CN101654368A - 一种具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温陶瓷颗粒的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温陶瓷颗粒的制造方法，属于耐火材料技术领域。该发明采用氧化铝粉或六铝酸钙粉或尖晶石粉或莫来石粉或铝矾土生料粉等作为原料。本发明首先将粒度比较细的粉(氧化铝粉或六铝酸钙粉或尖晶石粉或莫来石粉或铝矾土生料粉等)通过滚动成球机成球制备成直径为0.20～25mm的球，通过加入水的量和成球时间控制坯体的粒径大小，然后再通过滚动成球的方法在该类型料球的表面包裹0.05～8mm厚的粒径比较粗的原料粉(氧化铝粉或六铝酸钙粉或尖晶石粉或莫来石粉或铝矾土生料粉等)，即得到相应的具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温陶瓷颗粒，通过包裹的厚度控制颗粒的高尔夫球形度。所述的具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温陶瓷颗粒尺寸大小的调整范围宽，颗粒表面有多处明显的凸起，使用其作为颗粒原料制得的耐火材料制品具有强度高、热震稳定性好等优点，在耐火材料制品和耐火浇注料等领域具有广阔的应用前景。

Description

一种具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温陶瓷颗粒的制造方法

技术领域：

本发明涉及一种具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温陶瓷颗粒的制造方法，属于耐火材料领域。

背景技术：

耐火材料是高温技术工业所必须的基础材料。钢铁工业、有色金属冶炼工业、机械工业、建材工业、化学工业等国民经济重要支柱工业的发展都离不开耐火材料工业的发展。耐火材料工业的技术进步为我国国民经济的基础产业做出了重要的贡献。

在各种耐火砖和耐火浇注料等耐火制品中，起骨架支撑作用的颗粒原料对保证耐火材料的性能起着十分重要的作用。目前耐火材料领域使用的起骨架支撑作用的颗粒原料一般是先将相应矿物和化工原料通过破碎除杂后，再经烧结或者电熔使其密实，最后再破碎分级成所需要的粒径大小的颗粒原料。这些颗粒原料可以规模化工业生产，使用其制得的制品能够获得比较高的强度。但是这些颗粒棱角比较突出，形状不规则，粒径相差较大。将其用到耐火材料制品中，颗粒的棱角处容易产生应力集中，容易导致耐火材料的异常断裂和基体的变形破坏，从而影响耐火制品的使用性能和使用寿命。

因此，工业上为获得性能较稳定的耐火材料产品通常将这些棱角突出的颗粒原料采用自磨法整形或者加入一定量的研磨介质后进行滚动整形或用高速气流作为载体将这些棱角突出的颗粒原料喷到一个空间，让高速运动的颗粒之间的反复相互冲击碰撞与摩擦作用，有效地打掉较为突出的棱角，使得棱角钝化。这样虽然能够减少一部分较为突出的棱角，在耐火制品的应用中能够避免一些应力集中的产生，但是仍然不能完全满足某些高稳定耐火制品的苛刻要求。

当然，也有利用滚动成球工艺将粉料成球并经过高温煅烧后作为颗粒原料的，但是球形颗粒原料虽然克服了棱角状颗粒原料易产生应力集中的缺点，但是使用球形颗粒原料制得的制品的强度较低。文献(王桂萱，秦建敏.颗粒材料力学性质的离散元数值模拟[J].大连大学学报，2007，28(6)，27～31.)指出颗粒形状、表面性质对颗粒体的宏观力学响应有显著的影响，在相同颗粒级配、有效初始空隙比和颗粒数目的情况下，椭圆形颗粒材料的强度高于圆形的。而高尔夫球形颗粒可以看成是若干个椭圆形颗粒组成的，分析认为具有高尔夫球表面形貌颗粒的制品强度可能高于球形颗粒的制品强度。所进行的实验研究工作也说明了相同条件下具有高尔夫球表面形貌颗粒的制品强度高于球形颗粒的制品强度。

为了解决棱角状颗粒原料容易使得制品产生应力集中和球形颗粒原料制得的制品的强度较低的问题，本发明提出了一种具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温陶瓷颗粒的制造方法，相信在耐高温材料制品和耐火浇注料等领域具有广阔的应用前景。

同等体积条件下，高尔夫球形颗粒相对于球形颗粒来说，增加了颗粒的表面积，使颗粒与基体结合面积更大，相应的结合强度更高。此外，高尔夫球形颗粒平缓的凸起克服了棱角状颗粒易于应力集中的缺点，有利于提高制品的使用性能和稳定性。本发明一种具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温陶瓷颗粒的制造方法具有成本低、适宜规模化工业生产、采用其作为颗粒原料制品具有强度稳定和抗热震性能好等显著优点。

发明内容：

本发明目的是针对目前棱角状颗粒原料易产生应力集中和球形颗粒原料制得的制品强度较低等问题，利用具有高尔夫球表面形貌特征的颗粒不易产生应力集中而且使用其作为颗粒原料制备耐火材料制品的强度高、热震稳定性好的特点，提出一种具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温陶瓷颗粒的制造方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提出的一种具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温陶瓷颗粒的制造方法，其特征在于采用滚动成球的方法成球，工艺过程分为两个步骤来实施成球的包裹。第一步先在滚动成球机内表面用成雾状喷头喷上一层薄薄的水膜，使得滚动成球机内表面变湿，然后将粒度比较细的相应原料粉(粒径≤100μm)均匀的撒到滚动成球机内表面，滚动成球机并经过滚动一段时间后使得相应原料细粉变成为细小的颗粒之后，继续进行成雾状喷水、撒相应的原料粉、滚动成球的持续进行，使得相应的原料细粉一层一层的包裹到细小颗粒的表面，直到成球到所需要的球形颗粒的大小，一般成球后的粒径为0.20～25mm；第二步为在成形好的颗粒球的表面再包裹一层粒径比较粗的相应原料粉(粒径在100～350μm之内)，继续进行成雾状喷水、撒相应的粒径比较粗的原料粉、滚动成球的持续进行，使得相应粒径比较粗的原料细粉一层一层的包裹到球形颗粒的表面，直到成球到所需要的高尔夫球表面形貌特征的颗粒大小，该过程包裹的粒径比较粗的原料粉厚度可以在0.05～8mm范围内，该层包裹的粒径比较粗的原料粉的厚度影响着具有高尔夫球表面形貌特征颗粒的高尔夫球形度特征，一般来说，当该过程包裹的粒径比较粗的原料粉的厚度比较小时，颗粒具有的高尔夫球表面形貌特征很明显，完全和高尔夫球表面形貌特征一致；如果该过程包裹的粒径比较粗的原料粉的厚度比较大时，颗粒具有的高尔夫球表面形貌特征有些不规则，也就是说有些凸起大一些，有些凸起小一些。当然，具有高尔夫球表面形貌特征颗粒的表面状态是可以用肉眼直接判定的，当成球到所需要的高尔夫球表面形貌特征的颗粒大小时可以停止加料和停止喷雾状水并切断滚动成球的电源，取出相应的具有高尔夫球表面形貌特征的颗粒生坯，再经过干燥脱水和相应要求的高温煅烧后即可得到所述的具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温陶瓷颗粒。

本发明所述的成球和包裹所用的原料可以是氧化铝粉或六铝酸钙粉或尖晶石粉或莫来石粉或铝矾土生料粉等，也可以采用能够生成六铝酸钙、尖晶石或莫来石等的矿物原料和化工原料。成球的粉和包裹的原料粉可以是不相同粒径规格的同种原料粉，也可以是不同粒径规格的不同种原料粉。这些成形好的具有高尔夫球表面形貌的颗粒生坯，再分别经过干燥脱水和经过各种原料相应要求的高温煅烧后即可得到所述的具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温陶瓷颗粒。

本发明可以制备具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温刚玉颗粒、具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温六铝酸钙颗粒、具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温尖晶石颗粒、具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温莫来石颗粒、具有高尔夫球表面形貌特征的煅烧铝矾土熟料颗粒。如果成球的粉和包裹的原料粉采用的是不同粒径规格的不同种原料粉，那么本发明就可以制备具有核壳结构特征且内外组分不同和具有高尔夫球表面形貌特征的相应各种陶瓷颗粒。

所述具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温陶瓷颗粒的直径为0.25～33mm。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明：

实施例1

以制备一种具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温氧化铝陶瓷颗粒为例。使用α-Al₂O₃粉为原料(氧化铝要求Al₂O₃≥96wt.％)。

首先在滚动成球机内表面用成雾状喷头喷上一层薄薄的水膜，使得滚动成球机内表面变湿，然后将粒度比较细的α-Al₂O₃粉(D50为40μm)均匀的撒到滚动成球机内表面，滚动成球机并经过滚动一段时间后使得α-Al₂O₃细粉变成为细小的颗粒之后，继续进行成雾状喷水、撒α-Al₂O₃细粉、滚动成球的持续进行，使得α-Al₂O₃细粉一层一层的包裹到细小颗粒的表面，直到成球到所需要的球形颗粒的大小，成球后的粒径在20～22mm的占到90％以上，然后在成形好的颗粒球的表面再包裹一层粒径比较粗的α-Al₂O₃粉(D50为150μm)，继续进行成雾状喷水、撒相应的粒径比较粗的α-Al₂O₃粉、滚动成球持续进行，使得相应粒径比较粗的α-Al₂O₃粉一层一层的包裹到球形颗粒的表面，直到成球到所需要的高尔夫球表面形貌特征的颗粒大小，包裹的粒径比较粗的α-Al₂O₃粉厚度为2mm，得到具有高尔夫球表面形貌特征的颗粒生坯，其颗粒生坯的粒径在22～24mm的占到90％以上。

将颗粒生坯经过在干燥箱中先于70℃干燥4h，再于100℃烘干8h，使颗粒的含水率≤3.0％。最后将干燥好的生坯用耐火匣钵装好，于高温炉中煅烧，最终煅烧温度1750℃。即可得到所述的具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温氧化铝陶瓷颗粒。即得到相应的高尔夫球形或近高尔夫球形氧化铝陶瓷颗粒，由于煅烧后的颗粒有些收缩，其粒径在21～23mm范围内占到90％以上。

实施例2

以制备一种具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温尖晶石粉陶瓷颗粒为例。使用尖晶石粉为原料。

首先在滚动成球机内表面用成雾状喷头喷上一层薄薄的水膜，使得滚动成球机内表面变湿，然后将粒度比较细的尖晶石粉(D50为45μm)均匀的撒到滚动成球机内表面，滚动成球机并经过滚动一段时间后使得尖晶石粉细粉变成为细小的颗粒之后，继续进行成雾状喷水、撒尖晶石细粉、滚动成球的持续进行，使得尖晶石细粉一层一层的包裹到细小颗粒的表面，直到成球到所需要的球形颗粒的大小，成球后的粒径在21～23mm的占到85％以上，然后在成形好的颗粒球的表面再包裹一层粒径比较粗的尖晶石粉(D50为140μm)，继续进行成雾状喷水、撒相应的粒径比较粗的尖晶石粉、滚动成球持续进行，使得相应粒径比较粗的尖晶石粉一层一层的包裹到球形颗粒的表面，直到成球到所需要的高尔夫球表面形貌特征的颗粒大小，包裹的粒径比较粗的尖晶石粉厚度为1.5mm，得到具有高尔夫球表面形貌特征的颗粒生坯，其颗粒生坯的粒径在22.5～24.5mm的占到90％以上。

将颗粒生坯经过在干燥箱中先于60℃干燥4h，再于100℃烘干10h，使颗粒的含水率≤4.0％。最后将干燥好的生坯用耐火匣钵装好，于高温炉中煅烧，最终煅烧温度1650℃。即可得到所述的具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温尖晶石粉陶瓷颗粒。即得到相应的高尔夫球形或近高尔夫球形尖晶石粉陶瓷颗粒，由于煅烧后的颗粒有些收缩，其粒径在21～23mm范围内占到90％以上。

实施例3

以制备一种具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温莫来石陶瓷颗粒为例。使用粘土和氧化铝粉为原料(粘土要求Al₂O₃含量为35.0-38.0wt.％，Fe₂O₃含量为0.1-1.0wt.％，CaO+MgO含量为0.1-0.4wt.％，Na₂O+K₂O含量为0.1-0.8wt.％；Al₂O₃≥90wt.％)。

首先按照莫来石的理论配比把粘土粉与氧化铝粉配好并用混料机混合均匀，接着在滚动成球机内表面用成雾状喷头喷上一层薄薄的水膜，使得滚动成球机内表面变湿，然后将粒度比较细的粘土和氧化铝混合粉(D50为35μm)均匀的撒到滚动成球机内表面，滚动成球机并经过滚动一段时间后使得粘土和氧化铝混合细粉变成为细小的颗粒之后，继续进行成雾状喷水、撒粘土和氧化铝混合粉细粉、滚动成球的持续进行，使得粘土和氧化铝混合粉细粉一层一层的包裹到细小颗粒的表面，直到成球到所需要的球形颗粒的大小，成球后的粒径在20～22mm的占到90％以上，然后在成形好的颗粒球的表面再包裹一层粒径比较粗的粘土和氧化铝混合粉(D50为200μm)，继续进行成雾状喷水、撒相应的粒径比较粗的粘土和氧化铝混合粉、滚动成球持续进行，使得相应粒径比较粗的粘土和氧化铝混合粉一层一层的包裹到球形颗粒的表面，直到成球到所需要的高尔夫球表面形貌特征的颗粒大小，包裹的粒径比较粗的粘土和氧化铝混合粉厚度为3mm，得到具有高尔夫球表面形貌特征的颗粒生坯，其颗粒生坯的粒径在23～25mm的占到90％以上。

将颗粒生坯经过在干燥箱中先于70℃干燥4h，再于100℃烘干8h，使颗粒的含水率≤3.0％。最后将干燥好的生坯用耐火匣钵装好，于高温炉中煅烧，最终煅烧温度1600℃。即可得到所述的具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温氧化铝陶瓷颗粒。即得到相应的高尔夫球形或近高尔夫球形氧化铝陶瓷颗粒，由于煅烧后的颗粒有些收缩，其粒径在22～24mm范围内占到90％以上。

实施例4

以制备一种具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温六铝酸钙结合氧化铝陶瓷颗粒为例。使用氧化铝粉、轻质碳酸钙粉和氢氧化铝粉为原料(氧化铝要求Al₂O₃≥96wt.％；轻质碳酸钙要求CaO含量大于53.0％；氢氧化铝要求Al₂O₃含量大于70％)。

首先按照六铝酸钙的理论配比把轻质碳酸钙粉与氢氧化铝粉配好并用混料机混合均匀，接着在滚动成球机内表面用成雾状喷头喷上一层薄薄的水膜，使得滚动成球机内表面变湿，然后将粒度比较细的轻质碳酸钙和氢氧化铝混合粉(D50为40μm)均匀的撒到滚动成球机内表面，滚动成球机并经过滚动一段时间后使得轻质碳酸钙和氢氧化铝混合粉变成为细小的颗粒之后，继续进行成雾状喷水、撒轻质碳酸钙和氢氧化铝混合粉、滚动成球的持续进行，使得轻质碳酸钙和氢氧化铝混合粉一层一层的包裹到细小颗粒的表面，直到成球到所需要的球形颗粒的大小，成球后的粒径在20～22mm的占到90％以上，然后在成形好的颗粒球的表面再包裹一层粒径比较粗的氧化铝粉(D50为150μm)，继续进行成雾状喷水、撒相应的粒径比较粗的氧化铝粉、滚动成球持续进行，使得相应粒径比较粗的氧化铝粉一层一层的包裹到球形颗粒的表面，直到成球到所需要的高尔夫球表面形貌特征的颗粒大小，包裹的粒径比较粗的氧化铝粉厚度为1mm，得到具有高尔夫球表面形貌特征的颗粒生坯，其颗粒生坯的粒径在21～23mm的占到85％以上。

将颗粒生坯经过在干燥箱中先于80℃干燥4h，再于110℃烘干7h，使颗粒的含水率≤3.0％。最后将干燥好的生坯用耐火匣钵装好，于高温炉中煅烧，最终煅烧温度1550℃。即可得到所述的具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温六铝酸钙结合氧化铝陶瓷颗粒。即得到相应的高尔夫球形或近高尔夫球形六铝酸钙结合氧化铝陶瓷颗粒，由于煅烧后的颗粒有些收缩，其粒径在20～22mm范围内占到95％以上。

Claims (3)

1、一种具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温陶瓷颗粒的制造方法，其特征在于：采用滚动成球的方法成球，工艺过程分为两步包裹：第一步将粒度比较细的粉(粒径≤100μm)用滚动成球机成球到所需粒径，成球的粒径一般为0.20～25mm；第二步为在成形好的颗粒球的表面再包裹一层粒径比较粗的原料粉(粒径在100～350μm之内)，该层包裹的原料粉的厚度为0.05～8mm。

2、根据权利要求1所述的成球过程，其特征在于：所用的原料可以是氧化铝粉或六铝酸钙粉或尖晶石粉或莫来石粉或铝矾土生料粉等，也可以是能够生成六铝酸钙、尖晶石或莫来石等的矿物原料和化工原料。成球的粉和包裹的原料粉可以是不相同粒径规格的同种原料粉，也可以是不相同粒径规格的不同种原料粉。这些成形好的具有高尔夫球表面形貌的颗粒生坯，分别经过各种原料相应要求的高温煅烧后即可得到所述的具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温陶瓷颗粒。

3、根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述具有高尔夫球表面形貌特征的耐高温陶瓷颗粒的直径为0.25～33mm。