為0.064～0.088mm；鋁鎂尖晶石細(xì)粉的主要化學(xué)成分是：MgO含量為18～20wt％，Al₂O₃含量為78～80wt％。

所述輕燒鎂粉的粒度為0.064～0.088mm；輕燒鎂粉的主要化學(xué)成分是：MgO含量≥97wt％，SiO₂含量≤0.5wt％。

所述鋁粉的粒度為0.064～0.088mm；鋁粉的Al含量≥98wt％。

所述鐵紅粉的粒度為0.064～0.088mm；鐵紅粉的Fe₂O₃含量≥98wt％。

所述熱固性酚醛樹脂的殘?zhí)己俊?0wt％。

由于采取上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果：

1、本發(fā)明僅將所用原料混合，成型，在氮?dú)鈿夥罩袩?，工藝簡單；所用原料成本低廉，無需特殊的制備設(shè)備和處理技術(shù)，節(jié)省勞動(dòng)力資源，生產(chǎn)成本低。

2、本發(fā)明通過燒結(jié)過程中連續(xù)固溶反應(yīng)，增強(qiáng)骨料-基質(zhì)的晶界結(jié)合，提高剛玉-尖晶石質(zhì)耐火磚的高溫強(qiáng)度。

3、本發(fā)明采用碳熱還原氮化法在基質(zhì)料中形成陶瓷相直接結(jié)合，增強(qiáng)了剛玉-尖晶石質(zhì)耐火磚的致密度，降低了材料的孔隙率，進(jìn)而提高了材料的抗渣侵蝕性能。

本發(fā)明所制備的剛玉-尖晶石質(zhì)耐火磚經(jīng)測(cè)定：體積密度為3.15～3.20g/cm³；1400℃×3h靜態(tài)坩堝法抗渣實(shí)驗(yàn)侵蝕指數(shù)為1～4％；高溫(1400℃)抗折強(qiáng)度為5.5～6.0MPa。

因此，本發(fā)明具有成本低和工藝簡單的特點(diǎn)；所制備的剛玉-尖晶石質(zhì)耐火磚的燒結(jié)致密度高、高溫抗折強(qiáng)度大和抗渣侵蝕性強(qiáng)。

具體實(shí)施方式

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)其保護(hù)范圍的限制。

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

所述棕剛玉顆粒的粒度為0.1～5mm；棕剛玉顆粒的主要化學(xué)成分是：Al₂O₃含量≥95wt％，SiO₂含量≤1wt％。

所述鋁鎂尖晶石細(xì)粉的粒度為0.064～0.088mm；鋁鎂尖晶石細(xì)粉的主要化學(xué)成分是：MgO含量為18～20wt％，Al₂O₃含量為78～80wt％。

所述輕燒鎂粉的粒度為0.064～0.088mm；輕燒鎂粉的主要化學(xué)成分是：MgO含量≥97wt％，SiO₂含量≤0.5wt％。

所述鋁粉的粒度為0.064～0.088mm；鋁粉的Al含量≥98wt％。

所述鐵紅粉的粒度為0.064～0.088mm；鐵紅粉的Fe₂O₃含量≥98wt％。

所述熱固性酚醛樹脂的殘?zhí)己俊?0wt％。

實(shí)施例1

一種剛玉-尖晶石質(zhì)耐火磚及其制備方法。本實(shí)施例所述制備方法是：

以58～60wt％的棕剛玉顆粒為骨料，以23～25wt％的鋁鎂尖晶石細(xì)粉、15～17wt％的輕燒鎂粉、1～1.4wt％的鋁粉和1～3wt％的鐵紅粉為基質(zhì)料；先將所述基質(zhì)料混勻，再加入所述骨料，混合5～8分鐘，然后加入占所述基質(zhì)料與所述骨料之和3～5wt％的熱固性酚醛樹脂，混合10～15分鐘，機(jī)壓成型，在200～250℃條件下養(yǎng)護(hù)12～18小時(shí)；最后置于馬弗爐中，在氮?dú)鈿夥諚l件下升溫至1500～1600℃，保溫2～3小時(shí)，隨爐冷卻，制得剛玉-尖晶石質(zhì)耐火磚。

本實(shí)施例制備的剛玉-尖晶石質(zhì)耐火磚經(jīng)測(cè)定：體積密度為3.15～3.17g/cm³；1400℃×3h靜態(tài)坩堝法抗渣實(shí)驗(yàn)侵蝕指數(shù)為1～3％；高溫(1400℃)抗折強(qiáng)度為5.5～5.7MPa。

實(shí)施例2

一種剛玉-尖晶石質(zhì)耐火磚及其制備方法。本實(shí)施例所述制備方法是：

以57～59wt％的棕剛玉顆粒為骨料，以22～24wt％的鋁鎂尖晶石細(xì)粉、16～18wt％的輕燒鎂粉、1.2～1.6wt％的鋁粉和1～3wt％的鐵紅粉為基質(zhì)料；先將所述基質(zhì)料混勻，再加入所述骨料，混合5～8分鐘，然后加入占所述基質(zhì)料與所述骨料之和3～5wt％的熱固性酚醛樹脂，混合10～15分鐘，機(jī)壓成型，在200～250℃條件下養(yǎng)護(hù)12～18小時(shí)；最后置于馬弗爐中，在氮?dú)鈿夥諚l件下升溫至1500～1600℃，保溫2～3小時(shí)，隨爐冷卻，制得剛玉-尖晶石質(zhì)耐火磚。

本實(shí)施例制備的剛玉-尖晶石質(zhì)耐火磚經(jīng)測(cè)定：體積密度為3.16～3.18g/cm³；1400℃×3h靜態(tài)坩堝法抗渣實(shí)驗(yàn)侵蝕指數(shù)為1～3％；高溫(1400℃)抗折強(qiáng)度為5.6～5.8MPa。

實(shí)施例3

一種剛玉-尖晶石質(zhì)耐火磚及其制備方法。本實(shí)施例所述制備方法是：

以56～58wt％的棕剛玉顆粒為骨料，以21～23wt％的鋁鎂尖晶石細(xì)粉、17～19wt％的輕燒鎂粉、1.4～1.8wt％的鋁粉和2～4wt％的鐵紅粉為基質(zhì)料；先將所述基質(zhì)料混勻，再加入所述骨料，混合5～8分鐘，然后加入占所述基質(zhì)料與所述骨料之和4～6wt％的熱固性酚醛樹脂，混合10～15分鐘，機(jī)壓成型，在200～250℃條件下養(yǎng)護(hù)12～18小時(shí)；最后置于馬弗爐中，在氮?dú)鈿夥諚l件下升溫至1500～1600℃，保溫2～3小時(shí)，隨爐冷卻，制得剛玉-尖晶石質(zhì)耐火磚。

本實(shí)施例制備的剛玉-尖晶石質(zhì)耐火磚經(jīng)測(cè)定：體積密度為3.17～3.19g/cm³；1400℃×3h靜態(tài)坩堝法抗渣實(shí)驗(yàn)侵蝕指數(shù)為2～4％；高溫(1400℃)抗折強(qiáng)度為5.7～5.9MPa。

實(shí)施例4

一種剛玉-尖晶石質(zhì)耐火磚及其制備方法。本實(shí)施例所述制備方法是：

以55～57wt％的棕剛玉顆粒為骨料，以20～22wt％的鋁鎂尖晶石細(xì)粉、18～20wt％的輕燒鎂粉、1.6～2wt％的鋁粉和2～4wt％的鐵紅粉為基質(zhì)料；先將所述基質(zhì)料混勻，再加入所述骨料，混合5～8分鐘，然后加入占所述基質(zhì)料與所述骨料之和4～6wt％的熱固性酚醛樹脂，混合10～15分鐘，機(jī)壓成型，在200～250℃條件下養(yǎng)護(hù)12～18小時(shí)；最后置于馬弗爐中，在氮?dú)鈿夥諚l件下升溫至1500～1600℃，保溫2～3小時(shí)，隨爐冷卻，制得剛玉-尖晶石質(zhì)耐火磚。

本實(shí)施例制備的剛玉-尖晶石質(zhì)耐火磚經(jīng)測(cè)定：體積密度為3.18～3.20g/cm³；1400℃×3h靜態(tài)坩堝法抗渣實(shí)驗(yàn)侵蝕指數(shù)為2～4％；高溫(1400℃)抗折強(qiáng)度為5.8～6.0MPa。

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

1、本具體實(shí)施方式僅將所用原料混合，成型，在氮?dú)鈿夥罩袩?，工藝簡單；所用原料成本低廉，無需特殊的制備設(shè)備和處理技術(shù)，節(jié)省勞動(dòng)力資源，生產(chǎn)成本低。

2、本具體實(shí)施方式通過燒結(jié)過程中連續(xù)固溶反應(yīng)，增強(qiáng)骨料-基質(zhì)的晶界結(jié)合，提高剛玉-尖晶石質(zhì)耐火磚的高溫強(qiáng)度。

3、本具體實(shí)施方式采用碳熱還原氮化法在基質(zhì)料中形成陶瓷相直接結(jié)合，增強(qiáng)了剛玉-尖晶石質(zhì)耐火磚的致密度，降低了材料的孔隙率，進(jìn)而提高了材料的抗渣侵蝕性能。

本具體實(shí)施方式所制備的剛玉-尖晶石質(zhì)耐火磚經(jīng)測(cè)定：體積密度為3.15～3.20g/cm³；1400℃×3h靜態(tài)坩堝法抗渣實(shí)驗(yàn)侵蝕指數(shù)為1～4％；高溫(1400℃)抗折強(qiáng)度為5.5～6.0MPa。

因此，本具體實(shí)施方式具有成本低和工藝簡單的特點(diǎn)；所制備的剛玉-尖晶石質(zhì)耐火磚的燒結(jié)致密度高、高溫抗折強(qiáng)度大和抗渣侵蝕性強(qiáng)。