本發(fā)明屬于礬土-碳化硅復(fù)相耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種礬土-鈦鋁酸鈣-碳化硅復(fù)相耐火材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著天然的礦石原料的消耗以及各種冶煉行業(yè)產(chǎn)生大量廢渣的堆積，用鈦鋁酸鈣替換特級(jí)礬土制備耐火材料具有重大的意義。當(dāng)前，水泥回轉(zhuǎn)窯過渡帶主要使用的是高鋁礬土結(jié)合碳化硅、莫來石結(jié)合碳化硅和塞隆結(jié)合碳化硅等各類制品；如“一種莫來石碳化硅復(fù)相耐火材料及其制備方法”（cn201610637867.7）專利技術(shù)，采用莫來石、碳化硅、礬土和紅柱石等作為原料制備莫來石碳化硅復(fù)相耐火材料，雖然降低了材料的導(dǎo)熱系數(shù)，有利于水泥回轉(zhuǎn)窯的節(jié)能保溫，但所引入的輕質(zhì)莫來石骨料較多，大大提高了材料的成本，且材料的抗熱震性能不優(yōu)；再如“一種磷酸鹽結(jié)合低鋁硅莫磚及其制備方法”（cn201410444238.3）專利技術(shù)，通過用三級(jí)高鋁礬土替換當(dāng)前緊缺的特級(jí)或者一級(jí)礬土，雖降低了制備成本，但制備的磷酸鹽結(jié)合低鋁硅莫磚的顯氣孔率過大和強(qiáng)度不高。
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，目的在于提供一種工藝簡單、成本低廉和成品率高的礬土-鈦鋁酸鈣-碳化硅復(fù)相耐火材料的制備方法，用該方法制備的礬土-鈦鋁酸鈣-碳化硅復(fù)相耐火材料體積密度大、抗折耐壓強(qiáng)度大、導(dǎo)熱系數(shù)小和熱震穩(wěn)定性優(yōu)良。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案的具體步驟是：
第一步、以40~45wt%的特級(jí)礬土顆粒、20~30wt%的特級(jí)礬土細(xì)粉、10~20wt%的鈦鋁酸鈣顆粒、4~9wt%的碳化硅顆粒、4~9wt%的碳化硅細(xì)粉、1~2wt%的單質(zhì)硅、2~5wt%的活性α-al2o3細(xì)粉、2~6wt%的廣西白泥細(xì)粉和0.5~1.5wt%的y2o3細(xì)粉為原料，外加所述原料3~4wt%的結(jié)合劑，混輾8~10min，得到混合料。
第二步、將所述混合料在室溫條件下困料4~5小時(shí)，在160~180mpa條件下機(jī)壓成型，脫模，室溫條件下靜置12~20小時(shí)，再于90~110℃條件下干燥24~30小時(shí)；然后置于馬弗爐中，于空氣氣氛和1400~1530℃條件下保溫180~240分鐘，隨爐冷卻，制得礬土-鈦鋁酸鈣-碳化硅復(fù)相耐火材料。
所述特級(jí)礬土的主要化學(xué)成分是：al2o3含量≥85.5wt%，sio2含量≥8.61wt%，tio2含量≥3.33wt%，fe2o3含量≥1.25wt%，cao含量≤0.27wt%；
所述特級(jí)礬土顆粒的密度為3.46g/cm3，顯氣孔率為14.5%，粒度為≤3mm；所述特級(jí)礬土細(xì)粉的粒度為≤0.088mm。
所述鈦鋁酸鈣顆粒的主要化學(xué)成分是：al2o3含量≥74.18wt%，cao含量≥11.69wt%，tio2含量≥11.08wt%，fe2o3含量≥1.03wt%，mgo≤1.51wt%，sio2含量≤0.42wt%；鈦鋁酸鈣顆粒的密度為3.28g/cm3，粒度為≤3mm。
所述碳化硅的sic含量≥98.78wt%；
所述碳化硅顆粒的粒度≤3mm；所述碳化硅細(xì)粉的粒度≤0.088mm。
所述單質(zhì)硅的si含量≥95.9wt%；硅粉的粒度為≤0.088mm。
所述活性α-al2o3細(xì)粉的粒度≤0.088mm，α-al2o3細(xì)粉的al2o3含量≥99.6wt%。
所述廣西白泥細(xì)粉的主要化學(xué)成分是：sio2含量≥49.25wt%，al2o3含量≥33.03wt%，fe2o3含量≤1.24wt%；廣西白泥細(xì)粉的粒度為≤0.088mm。
所述y2o3細(xì)粉的主要化學(xué)成分是：y2o3含量≥99.8wt%；y2o3的粒度為≤0.075mm。
所述結(jié)合劑為亞硫酸紙漿廢液和磷酸二氫鋁溶液中的一種；所述磷酸二氫鋁溶液的濃度≥50wt%。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、本發(fā)明選用的原料鈦鋁酸鈣來源豐富，成本低廉，且制備該原料的工藝流程簡單，無需特殊的處理技術(shù)與設(shè)備，故制備礬土-鈦鋁酸鈣-碳化硅復(fù)相耐火材料的工藝簡單和成本低廉。
2、本發(fā)明利用鈦鋁酸鈣原料本身的優(yōu)良特性，如耐火度高、耐磨性好（磨損量a=1.46<礬土的磨損量）、導(dǎo)熱系數(shù)低、熱膨脹系數(shù)較低和抗熱震性優(yōu)良，降低了礬土-鈦鋁酸鈣-碳化硅復(fù)相耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù)和熱膨脹系數(shù)；且鈦鋁酸鈣原料的主要物相為ca6，其片狀的晶形有利于強(qiáng)度的提高，提升了礬土-鈦鋁酸鈣-碳化硅復(fù)相耐火材料的強(qiáng)度。
本發(fā)明所制備的礬土-鈦鋁酸鈣-碳化硅復(fù)相耐火材料經(jīng)檢測：成品率為99.0~99.5%；體積密度為2.76~2.86g·cm-3；顯氣孔率為14~18%；抗折強(qiáng)度18~26mpa；耐壓強(qiáng)度為80~135mpa；導(dǎo)熱系數(shù)為1.8~2.4w·m-1·k-1(1000℃)；熱膨脹系數(shù)為4.95×10-6~5.5×10-6℃-1(1400℃)；熱震（?t=1100℃，風(fēng)冷3次）后強(qiáng)度保持率為78~83%。
因此，本發(fā)明具有成本低廉、工藝簡單和成品率高的特點(diǎn)；所制備的礬土-鈦鋁酸鈣-碳化硅復(fù)相耐火材料體積密度大、抗折耐壓強(qiáng)度大、導(dǎo)熱系數(shù)小和熱震穩(wěn)定性優(yōu)良。
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：
所述特級(jí)礬土的主要化學(xué)成分是：al2o3含量≥85.5wt%，sio2含量≥8.61wt%，tio2含量≥3.33wt%，fe2o3含量≥1.25wt%，cao含量≤0.27wt%；
所述特級(jí)礬土顆粒的密度為3.46g/cm3，顯氣孔率為14.5%，粒度為≤3mm；所述特級(jí)礬土細(xì)粉的粒度為≤0.088mm。
所述鈦鋁酸鈣顆粒的主要化學(xué)成分是：al2o3含量≥74.18wt%，cao含量≥11.69wt%，tio2含量≥11.08wt%，fe2o3含量≥1.03wt%，mgo≤1.51wt%，sio2含量≤0.42wt%；鈦鋁酸鈣顆粒的密度為3.28g/cm3，粒度為≤3mm。
所述碳化硅的sic含量≥98.78wt%；所述碳化硅顆粒的粒度≤3mm，所述碳化硅細(xì)粉的粒度≤0.088mm。
所述單質(zhì)硅的si含量≥95.9wt%；硅粉的粒度為≤0.088mm。
所述活性α-al2o3細(xì)粉的粒度≤0.088mm，α-al2o3細(xì)粉的al2o3含量≥99.6wt%。
所述廣西白泥細(xì)粉的主要化學(xué)成分是：sio2含量≥49.25wt%，al2o3含量≥33.03wt%，fe2o3含量≤1.24wt%；廣西白泥細(xì)粉的粒度為≤0.088mm。
所述y2o3細(xì)粉的主要化學(xué)成分是：y2o3含量≥99.8wt%；y2o3的粒度為≤0.075mm。
實(shí)施例1
一種礬土-鈦鋁酸鈣-碳化硅復(fù)相耐火材料及其制備方法。本實(shí)施例所述制備方法的具體步驟是：
第一步、以40~42wt%的特級(jí)礬土顆粒、20~24wt%的特級(jí)礬土細(xì)粉、16~20wt%的鈦鋁酸鈣顆粒、4~6wt%的碳化硅顆粒、7~9wt%的碳化硅細(xì)粉、1~2wt%的單質(zhì)硅、3.5~5wt%的活性α-al2o3細(xì)粉、3.5~6wt%的廣西白泥細(xì)粉和0.5~1.5wt%的y2o3細(xì)粉為原料，外加所述原料3~4wt%的結(jié)合劑，混輾8~10min，得到混合料。
第二步、將所述混合料在室溫條件下困料4~5小時(shí)，在160~180mpa條件下機(jī)壓成型，脫模，室溫條件下靜置12~20小時(shí)，再于90~110℃條件下干燥24~30小時(shí)；然后置于馬弗爐中，于空氣氣氛和1400~1450℃條件下保溫180~240分鐘，隨爐冷卻，制得礬土-鈦鋁酸鈣-碳化硅復(fù)相耐火材料。
所述結(jié)合劑為亞硫酸紙漿廢液。
本發(fā)明所制備的礬土-鈦鋁酸鈣-碳化硅復(fù)相耐火材料經(jīng)檢測：成品率為99.0~99.5%；體積密度為2.81~2.84g·cm-3；顯氣孔率為14.5~16%；抗折強(qiáng)度21~24mpa；耐壓強(qiáng)度為110~125mpa；導(dǎo)熱系數(shù)為2.2~2.4w·m-1·k-1(1000℃)；熱膨脹系數(shù)為4.95×10-6~5.15×10-6℃-1(1400℃)；熱震（?t=1100℃，風(fēng)冷3次）后強(qiáng)度保持率為81~83%。
實(shí)施例2
一種礬土-鈦鋁酸鈣-碳化硅復(fù)相耐火材料及其制備方法。本實(shí)施例所述制備方法的具體步驟是：
第一步、以41~43wt%的特級(jí)礬土顆粒、22~26wt%的特級(jí)礬土細(xì)粉、14~18wt%的鈦鋁酸鈣顆粒、5~7wt%的碳化硅顆粒、6~8wt%的碳化硅細(xì)粉、1~2wt%的單質(zhì)硅、3~4.5wt%的活性α-al2o3細(xì)粉、3~5.5wt%的廣西白泥細(xì)粉和0.5~1.5wt%的y2o3細(xì)粉為原料，外加所述原料3~4wt%的結(jié)合劑，混輾8~10min，得到混合料。
第二步、將所述混合料在室溫條件下困料4~5小時(shí)，在160~180mpa條件下機(jī)壓成型，脫模，室溫條件下靜置12~20小時(shí)，再于90~110℃條件下干燥24~30小時(shí)；然后置于馬弗爐中，于空氣氣氛和1430~1480℃條件下保溫180~240分鐘，隨爐冷卻，制得礬土-鈦鋁酸鈣-碳化硅復(fù)相耐火材料。
所述結(jié)合劑為磷酸二氫鋁溶液；所述磷酸二氫鋁溶液的濃度≥50wt%。
本發(fā)明所制備的礬土-鈦鋁酸鈣-碳化硅復(fù)相耐火材料經(jīng)檢測：成品率為99.0~99.5%；體積密度為2.82~2.86g·cm-3；顯氣孔率為14~15%；抗折強(qiáng)度23~26mpa；耐壓強(qiáng)度為120~135mpa；導(dǎo)熱系數(shù)為2.1~2.3w·m-1·k-1(1000℃)；熱膨脹系數(shù)為5.05×10-6~5.25×10-6℃-1(1400℃)；熱震（?t=1100℃，風(fēng)冷3次）后強(qiáng)度保持率為80~82%。
實(shí)施例3
一種礬土-鈦鋁酸鈣-碳化硅復(fù)相耐火材料及其制備方法。本實(shí)施例所述制備方法的具體步驟是：
第一步、以42~44wt%的特級(jí)礬土顆粒、24~28wt%的特級(jí)礬土細(xì)粉、12~16wt%的鈦鋁酸鈣顆粒、6~8wt%的碳化硅顆粒、5~7wt%的碳化硅細(xì)粉、1~2wt%的單質(zhì)硅、2.5~4wt%的活性α-al2o3細(xì)粉、2.5~5wt%的廣西白泥細(xì)粉和0.5~1.5wt%的y2o3細(xì)粉為原料，外加所述原料3~4wt%的結(jié)合劑，混輾8~10min，得到混合料。
第二步、將所述混合料在室溫條件下困料4~5小時(shí)，在160~180mpa條件下機(jī)壓成型，脫模，室溫條件下靜置12~20小時(shí)，再于90~110℃條件下干燥24~30小時(shí)；然后置于馬弗爐中，于空氣氣氛和1450~1500℃條件下保溫180~240分鐘，隨爐冷卻，制得礬土-鈦鋁酸鈣-碳化硅復(fù)相耐火材料。
所述結(jié)合劑為亞硫酸紙漿廢液。
本發(fā)明所制備的礬土-鈦鋁酸鈣-碳化硅復(fù)相耐火材料經(jīng)檢測：成品率為99.0~99.5%；體積密度為2.76~2.79g·cm-3；顯氣孔率為16~18%；抗折強(qiáng)度18~21mpa；耐壓強(qiáng)度為80~95mpa；導(dǎo)熱系數(shù)為1.8~2.0w·m-1·k-1(1000℃)；熱膨脹系數(shù)為5.15×10-6~5.35×10-6℃-1(1400℃)；熱震（?t=1100℃，風(fēng)冷3次）后強(qiáng)度保持率為79~81%。
實(shí)施例4
一種礬土-鈦鋁酸鈣-碳化硅復(fù)相耐火材料及其制備方法。本實(shí)施例所述制備方法的具體步驟是：
第一步、以43~45wt%的特級(jí)礬土顆粒、26~30wt%的特級(jí)礬土細(xì)粉、10~14wt%的鈦鋁酸鈣顆粒、7~9wt%的碳化硅顆粒、4~6wt%的碳化硅細(xì)粉、1~2wt%的單質(zhì)硅、2~3.5wt%的活性α-al2o3細(xì)粉、2~4.5wt%的廣西白泥細(xì)粉和0.5~1.5wt%的y2o3細(xì)粉為原料，外加所述原料3~4wt%的結(jié)合劑，混輾8~10min，得到混合料。
第二步、將所述混合料在室溫條件下困料4~5小時(shí)，在160~180mpa條件下機(jī)壓成型，脫模，室溫條件下靜置12~20小時(shí)，再于90~110℃條件下干燥24~30小時(shí)；然后置于馬弗爐中，于空氣氣氛和1480~1530℃條件下保溫180~240分鐘，隨爐冷卻，制得礬土-鈦鋁酸鈣-碳化硅復(fù)相耐火材料。
所述結(jié)合劑為磷酸二氫鋁溶液；所述磷酸二氫鋁溶液的濃度≥50wt%。
本發(fā)明所制備的礬土-鈦鋁酸鈣-碳化硅復(fù)相耐火材料經(jīng)檢測：成品率為99.0~99.5%；體積密度為2.78~2.82g·cm-3；顯氣孔率為15~17%；抗折強(qiáng)度19~22mpa；耐壓強(qiáng)度為90~115mpa；導(dǎo)熱系數(shù)為1.9~2.1w·m-1·k-1(1000℃)；熱膨脹系數(shù)為5.25×10-6~5.5×10-6℃-1(1400℃)；熱震（?t=1100℃，風(fēng)冷3次）后強(qiáng)度保持率為78~80%。
所述結(jié)合劑為亞硫酸紙漿廢液和磷酸二氫鋁溶液中的一種以上；所述磷酸二氫鋁溶液的濃度≥50wt%。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、本發(fā)明選用的原料鈦鋁酸鈣來源豐富，成本低廉，且制備該原料的工藝流程簡單，無需特殊的處理技術(shù)與設(shè)備，故制備礬土-鈦鋁酸鈣-碳化硅復(fù)相耐火材料的工藝簡單和成本低廉。
2、本發(fā)明利用鈦鋁酸鈣原料本身的優(yōu)良特性，如耐火度高、耐磨性好（磨損量a=1.46<礬土的磨損量）、導(dǎo)熱系數(shù)低、熱膨脹系數(shù)較低和抗熱震性優(yōu)良，降低了礬土-鈦鋁酸鈣-碳化硅復(fù)相耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù)和熱膨脹系數(shù)；且鈦鋁酸鈣原料的主要物相為ca6，其片狀的晶形有利于強(qiáng)度的提高，提升了礬土-鈦鋁酸鈣-碳化硅復(fù)相耐火材料的強(qiáng)度。
本發(fā)明所制備的礬土-鈦鋁酸鈣-碳化硅復(fù)相耐火材料經(jīng)檢測：成品率為99.0~99.5%；體積密度為2.76~2.86g·cm-3；顯氣孔率為14~18%；抗折強(qiáng)度18~26mpa；耐壓強(qiáng)度為80~135mpa；導(dǎo)熱系數(shù)為1.8~2.4w·m-1·k-1(1000℃)；熱膨脹系數(shù)為4.95×10-6~5.5×10-6℃-1(1400℃)；熱震（?t=1100℃，風(fēng)冷3次）后強(qiáng)度保持率為78~83%。
因此，本發(fā)明具有成本低廉、工藝簡單和成品率高的特點(diǎn)；所制備的礬土-鈦鋁酸鈣-碳化硅復(fù)相耐火材料體積密度大、抗折耐壓強(qiáng)度大、導(dǎo)熱系數(shù)小和熱震穩(wěn)定性優(yōu)良。