CN101792317B - 一种高强度氧化铝空心球的制备方法 - Google Patents

一种高强度氧化铝空心球的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度氧化铝空心球的制备方法。该方法以工业氧化铝材料为原料，并引入适当的添加剂调整组份和熔体粘度，在三相交流电弧矿热炉或直流电弧矿热炉中熔炼，用空气进行喷吹，然后经过筛分得到0.2～5mm的高强度氧化铝空心球。该空心球与目前采用纯工业氧化铝生产的氧化铝空心球相比，球壁较厚，耐压强度大幅度提高，能够把氧化铝空心球单个耐压强度从15.7N提高到38N，具有更好的力学强度和更高的使用温度。

Description

一种高强度氧化铝空心球的制备方法
技术领域
本发明涉及耐火材料的制备方法，尤其涉及一种高强度氧化铝空心球的制备方法。
背景技术
在传统能源日益枯竭而新能源发展缓慢的今天，当前最迫切的任务是开发轻质、高强、热震稳定性好、使用温度高能满足轻质结构高温炉所需的内衬材料，改变传统的超高温窑炉由于采用重质结构而存在的热容量大、升温速率低、能耗大、使用寿命短、中期维修量大等缺点，节约能源，降低能耗，为人类可持续发展服务。
由于轻质保温材料是通过引入气孔的方式获得低热导率，引入大量气孔会导致轻质材料的重烧线收缩率提高、荷重软化温度降低、高温蠕变严重、耐压强度降低，从而使隔热材料的使用温度很难提高，并使应用范围受到限制，因此寻找新的方法制备新的高温隔热材料一直是各国专家的工作重点。1986年苏联材料工作者采用增加Al2O3含量和成球预烧的办法，生产出使用温度可达1750℃的高温隔热材料；20世纪80年代中期又成功地生产出轻质氧化铝空心球陶瓷，氧化铝纤维等轻质隔热材料，使用温度可达1500～1800℃，不但可以做隔热层，也可以与火焰直接接触。在现有的隔热材料中，氧化铝隔热材料品种最多，使用温度高，隔热节能效果好，是当今重点发展的隔热材料，其中轻质氧化铝空心球陶瓷是隔热材料技术进步的一个标志，它克服了原有泡沫氧化铝产品强度低、高温抗蠕变性能差的缺点，可直接接触火焰，可作为高温内衬结构材料使用，能够推动传统高温窑炉结构改造，为设计新型窑炉结构奠定基础。但是目前的氧化铝空心球中氧化铝纯度较高，制备过程中由于熔体粘度较低，制备出的空心球球壁较薄，造成耐压强度较低，在成型过程以及震动浇注过程中空心球容易发生破损，从而限制了氧化铝空心球作为结构-隔热一体化材料在许多领域中的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度氧化铝空心球的制备方法，所依据的技术原理是在原有制备氧化铝空心球的基础上，以工业氧化铝为原料，同时引入一定量调整熔体粘度的添加剂，熔炼过程中生成无定形物质，在提高熔体粘度和调节喷吹压力的条件下，氧化铝空心球壁厚增加，从而大幅度提高氧化铝空心球的耐压强度。
本发明所采用的技术方案如下：
以工业氧化铝为原料，并引入调整组份和粘度的添加剂SiO2和TiO2，在三相交流或直流电弧矿热炉中加热熔炼，料液温度达到2000～2400℃，然后用装在电弧矿热炉上的吹球喷嘴倾炉喷吹成球。
所述的工业氧化铝、SiO2和TiO2的质量百分含量分别是：工业氧化铝为98～99％，SiO2为0～2％，TiO2为0～2％。
所采用的工业氧化铝原料颗粒要求不大于0.1mm，SiO2和TiO2的原料颗粒不大于200目。
吹球喷嘴为扁形钢管，在炉嘴下方50～100mm处，喷嘴与炉嘴夹角为50～80°。
倾炉喷吹，倾炉最好采用变频模式，先快后慢，与料液流速相匹配，用此方法可生产出高强度氧化铝空心球，然后筛分得到0.2～5mm的不同规格产品。
本发明所具有的有益效果是：
采用工业氧化铝为原料并引入调整熔体粘度的添加剂制备出的氧化铝空心球，与目前采用纯工业氧化铝生产的氧化铝空心球相比，球壁较厚，耐压强度大幅度提高，能够把氧化铝空心球单个耐压强度从15.7N提高到38N，具有更好的力学强度和更高的使用温度。
具体实施方式
实施例1：
原料配比采用工业氧化铝占98％，SiO2占1％，TiO2占1％，将上述原料按比例配好在球磨机中混匀后，称重200公斤放在炉前待用。电弧炉熔炼准备工作完成后加入炉中熔炼，直至原料完全熔融，此后调整电流精炼20分钟，温度达到2000℃后提起电极棒，立即倾炉喷吹氧化铝空心球。喷吹用空压机压力为5kg/cm2，喷嘴所用圆管直径为30mm，喷嘴宽度为5mm。喷嘴固定在炉嘴下方50mm处，喷嘴与炉嘴的夹角为80°。喷吹后有部分原料没有成球或破损，可在下次继续加到炉中进行熔炼，经筛分得到的粒度为0.2～5mm之间的统球堆积密度为0.8g/cm3，单个氧化铝空心球耐压强度大于43N。
实施例2：
原料配比采用工业氧化铝占98％，SiO2占2％，将上述原料按比例配好在球磨机中混匀后，称重200公斤放在炉前待用。电弧炉熔炼准备工作完成后加入炉中熔炼，直至原料完全熔融，此后调整电流精炼20分钟，温度达到2100℃后提起电极棒，立即倾炉喷吹氧化铝空心球。喷吹用空压机压力为11kg/cm2，喷嘴直径为60mm，喷嘴宽度为6mm。喷嘴固定在炉嘴下方100mm处，喷嘴与炉嘴的夹角为50°。喷吹后有部分没有成球或破损，可在下次继续加到炉中进行熔炼，经筛分得到的粒度为0.2～5mm之间的统球堆积密度为0.78g/cm3，，单个氧化铝空心球耐压强度大于41N。
实施例3：
原料配比采用工业氧化铝占98％，TiO2占2％，将上述原料按比例配好在球磨机中混匀后，称重200公斤放在炉前待用。电弧炉熔炼准备工作完成后加入炉中熔炼，直至原料完全熔融，此后调整电流精炼20分钟，温度达到2400℃后提起电极棒，立即倾炉喷吹氧化铝空心球。喷吹用空压机压力为11kg/cm2，喷嘴直径为50mm，喷嘴宽度为5mm。喷嘴固定在炉嘴下方75mm处，喷嘴与炉嘴的夹角为50°。喷吹后有部分没有成球或破损，可在下次继续加到炉中进行熔炼，经筛分得到的粒度为0.2～5mm之间的统球堆积密度为0.69g/cm3，单个氧化铝空心球耐压强度大于38N。
实施例4：
原料配比采用工业氧化铝占99％，SiO2占0.5％，TiO2占0.5％，将上述原料按比例配好在球磨机中混匀后，称重200公斤放在炉前待用。电弧炉熔炼准备工作完成后加入炉中熔炼，直至原料完全熔融，此后调整电流精炼20分钟，温度达到2400℃后提起电极棒，立即倾炉喷吹氧化铝空心球。喷吹用空压机压力为10kg/cm2，喷嘴直径为50mm，喷嘴宽度为5mm。喷嘴固定在炉嘴下方75mm处，喷嘴与炉嘴的夹角为68°。喷吹后有部分没有成球或破损，可在下次继续加到炉中进行熔炼，经筛分得到的粒度为0.2～5mm之间的统球堆积密度为0.7g/cm3，单个氧化铝空心球耐压强度大于42N。

Claims (3)

1.一种高强度氧化铝空心球的制备方法，其特征在于：以工业氧化铝为原料，并引入调整组份和粘度的添加剂SiO2和TiO2，在三相交流或直流电弧矿热炉中加热熔炼，料液温度达到2000～2400℃，然后用装在电弧矿热炉上的吹球喷嘴倾炉喷吹成球；
所述的工业氧化铝、SiO2和TiO2的质量百分含量分别是：工业氧化铝为98～99％，SiO2为0～2％，TiO2为0～2％。
2.根据权利要求1所述的一种高强度氧化铝空心球的制备方法，其特征在于：所采用的工业氧化铝原料颗粒要求不大于0.1mm，SiO2和TiO2的原料颗粒不大于200目。
3.根据权利要求1所述的一种高强度氧化铝空心球的制备方法，其特征在于：吹球喷嘴为扁形钢管，在炉嘴下方50～100mm处，喷嘴与炉嘴夹角为50～80°。
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