一種致密CA₂?CA₆復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】一種致密CA2?CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料及其制備方法，其成分按重量百分比含Al2O3 77.2~84.6%，CaO 11.4~20.8%，MnO 2.0~4.0%；其相對(duì)密度為91.3~95.2%，顯氣孔率為2.6~3.8%。制備方法為：（1）將鋁礬土和石灰石分別磨細(xì)后混合；（2）將混合物料壓制成生球，然后進(jìn)行第一次煅燒制成熟料；（3）將熟料磨細(xì)后加入一氧化錳微粉，再壓制成球；（4）進(jìn)行第二次煅燒。本發(fā)明采用一氧化錳微粉作為促燒結(jié)劑，在煅燒過(guò)程中一氧化錳固溶到CA2、CA6晶相中形成固溶體，促使CA2、CA6相發(fā)生晶格畸變，活性提高，有效促進(jìn)了CA2?CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料的燒結(jié)與致密化行為，從而可在較低的二次煅燒溫度和較短的保溫時(shí)間條件下獲得致密CA2?CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
_種致密C A2-C Α?復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于耐火材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二鋁酸鈣(Ca0.2Α?2θ3，簡(jiǎn)稱CA2)和六鋁酸鈣(Ca0.6Α?2θ3，簡(jiǎn)稱CA6)是CaO-Al2O3二元系統(tǒng)中重要的高熔點(diǎn)化合物。其中，CA2自身熱膨脹系數(shù)低，同時(shí)在與其它高熔點(diǎn)、高膨脹系數(shù)材料復(fù)合時(shí)可以很好的降低復(fù)相材料的熱膨脹系數(shù)，具有相當(dāng)好的熱震穩(wěn)定性;CA6在含鐵熔渣中的溶解度低，在還原氣氛(CO)中的穩(wěn)定性高，在堿性環(huán)境中的化學(xué)穩(wěn)定性好，對(duì)熔融金屬和熔渣(鋼鐵和有色金屬)的潤(rùn)濕性低，因此是非常好的抗高溫，抗侵蝕，抗金屬液和熔渣滲入，且CA6與Al2O3有很好的化學(xué)相容性和相近的熱膨脹性，可以和氧化鋁以任何比例配合使用。將CA2和CA6黃金搭檔、強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合、復(fù)合搭配可制備出性能更加優(yōu)越用于高溫爐襯或包襯的CA2-CA6復(fù)相耐火材料，在冶金、水泥、玻璃等高溫行業(yè)有著十分廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]另一方面，氧化鋁被廣泛應(yīng)用于耐火材料領(lǐng)域，由于氧化鋁的真密度較大(4.10g/cm3)，致使含鋁質(zhì)耐火材料的體積密度較大，增加了耐火材料重量，不僅導(dǎo)致高溫爐窯的蓄熱損失增大，還直接增加用后耐火材料的排放量。同時(shí)受鋁土礦資源問(wèn)題的影響，近年來(lái)，剛玉原料價(jià)格持續(xù)攀升，含鋁質(zhì)耐火材料的生產(chǎn)成本也隨之走高;而石灰石在全球范圍內(nèi)資源豐富，且在CaO-Al2O3二元系統(tǒng)中CA6的真密度為(3.79 g/cm3)，而CA2具有更小的真密度(2.88 g/cm3)，可見(jiàn)如能用石灰石替代部分剛玉生產(chǎn)CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火材料，不僅可以顯著降低生產(chǎn)成本，還可通過(guò)降低體積密度，實(shí)現(xiàn)耐火材料的輕量化，有利于減少高溫爐襯或包襯的蓄熱損失，促進(jìn)節(jié)能減排。
[0004]在固相合成制備致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料的過(guò)程中，由于CaO-Al2O3系耐火材料在高溫條件下內(nèi)部存在很多化學(xué)反應(yīng)，且各組元之間反應(yīng)所伴隨的體積膨脹效應(yīng)抑制了燒結(jié)及致密化過(guò)程，難以通過(guò)一次煅燒獲得致密的耐火熟料；同時(shí)，由于CA6相的燒結(jié)活性低，即使通過(guò)兩次煅燒，也難以獲得致密熟料，因此一般要求燒成溫度不低于1700°C;此夕卜，由于反應(yīng)過(guò)程中CA6晶相間易枝晶搭橋互聯(lián)形成網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步影響了 CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火材料的燒結(jié)致密化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)目前CaO-Al2O3系耐火熟料制備技術(shù)上存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種制備致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料及其制備方法，目的是通過(guò)在制備過(guò)程中加入一氧化錳微粉，然后進(jìn)行煅燒，在較低的煅燒溫度和較短的保溫時(shí)間條件下實(shí)現(xiàn)CA2-CA6耐火熟料的良好燒結(jié)，獲得致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料。
[0006]本發(fā)明的致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料，其成分按重量百分比含AI2O377.2?84.6%, CaO 11.4-20.8%, MnO 2.0-4.0%;其相對(duì)密度為 91.3-95.2%，顯氣孔率為 2.6-3.8%。
[0007]本發(fā)明的致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行:
(1)將鋁礬土和石灰石分別破碎并磨細(xì)至粒度<88目，在混砂機(jī)中進(jìn)行混合后，制成混合物料；其中鋁礬土占混合物料總重量的71.1-82.5%，石灰石占混合物料總重量的17.5?28.9%；
(2)將混合物料通過(guò)壓球機(jī)在100?150MPa的壓力下壓制成生球，將生球在1200?1250°C條件下保溫I?2小時(shí)，進(jìn)行第一次煅燒，制成熟料；
(3)將熟料破碎并再次磨細(xì)至粒度<88目，加入一氧化錳微粉并在混砂機(jī)中進(jìn)行混合，其中一氧化錳微粉占熟料總重量的2.0-4.0%;混合均勻后通過(guò)壓球機(jī)在100?150MPa的壓力下壓制成球，獲得二次球料；
(4)將二次球料在1550?1600°C條件下保溫2?3小時(shí)，進(jìn)行第二次煅燒，獲得致密二鋁酸鈣六鋁酸鈣耐火熟料。
[0008]上述的招研!土中AI2O3的重量含量多73.8%，石灰石中CaO的重量含量多50.2%。
[0009 ] 上述的一氧化錳微粉純度彡98.0%，粒度彡I Oym。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是:
本發(fā)明的致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料采用一氧化錳微粉作為促燒結(jié)劑，在煅燒過(guò)程中一氧化錳能固溶到CaO-Al2O3燒結(jié)體系當(dāng)中，使體系內(nèi)部晶相發(fā)生晶格畸變，活性提高，加速晶間擴(kuò)散和晶間反應(yīng)，促進(jìn)燒結(jié)與致密化行為，從而可在較低的二次煅燒溫度和較短的保溫時(shí)間條件下獲得致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料。
【具體實(shí)施方式】
[0011 ]本發(fā)明實(shí)施例中混合物料采用的設(shè)備為SI 110型混砂機(jī)。
[0012]本發(fā)明實(shí)施例中壓制成球采用的設(shè)備為GY650-180型壓球機(jī)。
[0013]本發(fā)明實(shí)施例中煅燒采用的設(shè)備為高溫豎窯。
[0014]本發(fā)明實(shí)施例中采用的鋁礬土、石灰石和一氧化錳微粉為市售產(chǎn)品。
[0015]實(shí)施例1
本實(shí)施例中米用的原料招鞏土中AI2O3的重量百分含量85.6%，米用石灰石中CaO的重量百分含量54.5%。
[0016]制備的致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料成分按重量百分比含Al2O384.6%,CaO
11.4%，MnO 4.0%;相對(duì)密度為91.3%，顯氣孔率為3.8%;制備方法按以下步驟進(jìn)行:
(I)將鋁礬土和石灰石分別破碎并磨細(xì)至粒度<88目，在混砂機(jī)中進(jìn)行混合后，制成混合物料，其中鋁礬土占混合物料總重量的82.5%，石灰石占混合物料總重量的17.5%;
(2 )將混合物料通過(guò)壓球機(jī)在150MPa的壓力下壓制成生球，將生球在1250 °C條件下保溫2小時(shí)，進(jìn)行第一次煅燒，制成熟料；
(3)將熟料破碎并再次磨細(xì)至粒度<88目，加入占熟料總重量4.0%的一氧化錳微粉，在混砂機(jī)中進(jìn)行二次混合后，通過(guò)壓球機(jī)在150MPa的壓力下壓制成球，獲得二次球料；
(4 )將二次球料在1600 0C條件下保溫3小時(shí)，進(jìn)行第二次煅燒，獲得致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料；
在不添加一氧化錳微粉的情況下，按上述方式進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，獲得對(duì)比實(shí)驗(yàn)的燒結(jié)熟料;將獲得的CA2-CA6耐火熟料與對(duì)比實(shí)驗(yàn)的燒結(jié)熟料分別進(jìn)行SEM分析，結(jié)果表明，無(wú)添加劑條件下燒結(jié)試樣內(nèi)部組織松散，氣孔較多，相比之下，由于添加劑MnO的加入，試樣的氣孔顯著減少，顯微結(jié)構(gòu)明顯致密，可清晰觀察到其主晶相CA2、CA6的存在，從微觀結(jié)構(gòu)上進(jìn)一步說(shuō)明了添加劑MnO對(duì)Al203-Ca0系耐火材料的燒結(jié)起到了有效的促進(jìn)作用。將獲得的致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料進(jìn)行EDS分析，結(jié)果表明，添加的MnO存在于體系內(nèi)部CA2、CA6晶相當(dāng)中，形成了固溶體，會(huì)促使CA2、CA6相發(fā)生晶格畸變，活性提高，說(shuō)明MnO的加入有效促進(jìn)了CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料的燒結(jié)與致密化行為。
[0017]實(shí)施例2
本實(shí)施例中采用的原料組成同實(shí)施例1。
[0018]制備的致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料成分按重量百分比含Al2O38 3.4%, CaO12.9%，MnO 3.7%；相對(duì)密度為91.6%，顯氣孔率為3.7%；制備方法按以下步驟進(jìn)行:
(1)將鋁礬土和石灰石分別破碎并磨細(xì)至粒度<88目，在混砂機(jī)中進(jìn)行混合后，制成混合物料，其中鋁礬土占混合物料總重量的80.4%，石灰石占混合物料總重量的19.6%;
(2)將混合物料通過(guò)壓球機(jī)在140MPa的壓力下壓制成生球，將生球在1200°C條件下保溫2小時(shí)，進(jìn)行第一次煅燒，制成熟料；
(3)將熟料破碎并再次磨細(xì)至粒度<88目，加入占熟料總重量3.7%的一氧化錳微粉，在混砂機(jī)中進(jìn)行二次混合后，通過(guò)壓球機(jī)在HOMPa的壓力下壓制成球，獲得二次球料；
(4 )將二次球料在1600 0C條件下保溫3小時(shí)，進(jìn)行第二次煅燒，獲得致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料。
[0019]實(shí)施例3
本實(shí)施例中米用的招鞏土中AI2O3的重量含量73.8%，米用的石灰石中CaO的重量含量52.6%o
[0020]制備的致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料成分按重量百分比含Al2O382.7%，CaO13.8%,MnO 3.5%;其相對(duì)密度為92.1%，顯氣孔率為3.5%;制備方法按以下步驟進(jìn)行:
(1)將鋁礬土和石灰石分別破碎并磨細(xì)至粒度<88目，在混砂機(jī)中進(jìn)行混合后，制成混合物料，其中鋁礬土占混合物料總重量的81.0%，石灰石占混合物料總重量的19.0%;
(2)將混合物料通過(guò)壓球機(jī)在120MPa的壓力下壓制成生球，將生球在1250°C條件下保溫2小時(shí)，進(jìn)行第一次煅燒，制成熟料；
(3)將熟料破碎并再次磨細(xì)至粒度<88目，加入占熟料總重量3.5%的一氧化錳微粉，在混砂機(jī)中進(jìn)行二次混合后，通過(guò)壓球機(jī)在HOMPa的壓力下壓制成球，獲得二次球料；
(4 )將二次球料在1600 0C條件下保溫2小時(shí)，進(jìn)行第二次煅燒，獲得致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料。
[0021 ] 實(shí)施例4
本實(shí)施例中采用的原料組成同實(shí)施例3。
[0022]制備的致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料成分按重量百分比含Al2O3 81.7%，CaO15.1%，Μη0 3.2%;其相對(duì)密度為92.8%，顯氣孔率為3.4%;制備方法按以下步驟進(jìn)行:
(1)將鋁礬土和石灰石分別破碎并磨細(xì)至粒度<88目，在混砂機(jī)中進(jìn)行混合后，制成混合物料，其中鋁礬土占混合物料總重量的79.4%，石灰石占混合物料總重量的20.6%;
(2)將混合物料通過(guò)壓球機(jī)在I1MPa的壓力下壓制成生球，將生球在1200°C條件下保溫I小時(shí)，進(jìn)行第一次煅燒，制成熟料； (3)將熟料破碎并再次磨細(xì)至粒度<88目，加入占熟料總重量3.2%的一氧化錳微粉，在混砂機(jī)中進(jìn)行二次混合后，通過(guò)壓球機(jī)在IlOMPa的壓力下壓制成球，獲得二次球料；
(4 )將二次球料在1600 0C條件下保溫3小時(shí)，進(jìn)行第二次煅燒，獲得致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料。
[0023]實(shí)施例5
本實(shí)施例中米用的招鞏土中AI2O3的重量含量77.1%，米用的石灰石中CaO的重量含量50.2%。
[0024]制備的致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料成分按重量百分比含Al2O37 9.6%, CaO17.4%,MnO 3.0%;其相對(duì)密度為93.1%，顯氣孔率為3.2%;制備方法按以下步驟進(jìn)行:
(1)將鋁礬土和石灰石分別破碎并磨細(xì)至粒度<88目，在混砂機(jī)中進(jìn)行混合后，制成混合物料，其中鋁礬土占混合物料總重量的74.9%，石灰石占混合物料總重量的25.1%;
(2)將混合物料通過(guò)壓球機(jī)在130MPa的壓力下壓制成生球，將生球在1250°C條件下保溫2小時(shí)，進(jìn)行第一次煅燒，制成熟料；
(3)將熟料破碎并再次磨細(xì)至粒度<88目，加入占熟料總重量3.0%的一氧化錳微粉，在混砂機(jī)中進(jìn)行二次混合后，通過(guò)壓球機(jī)在150MPa的壓力下壓制成球，獲得二次球料；
(4)將二次球料在1550°C條件下保溫3小時(shí)，進(jìn)行第二次煅燒，獲得致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料。
[0025]實(shí)施例6
本實(shí)施例中采用的原料組成同實(shí)施例5。
[0026]制備的致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料成分按重量百分比含Al2O379.1%，CaO18.2%,MnO 2.7%;其相對(duì)密度為93.9%，顯氣孔率為3.0%;制備方法按以下步驟進(jìn)行:
(1)將鋁礬土和石灰石分別破碎并磨細(xì)至粒度<88目，在混砂機(jī)中進(jìn)行混合后，制成混合物料，其中鋁礬土占混合物料總重量的73.9%，石灰石占混合物料總重量的26.1%;
(2)將混合物料通過(guò)壓球機(jī)在I1MPa的壓力下壓制成生球，將生球在1200°C條件下保溫2小時(shí)，進(jìn)行第一次煅燒，制成熟料；
(3)將熟料破碎并再次磨細(xì)至粒度<88目，加入占熟料總重量2.7%的一氧化錳微粉，在混砂機(jī)中進(jìn)行二次混合后，通過(guò)壓球機(jī)在120MPa的壓力下壓制成球，獲得二次球料；
(4)將二次球料在1550°C條件下保溫2小時(shí)，進(jìn)行第二次煅燒，獲得致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料。
[0027]實(shí)施例7
本實(shí)施例中米用的招鞏土中AI2O3的重量含量81.2%，米用的石灰石中CaO的重量含量53.8%o
[0028]制備的致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料成分按重量百分比含Al2O378.2%,CaO19.5%,MnO 2.3%;其相對(duì)密度為94.6%，顯氣孔率為2.7%;制備方法按以下步驟進(jìn)行:
(1)將鋁礬土和石灰石分別破碎并磨細(xì)至粒度<88目，在混砂機(jī)中進(jìn)行混合后，制成混合物料，其中鋁礬土占混合物料總重量的72.6%，石灰石占混合物料總重量的27.4%;
(2)將混合物料通過(guò)壓球機(jī)在120MPa的壓力下壓制成生球，將生球在1250°C條件下保溫I小時(shí)，進(jìn)行第一次煅燒，制成熟料；
(3)將熟料破碎并再次磨細(xì)至粒度<88目，加入占熟料總重量2.3%的一氧化錳微粉，在混砂機(jī)中進(jìn)行二次混合后，通過(guò)壓球機(jī)在130MPa的壓力下壓制成球，獲得二次球料；
(4)將二次球料在1550°C條件下保溫2小時(shí)，進(jìn)行第二次煅燒，獲得致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料。
[0029]實(shí)施例8
本實(shí)施例中采用的原料組成同實(shí)施例7。
[0030]制備的致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料成分按重量百分比含Al2O37 7.2%, CaO20.8%,MnO 2.0%;其相對(duì)密度為95.2%，顯氣孔率為2.6%;制備方法按以下步驟進(jìn)行:
(1)將鋁礬土和石灰石分別破碎并磨細(xì)至粒度<88目，在混砂機(jī)中進(jìn)行混合后，制成混合物料，其中鋁礬土占混合物料總重量的71.1%，石灰石占混合物料總重量的28.9%;
(2)將混合物料通過(guò)壓球機(jī)在10MPa的壓力下壓制成生球，將生球在1200°C條件下保溫I小時(shí)，進(jìn)行第一次煅燒，制成熟料；
(3)將熟料破碎并再次磨細(xì)至粒度<88目，加入占熟料總重量2.0%的一氧化錳微粉，在混砂機(jī)中進(jìn)行二次混合后，通過(guò)壓球機(jī)在10MPa的壓力下壓制成球，獲得二次球料；
(4)將二次球料在1550°C條件下保溫2小時(shí)，進(jìn)行第二次煅燒，獲得致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料及其制備方法，其特征在于成分按重量百分比含Al2O3 77.2-84.6%,CaO 11.4-20.8%,MnO 2.0?4.0%;其相對(duì)密度為91.3?95.2%，顯氣孔率為2.6?3.8%ο2.—種權(quán)利要求1所述的致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料的制備方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行: (1)將鋁礬土和石灰石分別破碎并磨細(xì)至粒度<88目，在混砂機(jī)中進(jìn)行混合后，制成混合物料；其中鋁礬土占混合物料總重量的71.1-82.5%，石灰石占混合物料總重量的17.5?28.9%； (2)將混合物料通過(guò)壓球機(jī)在100?150MPa的壓力下壓制成生球，將生球在1200?1250°C條件下保溫I?2小時(shí)，進(jìn)行第一次煅燒，制成熟料； (3)將熟料破碎并再次磨細(xì)至粒度<88目，加入一氧化錳微粉并在混砂機(jī)中進(jìn)行混合，其中一氧化錳微粉占熟料總重量的2.0-4.0%;混合均勻后通過(guò)壓球機(jī)在100?150MPa的壓力下壓制成球，獲得二次球料； (4)將二次球料在1550?1600°C條件下保溫2?3小時(shí)，進(jìn)行第二次煅燒，獲得致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料的制備方法，其特征在于所述的一氧化錳微粉純度彡98.0%，粒度< I Oym。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的致密CA2-CA6復(fù)相輕質(zhì)耐火熟料的制備方法，其特征在于所述的招鞏土中AI2O3的重量含量多73.8%，石灰石中CaO的重量含量^ 50.2%。
【文檔編號(hào)】C04B35/44GK106083077SQ201610401741
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月12日
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請(qǐng)人】遼寧科技學(xué)院, 尹雪亮