CN101429044B

CN101429044B - 一种含氧化镁的氧化铝空心球制品

Info

Publication number: CN101429044B
Application number: CN2008102311279A
Authority: CN
Inventors: 王晗; 吴爱军; 耿可明; 朱德先; 张涛; 胡飘; 谭清华; 石鹏坤
Original assignee: Sinosteel Luoyang Institute of Refractories Research Co Ltd
Current assignee: Sinosteel Luoyang Institute of Refractories Research Co Ltd
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2028-11-28
Also published as: CN101429044A

Abstract

本发明公开了一种含氧化镁的氧化铝空心球制品。该制品组成的质量百分比为：由55～70％的0.1～5mm粒径的氧化铝空心球作为骨料，基质部分则由粒径小于44μm的氧化铝微粉15～43％、粒径小于44μm含氧化镁的原料微粉2～15％组成，结合剂加入量为5～14％。氧化镁是以单质或化合物形式引入，起降低热导率和提高热震稳定性的作用，同时又不影响制品的高温性能。含氧化镁原料资源丰富且价廉，可显著降低制品的生产成本，易于推广应用。

Description

一种含氧化镁的氧化铝空心球制品

技术领域

本发明涉及一种用于高温窑炉保温层及非接触熔液工作衬的氧化铝空心球制品，尤其是涉及一种可在高温或超高温条件下长时间使用，节能效果显著的含氧化镁的氧化铝空心球制品。

背景技术

氧化铝空心球制品有优良的隔热性能，用于高温窑炉充当保温材料，可以减少热量损失、加快升温速度从而降低能源消耗，节约生产成本；又因其具有良好的耐火性能和较高的强度，可以直接用作高温窑炉非接触熔液工作衬，于1800℃的温度下使用。

当今普遍用于高温超高温窑炉工作衬的氧化铝空心球制品，存在着抗热震性差的缺点，在温度波动较大的环境中使用易开裂剥落，寿命短，很难满足高温或超高温间歇式窑炉长期使用的要求。为此，国内研究工作者通过引入硅质材料如粘土、红柱石、硅线石、莫来石等，制备莫来石结合的氧化铝空心球制品。莫来石结合相的引入虽然提高了氧化铝空心球制品的抗热震性，延长其使用寿命，但却降低其使用温度，同时，由于莫来石的化学不稳定性也限制其在强还原气氛条件下的使用。

发明内容

本发明的目的是提出一种隔热性能优、抗热震性能好、能延长使用寿命的含氧化镁的氧化铝空心球制品；从而克服现有氧化铝空心球制品抗热震性差，使用中易开裂剥落问题，达到节能降耗减排的目的。

本发明完成其发明任务所采用的技术方案是：在氧化铝空心球制品的基质或基质和骨料中引入氧化镁，在高温下，形成原位生成或预合成的镁铝尖晶石相，来改善制品的性能。

本发明所述含氧化镁的氧化铝空心球制品的组成(质量百分比)：

作为骨料，0.1～5mm的氧化铝空心球占制品总重的55～70％。氧化铝空心球可以单用Al₂O₃>98.5％的氧化铝空心球，也可以单用氧化镁含量1～15％的氧化铝空心球，也可以用Al₂O₃>98.5％的氧化铝空心球和不同氧化镁含量的氧化铝空心球任意比例组合的氧化铝空心球；含氧化镁的氧化铝空心球，是用氧化镁微粉、碳酸镁微粉、氢氧化镁微粉中的任一种或几种的任意组合的含氧化镁的原料微粉和工业氧化铝微粉混合后在三相电弧炉内熔融吹制制成，其Al₂O₃+MgO>98.5％，氧化镁的含量在1～15％，自然堆积密度在0.70～1.00g/cm³。

作为基质，<44μm的氧化铝微粉占制品总重的15～43％；<44μm的含氧化镁的原料微粉占制品总重的2～15％。含氧化镁的原料微粉可以是电熔氧化镁微粉、烧结氧化镁微粉、轻烧氧化镁微粉、碳酸镁微粉、氢氧化镁微粉、镁铝尖晶石微粉中的任一种或几种的任意组合。

外加结合剂5～14％。结合剂可以是木质素磺酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氯化物的水溶液中的任意一种或几种的组合。

含氧化镁的氧化铝空心球制品中氧化镁的质量百分比为2～15％。

本发明通过在材料中引入原位生成或预合成的镁铝尖晶石相。利用导热系数低的镁铝尖晶石相引入和镁铝尖晶石化反应对材料微观结构的改变可以显著地降低材料的导热系数，可以进一步减少热量的损耗，达到节能降耗减排的目的。同时又利用刚玉相和镁铝尖晶石相膨胀系数的差异在颗粒的界面上产生微裂纹，使其具备裂纹增韧的机制，大幅度提高了制品的抗热震性，延长了其使用寿命。引入这些原位生成或预合成的镁铝尖晶石相，不仅熔点高(比刚玉的熔点高85℃)，而且化学稳定性好，因此不会降低制品其使用温度，也不会限制制品的使用环境。

本发明所述的含氧化镁的氧化铝空心球制品的优选组成为(质量百分比)：

0.1～5mm的氧化铝空心球 60～68％

<44μm的氧化铝微粉 22～37％

<44μm的含氧化镁的原料微粉 3～10％

外加结合剂 6～12％

含氧化镁的氧化铝空心球制品中氧化镁的优选质量百分比为3～10％。

本发明所述的含氧化镁的氧化铝空心球制品，不仅导热系数低、保温效果优良，而且抗热震性能好，可长时间在环境温度变化剧烈的高温或超高温及氧化或还原气氛强的操作条件下使用。另外，由于含氧化镁的原料资源丰富，原料成本低，生产工艺简便，易于推广应用。

具体实施方式

以下非限定性实施例用于解释本发明。在这些实施例中，采用国家规定或者行业规定的标准来测定制品的性能，如化荷重软化温度、导热系数、抗热震性。

实施例1：

配料比例	对比例1	实施例1
			氧化铝空心球骨料0.1～5mm(Al₂O₃>98.5％)	65	35
含氧化镁的氧化铝空心球骨料0.1～5mm(Al₂O₃+MgO>98.5％，MgO＝5.0％)	-	30
			氧化铝微粉<44μm(Al₂O₃>99.0％)	35	30
电熔氧化镁微粉<44μm(MgO>98.0％)	-	5
			木质素磺酸盐水溶液(外加)(浓度为24％)	12	12

本发明所述的含氧化镁的氧化铝空心球制品的配料组成如实施例1所示，对比例1为高纯氧化铝空心球制品的同颗粒配比。按照配比称取骨料，加入结合剂混制2分钟，再加入预混合的基质微粉，混制10分钟。泥料少时间睏料后，振动加压成型标准砖型。成型后砖坯自然放置12h，然后进入干燥道进行干燥，干燥后的砖坯经1700℃高温烧成。实施例1中的氧化镁的整体含量为6.4％。这两种制品的理化指标对比如下表所示：

理化指标	对比例1	实施例1
			荷重软化温度(0.1MPa)，℃	>1700	>1700
导热系数(800℃)，W/(m·k)	0.875	0.564
			抗热震性(1100℃—水冷)，次数	4	15

实施例2：

配料比例	对比例2	实施例2
			氧化铝空心球骨料0.1～5mm(Al₂O₃>98.5％)	61	61
氧化铝微粉<44μm(Al₂O₃>99.0％)	39	31
			轻烧氧化镁微粉<44μm(MgO>98.0％)	-	3
镁铝尖晶石微粉<44μm(MgO＝27.5％)	-	5
			硫酸盐水溶液(外加)(浓度为27％)	11	11

本发明所述的含氧化镁的氧化铝空心球制品的配料组成如实施例2所示，对比例2为高纯氧化铝空心球制品的同颗粒配比。按照配比称取骨料，加入结合剂混制2分钟，再加入预混合的基质微粉，混制10分钟。泥料少时间睏料后，振动加压成型标准砖型。成型后砖坯自然放置12h，然后进入干燥道进行干燥，干燥后的砖坯经1700℃高温烧成。实施例2中的氧化镁的整体含量为4.3％。这两种制品的理化指标对比如下表所示：

理化指标	对比例2	实施例2
			荷重软化温度(0.1MPa)，℃	>1700	>1700
导热系数(800℃)，W/(m·k)	0.886	0.607
			抗热震性(1100℃—水冷)，次数	3	9

实施例3：

配料比例	对比例3	实施例3
			含氧化镁的氧化铝空心球骨料0.1～5mm(Al₂O₃+MgO>98.5％，MgO＝7.0％)	-	68
氧化铝空心球骨料0.1～5mm(Al₂O₃>98.5％)	68	-
			氧化铝微粉<44μm(Al₂O_3>99.0％)	32	22
电熔氧化镁微粉<44μm(MgO>98.0％)	-	3
			镁铝尖晶石微粉<44μm(MgO＝27.5％)	-	7
氯化物水溶液(外加)(浓度为30％)	8	8

本发明所述的含氧化镁的氧化铝空心球制品的配料组成如实施例3所示，对比例3为高纯氧化铝空心球制品的同颗粒配比。按照配比称取骨料，加入结合剂混制2分钟，再加入预混合的基质微粉，混制10分钟。泥料少时间睏料后，振动加压成型标准砖型。成型后砖坯自然放置12h，然后进入干燥道进行干燥，干燥后的砖坯经1700℃高温烧成。实施例3中的氧化镁的整体含量为9.6％。这两种制品的理化指标对比如下表所示：

理化指标	对比例3	实施例3
			荷重软化温度(0.1MPa)，℃	>1700	>1700
导热系数(800℃)，W/(m·k)	0.884	0.559
			抗热震性(1100℃—水冷)，次数	4	10

实施例4：

配料比例	对比例4	实施例4
			氧化铝空心球骨料0.1～5mm(Al₂O₃>98.5％)	55	25
含氧化镁的氧化铝空心球骨料0.1～5mm(Al₂O₃+MgO>98.5％，MgO＝15.0％)	-	30
			氧化铝微粉<44μm(Al₂O₃>99.0％)	45	42
轻烧氧化镁微粉<44μm(MgO>98.0％)	-	3
			氯化物水溶液(外加)(浓度为30％)	8	8

本发明所述的含氧化镁的氧化铝空心球制品的配料组成如实施例4所示，对比例4为高纯氧化铝空心球制品的同颗粒配比。按照配比称取骨料，加入结合剂混制2分钟，再加入预混合的基质微粉，混制10分钟。泥料少时间睏料后，振动加压成型标准砖型。成型后砖坯自然放置12h，然后进入干燥道进行干燥，干燥后的砖坯经1700℃高温烧成。实施例4中的氧化镁的整体含量为7.4％。这两种制品的理化指标对比如下表所示：

理化指标	对比例4	实施例4
			荷重软化温度(0.1MPa)，℃	>1700	>1700
导热系数(800℃)，W/(m·k)	0.895	0.584
			抗热震性(1100℃—水冷)，次数	2	10

实施例5：

配料比例	对比例5	实施例5
			氧化铝空心球骨料0.1～5mm(Al₂O₃>98.5％)	63	33
含氧化镁的氧化铝空心球骨料0.1～5mm(Al₂O₃+MgO>98.5％，MgO＝12.0％)	-	30
			氧化铝微粉<44μm(Al₂O₃>99.0％)	37	32
烧结氧化镁微粉<44μm(MgO>98.0％)	-	5
			木质素磺酸盐水溶液(外加)(浓度为25％)	5	5
硫酸盐水溶液(外加)(浓度为25％)	8	8

本发明所述的含氧化镁的氧化铝空心球制品的配料组成如实施例5所示，对比例5为高纯氧化铝空心球制品的同颗粒配比。按照配比称取骨料，加入结合剂混制2分钟，再加入预混合的基质微粉，混制10分钟。泥料少时间睏料后，振动加压成型标准砖型。成型后砖坯自然放置12h，然后进入干燥道进行干燥，干燥后的砖坯经1700℃高温烧成。实施例5中的氧化镁的整体含量为8.5％。这两种制品的理化指标对比如下表所示：

理化指标	对比例5	实施例5
			荷重软化温度(0.1MPa)，℃	>1700	>1700
导热系数(800℃)，W/(m·k)	0.877	0.564
			抗热震性(1100℃—水冷)，次数	4	12

实施例6：

配料比例	对比例6	实施例6
			氧化铝空心球骨料0.1～5mm(Al₂O₃>98.5％)	65	25
含氧化镁的氧化铝空心球骨料0.1～5mm(Al₂O₃+MgO>98.5％，MgO＝9.0％)	-	20
			含氧化镁的氧化铝空心球骨料0.1～5mm(Al₂O₃+MgO>98.5％，MgO＝14.0％)	-	20
氧化铝微粉<44μm(Al₂O₃>99.0％)	35	20
			镁铝尖晶石微粉<44μm(MgO＝27.5％)	-	10
烧结氧化镁微粉<44μm(MgO>98.0％)	-	5
			硫酸盐水溶液(外加)(浓度为27％)	11	11

本发明所述的含氧化镁的氧化铝空心球制品的配料组成如实施例6所示，对比例6为高纯氧化铝空心球制品的同颗粒配比。按照配比称取骨料，加入结合剂混制2分钟，再加入预混合的基质微粉，混制10分钟。泥料少时间睏料后，振动加压成型标准砖型。成型后砖坯自然放置12h，然后进入干燥道进行干燥，干燥后的砖坯经1700℃高温烧成。实施例6中的氧化镁的整体含量为12.3％。这两种制品的理化指标对比如下表所示：

理化指标	对比例6	实施例6
			荷重软化温度(0.1MPa)，℃	>1700	>1700
导热系数(800℃)，W/(m·k)	0.887	0.592
			抗热震性(1100℃—水冷)，次数	4	9

实施例7：

配料比例	对比例7	实施例7
			氧化铝空心球骨料0.1～5mm(Al₂O₃>98.5％)	66	36
含氧化镁的氧化铝空心球骨料0.1～5mm(Al₂O₃+MgO>98.5％，MgO＝2.0％)	-	30
			氧化铝微粉<44μm(Al₂O₃>99.0％)	34	24
镁铝尖晶石微粉<44μm(MgO＝27.5％)	-	8
			氢氧化镁微粉<44μm(MgO＝67.5％)	-	2
木质素磺酸盐水溶液(外加)	4	4
			氯化物水溶液(外加)(浓度为30％)	3	3

本发明所述的含氧化镁的氧化铝空心球制品的配料组成如实施例7所示，对比例7为高纯氧化铝空心球制品的同颗粒配比。按照配比称取骨料，加入结合剂混制2分钟，再加入预混合的基质微粉，混制10分钟。泥料少时间睏料后，振动加压成型标准砖型。成型后砖坯自然放置12h，然后进入干燥道进行干燥，干燥后的砖坯经1700℃高温烧成。实施例7中的氧化镁的整体含量为4.2％。这两种制品的理化指标对比如下表所示：

理化指标	对比例7	实施例7
			荷重软化温度(0.1MPa)，℃	>1700	>1700
导热系数(800℃)，W/(m·k)	0.901	0.552
			抗热震性(1100℃—水冷)，次数	3	10

实施例8：

配料比例	对比例8	实施例8
			氧化铝空心球骨料0.1～5mm(Al₂O₃>98.5％)	64	34
含氧化镁的氧化铝空心球骨料0.1～5mm(Al₂O₃+MgO>98.5％，MgO＝4.0％)	-	30
			氧化铝微粉<44μm(Al₂O₃>99.0％)	36	32
碳酸镁微粉<44μm(MgO＝45.0％)	-	4
			磷酸盐水溶液(外加)(浓度为35％)	6	6

本发明所述的含氧化镁的氧化铝空心球制品的配料组成如实施例8所示，对比例8为高纯氧化铝空心球制品的同颗粒配比。按照配比称取骨料，加入结合剂混制2分钟，再加入预混合的基质微粉，混制10分钟。泥料少时间睏料后，振动加压成型标准砖型。成型后砖坯自然放置12h，然后进入干燥道进行干燥，干燥后的砖坯经1700℃高温烧成。实施例8中的氧化镁的整体含量为3.0％。这两种制品的理化指标对比如下表所示：

理化指标	对比例8	实施例8
			荷重软化温度(0.1MPa)，℃	>1700	>1700
导热系数(800℃)，W/(m·k)	0.867	0.580
			抗热震性(1100℃—水冷)，次数	3	11

实施例9：

配料比例	对比例9	实施例9
			氧化铝空心球骨料0.1～5mm(Al₂O₃>98.5％)	70	35
含氧化镁的氧化铝空心球骨料0.1～5mm(Al₂O₃+MgO>98.5％，MgO＝1.0％)	-	35
			氧化铝微粉<44μm(Al₂O₃>99.0％)	30	28
轻烧氧化镁微粉<44μm(MgO>98.0％)	-	2
			木质素磺酸盐水溶液(外加)(浓度为25％)	10	10

本发明所述的含氧化镁的氧化铝空心球制品的配料组成如实施例9所示，对比例9为高纯氧化铝空心球制品的同颗粒配比。按照配比称取骨料，加入结合剂混制2分钟，再加入预混合的基质微粉，混制10分钟。泥料少时间睏料后，振动加压成型标准砖型。成型后砖坯自然放置12h，然后进入干燥道进行干燥，干燥后的砖坯经1700℃高温烧成。实施例9中的氧化镁的整体含量为2.3％。这两种制品的理化指标对比如下表所示：

理化指标	对比例9	实施例9
			荷重软化温度(0.1MPa)，℃	>1700	>1700
导热系数(800℃)，W/(m·k)	0.855	0.612
			抗热震性(1100℃—水冷)，次数	4	8

Claims

1.一种含氧化镁的氧化铝空心球制品，其特征在于：所述制品配料组成的质量百分比为：

所述制品中氧化镁的质量百分比为2～15％；所述氧化铝空心球为Al₂O₃＞98.5％的氧化铝空心球和不同氧化镁含量的氧化铝空心球的任意比例组合；所述含氧化镁的氧化铝空心球由氧化镁微粉、碳酸镁微粉、氢氧化镁微粉中的一种或几种的任意组合与工业氧化铝微粉混合后在三相电弧炉内熔融吹制制成，其Al₂O₃+MgO＞98.5％，氧化镁的含量在1～15％，自然堆积密度在0.70～1.00g/cm³；所述＜44μm的含氧化镁的原料微粉是电熔氧化镁微粉、烧结氧化镁微粉、轻烧氧化镁微粉、碳酸镁微粉、氢氧化镁微粉、镁铝尖晶石微粉中的任一种或几种的任意组合。

2.根据权利要求1所述的一种含氧化镁的氧化铝空心球制品，其特征在于：所述制品配料组成的质量百分比为：

3.根据权利要求1所述的一种含氧化镁的氧化铝空心球制品，其特征在于：所述制品中氧化镁的质量百分比为3～10％。

4.根据权利要求1或2所述的一种含氧化镁的氧化铝空心球制品，其特征在于：所述结合剂为木质素磺酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氯化物的水溶液中的任意一种或两种的组合。