CN100475741C

CN100475741C - 一种方镁石-铁铝尖晶石砖及其制备方法

Info

Publication number: CN100475741C
Application number: CNB2007100524030A
Authority: CN
Inventors: 汪厚植; 顾华志; 杨斌
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2007-06-07
Filing date: 2007-06-07
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2027-06-07
Also published as: CN101066877A

Abstract

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种方镁石-铁铝尖晶石砖及其制备方法。采用的技术方案是：先将40～96wt%的镁砂、2～17wt%的Al₂O₃、0～50wt%的铁铝尖晶石或镁铝尖晶石、0.2～10wt%的Fe、0～10wt%的Fe₂O₃混合，外加2～8wt%亚硫酸纸浆废液，再进行混炼、成型、干燥，然后在1000～2000℃条件下原位反应烧成。本发明利用金属铁优良的延展性和塑性，在烧成中原位化学反应生成铁铝尖晶石和含铁铝尖晶石的尖晶石固溶体。方镁石-铁铝尖晶石砖的制备工艺简单，节约能源；在成型压力作用下，通过金属相塑性相变，在砖坯中形成金属结合。因此，砖坯体积密度大，强度高。

Description

一种方镁石-铁铝尖晶石砖及其制备方法

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种金属塑性相结合原位反应烧成的方镁石-铁铝尖晶石砖及其制备方法。

背景技术

水泥回转窑长期使用镁铬砖作为高温带窑衬。使用中，砖中的部分铬会从Cr³⁺转变为剧毒和制癌的Cr⁶⁺，从而破坏环境和威胁人民的健康。随着人们环保意识的不断增强，研制水泥窑用无铬碱性砖势在必行。近年国内外在寻找镁铬砖的替代材料方面作了大量工作，但效果均不理想。其替代材料主要为白云石质耐火材料和镁铝尖晶石质耐火材料。白云石质耐火材料尽管抗热震性、耐侵蚀性好，挂窑皮性强，但十分容易水化；镁铝尖晶石质耐火材料同样抗热震性、耐侵蚀性优良，但不易挂窑皮。

2003年法国雷法集团研究发现，将预先合成的铁铝尖晶石引入到无铬碱性砖中，能够显著提高窑皮的附着性，该制品具有较高的耐火度，良好的抗碱、硫、氯和熟料等侵蚀能力和抗热震性。因此，铁铝尖晶石是镁铬砖工业替代材料中希望最大的一种材料。

铁铝尖晶石在自然界中存在极少，一般可采用电熔法和烧结法合成铁铝尖晶石。比如，以Al₂O₃和铁为原料合成铁铝尖晶石原料(Journal ofMagnetism and Magnetic Materials，2003，264：264-274)；机械化学合成铁铝尖晶石法，即用行星磨将铝和Fe₃O₄研磨一定时间，然后在1200℃下氩气气氛中反应合成(Materials Chemistry and Physics，2002，76：104-109)；“一种合成铁铝尖晶石及其制备方法”(CN200510019267.6)采用Al(OH)₃、Al₂O₃·H₂O的含铝化合物与粒度为180目的Fe₂O₃、FeO的含铁化合物混合，在埋碳气氛中烧结合成。

在制砖方面，以特级矾土、铁鳞和石墨为原料，采用反应烧结法预先合成了铁铝尖晶石，然后再与镁砂混合制砖(刘会林等，耐火材料，2003，37(6)：333-335)。中国专利1378997A使用Fe₂O₃/Al₂O₃＝3∶7～2∶6，MgO含量为20～60％的镁铁复合尖晶石砂原料制砖。中国专利1378992A使用或Fe₂O₃/Al₂O₃＝0∶10～6∶4，MgO含量为～100～85％单一均质原料制砖。中国专利03111675.2使用镁铁砂和含Cr₂O₃和含ZrO₂的原料制砖。

上述这些都是合成铁铝尖晶石熟料，或再以这种熟料与镁砂混合制砖。其缺点是工艺复杂，能耗大，而且砖的致密度也不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单、能耗低、原位生成的方镁石-铁铝尖晶石砖的制备方法，所制备的方镁石-铁铝尖晶石砖致密度高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先将40～96wt％的镁砂、2～17wt％的Al₂O₃、0～50wt％的铁铝尖晶石或镁铝尖晶石、0.2～10wt％的Fe、0～10wt％的Fe₂O₃混合，外加2～8wt％的亚硫酸纸浆废液，再进行混练、成型、干燥，然后在1000～2000℃条件下原位反应烧成。

其中：镁砂颗粒级配是，5～0.088mm为24～76wt％、0.088～0mm为16～20wt％；铁铝尖晶石或镁铝尖晶石颗粒级配是，5～0.088mm为0～30wt％、0.088～0mm为0～20wt％；Fe、Fe₂O₃、Al₂O₃的粒度均为0.088～0mm；成型压力为50～300MPa。

由于采用上述技术方案，本发明利用金属铁优良的延展性和塑性，将含金属铁的物料与Al₂O₃、镁砂、铁铝尖晶石或镁铝尖晶石料混合，在烧成中原位化学反应生成铁铝尖晶石和含铁铝尖晶石的尖晶石固溶体。所生产的方镁石-铁铝尖晶石砖工艺简单，节约能源；在成型压力作用下，通过金属相塑性相变，在砖坯中形成金属结合。因此，砖坯体积密度大、强度高。

具体实施方式

实施例1 一种方镁石-铁铝尖晶石砖及其制备方法：先将76～84wt％的镁砂、10～17wt％的Al₂O₃、5～10wt％的Fe混和，外加3wt％亚硫酸纸浆废液结合剂，再进行混练、成型、干燥，然后在1300～1600℃条件下原位反应烧成。

在本实施例1中：镁砂的颗粒级配是，5～0.088mm为56～60wt％、0.088～0mm为20～24wt％；Fe和Al₂O₃的粒度为0.088～0mm；成型压力为150～250MPa。

本实施例1 所制备的砖坯体积密度为3.15g/cm³以上，烧成后主要物理性能为：体积密度3.13g/cm³以上、显气孔率14～16％、耐压强度60～70MPa、线变化率0.2～0.6％。XRD检测结果为主晶相为方镁石，还检测出FeAl₂O₄和MgFe₂O₄，MgAl₂O₄的固溶体，还有少量Fe₂O₃和Fe₃O₄。

实施例2

一种方镁石-铁铝尖晶石砖及其制备方法：先将70～82w t％的镁砂、10～17wt％的Al₂O₃、0.5～6wt％的Fe、5～10wt％的Fe₂O₃混合，外加3wt％亚硫酸纸浆废液结合剂，再进行混练、成型、干燥，然后在1350～1650℃条件下原位反应烧成。

在本实施例2中：镁砂颗粒级配是，5～0.088mm为53～58wt％、0.088～0mm为17～24wt％；Fe、Fe₂O₃和Al₂O₃的粒度均为0.088～0mm；成型压力为100～300MPa。

本实施例2所制备的砖坯体积密度为3.14g/cm³以上，烧成后主要物理性能为：体积密度3.15g/cm³以上、显气孔率15～18％、耐压强度55～60MPa、线变化率0.3～0.9％。XRD检测结果为主晶相为方镁石，还检测出FeAl₂O₄和MgFe₂O₄，MgAl₂O₄的固溶体，还有少量Fe₂O₃和Fe₃O₄。

实施例3

一种方镁石-铁铝尖晶石砖及其制备方法：先将55～70wt％的镁砂、5～14wt％的Al₂O₃、10～25wt％的铁铝尖晶石、0.5～7wt％的Fe混合，外加3wt％亚硫酸纸浆废液结合剂，再进行混练、成型、干燥，然后在1300～1600℃条件下原位反应烧成。

其中：镁砂颗粒级配是，5～0.088mm为30～35wt％、0.088～0mm为25～35wt％；Fe和Al₂O₃的粒度为0.088～0mm；铁铝尖晶石的颗粒级配是，5～0.088mm为5～15wt％，0.088～0mm为5～10wt％，成型压力为150～250MPa。

本实施例3所制备的砖坯体积密度为3.15g/cm³以上，烧成后主要物理性能为：体积密度3.18g/cm³以上、显气孔率14～16％、耐压强度55～95MPa、线变化率0.1～0.5％。XRD检测结果为主晶相为方镁石、铁铝尖晶石，同时检测出FeAl₂O₄和MgFe₂O₄、MgAl₂O₄的固溶体，还有少量Fe₂O₃和Fe₃O₄。

实施例4

一种方镁石-铁铝尖晶石砖及其制备方法：先将40～60wt％的镁砂、15～30wt％的Al₂O₃、10～25wt％的镁铝尖晶石、0.5～5wt％的Fe和1～8wt％的Fe₂O₃混合，外加3wt％亚硫酸纸浆废液结合剂，再进行混练、成型、干燥，然后在1300～1600℃条件下原位反应烧成。

其中：镁砂颗粒级配是，5～0.088mm为25～35wt％、0.088～0mm为15～25wt％；Fe、Fe₂O₃、Al₂O₃的粒度为0.088～0mm；镁铝尖晶石颗粒级配是，5～0.088mm为5～15wt％、0.088～0mm为5～10wt％，成型压力为150～250MPa。

本实施例4所制备的砖坯体积密度为3.14g/cm³以上，烧成后主要物理性能为：体积密度3.16g/cm³以上、显气孔率14～16％、耐压强度55～85MPa、线变化率0.1～0.5％。XRD检测结果为主晶相为方镁石、镁铝尖晶石，同时检测出FeAl₂O₄和MgFe₂O₄、MgAl₂O₄的固溶体，还有少量Fe₂O₃和Fe₃O₄。

实施例5

一种方镁石-铁铝尖晶石砖及其制备方法：先将40～60wt％的镁砂、5～14wt％的Al₂O₃、30～50wt％的铁铝尖晶石、0.5～7wt％的Fe混合，外加3wt％亚硫酸纸浆废液结合剂，再进行混练、成型、干燥，然后在1300～1600℃条件下原位反应烧成。

其中：镁砂颗粒级配是，5～0.088mm为25～35wt％、0.088～0mm为15～25wt％；Fe粉和Al₂O₃的粒度为0.088～0mm；铁铝尖晶石的颗粒级配是，5～0.088mm为15～30wt％，0.088～0mm为15～20wt％，成型压力为150～250MPa。

本实施例5所制备的砖坯体积密度为3.18g/cm³以上，烧成后主要物理性能为：体积密度3.17g/cm³以上、显气孔率14～15％、耐压强度55～90MPa、线变化率0.1～0.3％。XRD检测结果为主晶相为方镁石、铁铝尖晶石，同时检测出FeAl₂O₄和MgFe₂O₄、MgAl₂O₄的固溶体，还有少量Fe₂O₃和Fe₃O₄。

实施例6

一种方镁石-铁铝尖晶石砖及其制备方法：先将40～60wt％的镁砂、5～10wt％的Al₂O₃、30～48wt％的镁铝尖晶石、0.5～5wt％的Fe和1～8wt％的Fe₂O₃混合，外加3wt％亚硫酸纸浆废液结合剂，再进行混练、成型、干燥，然后在1300～1600℃条件下原位反应烧成。

其中：镁砂颗粒级配是，5～0.088mm为25～35wt％、0.088～0mm为15～25wt％；Fe粉和Fe₂O₃和Al₂O₃的粒度为0.088～0mm；镁铝尖晶石颗粒级配是，5～0.088mm为20～30wt％、0.088～0mm为10～18wt％，成型压力为150～250MPa。

本实施例6所制备的砖坯体积密度为3.16g/cm³以上，烧成后主要物理性能为：体积密度3.20g/cm³以上、显气孔率14～16％、耐压强度60～95MPa、线变化率0.1～0.4％。XRD检测结果为主晶相为方镁石、镁铝尖晶石，同时检测出FeAl₂O₄和MgFe₂O₄、MgAl₂O₄的固溶体，还有少量Fe₂O₃和Fe₃O₄。

本具体实施方式利用金属铁优良的延展性和塑性，将含金属铁的物料与含Al₂O₃的原料、镁砂、铁铝尖晶石或镁铝尖晶石料混合，在烧成中原位化学反应生成铁铝尖晶石和含铁铝尖晶石的尖晶石固溶体。所生产的方镁石-铁铝尖晶石砖工艺简单，节约能源；在成型压力作用下，通过金属相塑性相变，在砖坯中形成金属结合，因此，砖坯体积密度大、强度高。

Claims

1、一种方镁石-铁铝尖晶石砖的制备方法，其特征在于先将40～96wt％的镁砂、2～17wt％的Al₂O₃、0～50wt％的铁铝尖晶石或镁铝尖晶石、0.2～10wt％的Fe、0～10wt％的Fe₂O₃混合，外加2～8wt％的亚硫酸纸浆废液，再进行混练、成型、干燥，然后在1000～2000℃条件下原位反应烧成。

2、根据权利要求1所述的方镁石-铁铝尖晶石砖的制备方法，其特征在于所述的镁砂颗粒级配是，5～0.088mm为24～76wt％、0.088～0mm为16～20wt％；铁铝尖晶石或镁铝尖晶石颗粒级配是，5～0.088mm为0～30wt％、0.088～0mm为0～20wt％。

3、根据权利要求1所述的方镁石-铁铝尖晶石砖的制备方法，其特征在于所述的Fe、Fe₂O₃、Al₂O₃的粒度均为0.088～0mm。

4、根据权利要求1所述的方镁石-铁铝尖晶石砖的制备方法，其特征在于所述的成型压力为50～300MPa。

5、根据权利要求1～4项中任一项所述的方镁石-铁铝尖晶石砖的制备方法制备的方镁石-铁铝尖晶石砖。