CN101857453A

CN101857453A - 一种方镁石-铁铝尖晶石耐火材料及其制备方法

Info

Publication number: CN101857453A
Application number: CN 201010212182
Authority: CN
Inventors: 李楠; 鄢文; 韩兵强
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2010-06-22
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2030-06-22
Also published as: CN101857453B

Abstract

本发明涉及一种方镁石-铁铝尖晶石耐火材料及其制备方法。所采用的技术方案是：将80～98wt％的镁砂和2～20wt％的铁铝尖晶石-刚玉复合材料进行混合，外加上述混合料3～8wt％的结合剂，将上述原料搅拌均匀，机压成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥8～36小时，然后在1450～1650℃条件下烧成，保温4～15小时，即得方镁石-铁铝尖晶石耐火材料。本发明所制备的产品的主要物相是方镁石和铁铝尖晶石，并含有少量镁铝尖晶石，是一种既具有较高的窑皮附着性、较高的耐火度、良好的抗碱、硫、氯和熟料等侵蚀能力，又具有较高的荷重软化温度、较高的高温强度和较好的热震稳定性的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料。

Description

一种方镁石-铁铝尖晶石耐火材料及其制备方法

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域。具体涉及一种方镁石-铁铝尖晶石耐火材料及其制备方法。

背景技术

从20世纪60年代开始，直接结合镁铬砖便以其优良的高温性能而广泛应用于水泥窑烧成带，但镁铬砖在使用时会产生有毒的Cr⁶⁺。为了解决传统镁铬砖引起的环境污染问题，无铬碱性耐火材料已成为人们研究的重点。目前，替代镁铬砖的无铬碱性耐火材料主要有方镁石-镁铝尖晶石砖和方镁石-铁铝尖晶石砖等。方镁石-镁铝尖晶石砖具有较高的荷重软化温度、较高的高温强度和较好的热震稳定性(Journal of the European Ceramic Society，2004，24：2079-2085)，但其窑皮的附着性差，抗碱、硫、氯和熟料等侵蚀能力较差。方镁石-铁铝尖晶石砖虽有很好的窑皮的附着性、较高的耐火度、较好的热震稳定性和较强的抗碱、硫、氯和熟料等侵蚀能力(RHI，Bull，2003，1：25～28)，但其关键材料——铁铝尖晶石在生产时存在一些问题：由于铁铝尖晶石需在一定的CO分压下生成，用烧结法生产难以控制，因此，多用电熔法合成，但在熔制过程中，如果配料向氧化铁含量高的方向偏移，容易产生过多的液相，这导致铁铝尖晶石生产控制较难；在现有的电熔铁铝尖晶石制备工艺中，如以Al₂O₃和Fe为原料通过电熔法制备铁铝尖晶石时(Journal of Magnetism and Magnetic Materials，2003，264：264-274)，反应过程难以控制，且反应不够充分；以分析纯的Al₂O₃粉、分析纯Fe₂O₃粉和铁鳞为原料通过电熔法制备铁铝尖晶石时(硅酸盐通报，2007，26(5)：1003-1006)，虽然工艺简单，但分析纯的Al₂O₃粉和分析纯Fe₂O₃粉价格太高，致使成本太高，不适合大规模工业化生产。铁铝尖晶石的组成波动较大和质量不稳定，导致产品性能较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种既具有较高的窑皮附着性、较高的耐火度、良好的抗碱、硫、氯和熟料等侵蚀能力，又具有较高的荷重软化温度、较高的高温强度和较好的热震稳定性的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：将80～98wt％的镁砂和2～20wt％的铁铝尖晶石-刚玉复合材料进行混合，外加上述混合料3～8wt％的结合剂，将上述原料搅拌均匀，机压成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥8～36小时，然后在1450～1650℃条件下烧成，保温4～15小时，即得方镁石-铁铝尖晶石耐火材料。

所述的铁铝尖晶石-刚玉复合材料(CN200910272184.6)的制备方法是：先以34～44wt％的Fe₂O₃粉、55～65wt％的Al₂O₃粉和0.5～3wt％的轻烧镁砂粉为混合料，外加混合料0.5～4wt％的碳粉；或再外加混合料0.5～3wt％的结合剂，搅拌均匀，成型，坯体经110℃条件下干燥4～24小时，放入三相电弧炉内，或直接将原料搅拌均匀后放入三相电弧炉内；然后采用90～220V电压电熔，当原料或坯体全部熔融后，继续熔炼25～60分钟；或将熔炼后的高温合成料在电弧炉中冷却24～48小时，或将熔炼后的高温合成料导入水冷罐中冷却23～46小时，取出破碎至所需粒度，即得铁铝尖晶石-刚玉复合材料。

所述的镁砂为电熔镁砂、烧结镁砂中的一种以上，MgO含量＞93wt％，粒径为0～8mm。

所述的结合剂为亚硫酸纸浆废液和氯化镁水溶液中的一种以上。

由于采用上述技术方案，本发明以镁砂为主，与申请人申请的“一种电熔铁铝尖晶石-刚玉复合材料及其制备方法(专利申请号：CN200910272184.6)”专利技术相结合，制得以方镁石为主要相成分、铁铝尖晶石相为次成分、并含有少量镁铝尖晶石相的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料。所制备的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料的气孔率为15.0～18.0％、的体积密度为2.90～3.10g/cm³、常温耐压强度为40～100MPa、高温抗折强度(1400℃×30min)为1.5～5.0MPa、热膨胀(1500℃)为1.80～2.15％、荷重软化温度(0.2MPa×0.6％)大于1600℃、热震性(1100℃，水冷)为6～20次。

本发明的创新之处在于，将“一种电熔铁铝尖晶石-刚玉复合材料及其制备方法”专利技术所制备的铁铝尖晶石-刚玉复合材料引入到镁质耐火材料中，这种耐火材料既具有较高的窑皮附着性、较高的耐火度、良好的抗碱、硫、氯和熟料等侵蚀能力，又具有较高的荷重软化温度、较高的高温强度和较好的热震稳定性。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对保护范围的限制：

本具体实施方式中将要涉及到的镁砂的MgO含量＞93wt％；

“铁铝尖晶石-刚玉复合材料”为申请人申请的“一种电熔铁铝尖晶石-刚玉复合材料及其制备方法”(CN200910272184.6)专利技术制备的，其制备方法是：先以34～44wt％的Fe₂O₃粉、55～65wt％的Al₂O₃粉和0.5～3wt％的轻烧镁砂粉为混合料，外加混合料0.5～4wt％的碳粉；或再外加混合料0.5～3wt％的结合剂，搅拌均匀，成型，坯体经110℃条件下干燥4～24小时，放入三相电弧炉内，或直接将原料搅拌均匀后放入三相电弧炉内；然后采用90～220V电压电熔，当原料或坯体全部熔融后，继续熔炼25～60分钟；或将熔炼后的高温合成料在电弧炉中冷却24～48小时，或将熔炼后的高温合成料导入水冷罐中冷却23～46小时，取出破碎至所需粒度，即得铁铝尖晶石-刚玉复合材料。在以下实施例中不再赘述。

实施例1

一种方镁石-铁铝尖晶石耐火材料及其制备方法：将粒径为5～3mm的镁砂、粒径为3～1mm的镁砂、粒径为1～0mm的镁砂、粒径为小于0.088mm的镁砂和粒径为2.5～0.3mm的铁铝尖晶石-刚玉复合材料分别按11～15wt％、30～34wt％、16～20wt％、28～32wt％和6～9wt％混和，外加上述混合料3～5wt％的亚硫酸纸浆废液搅拌均匀，机压成型，成型压力为180～250MPa。成型后的坯体在110℃条件下干燥18～30小时，最后在1540～1620℃条件下保温8～12小时烧成即可。

其中，镁砂为电熔镁砂、MgO含量大于96wt％；铁铝尖晶石-刚玉复合材料的Fe₂O₃含量为42～44wt％，Al₂O₃含量为54～56wt％，MgO含量为1.8～2.2wt％。

采用本实施例所述方法，可得到显气孔率为15.5～17.7％、体积密度为2.93～3.02g/cm³、常温耐压强度为70～90MPa、高温抗折强度(1400℃×30min)为2.5～3.5MPa、热膨胀(1500℃)2.00～2.04％、荷重软化温度(0.2MPa×0.6％)大于1700℃、热震性(1100℃，水冷)为10～14次的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料。

实施例2

一种方镁石-铁铝尖晶石耐火材料及其制备方法：将粒径为8～5mm的镁砂、粒径为5～3mm的镁砂、粒径为3～1mm的镁砂、粒径为1～0mm的镁砂、粒径为小于0.088mm的镁砂和粒径为4～2mm的铁铝尖晶石-刚玉复合材料分别按5～8wt％、10～12wt％、25～30wt％、15～20wt％、25～30wt％和9～15wt％混和，外加上述混合料4～8wt％的氯化镁水溶液搅拌均匀，机压成型，成型压力为150～220MPa。成型后的坯体在110℃条件下干燥20～36小时，最后在1550～1650℃条件下保温10～15小时烧成即可。

其中，镁砂为烧结镁砂、MgO含量为大于95wt％；铁铝尖晶石-刚玉复合材料的Fe₂O₃含量为39～43wt％，Al₂O₃含量为55～58wt％，MgO含量为2.0～3.0wt％；氯化镁水溶液的密度为1.20～1.24g/ml。

采用本实施例所述方法，可得到显气孔率为16.0～18.0％、体积密度为2.92～3.00g/cm³、常温耐压强度为60～80MPa、高温抗折强度(1400℃×30min)为2.3～3.2MPa、热膨胀(1500℃)2.02～2.06％、荷重软化温度(0.2MPa×0.6％)为1600～1630℃、热震性(1100℃，水冷)为8～12次的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料。

实施例3

一种方镁石-铁铝尖晶石耐火材料及其制备方法：将粒径为5～3mm的镁砂、粒径为3～1mm的镁砂、粒径为1～0mm的镁砂、粒径为小于0.088mm的镁砂、粒径为2.5～0.8mm的铁铝尖晶石-刚玉复合材料和粒径为小于0.1mm的铁铝尖晶石-刚玉复合材料分别按11～15wt％、30～34wt％、16～20wt％、28～32wt％、4～6wt％和2～4wt％混合，外加上述混合料2～3wt％的亚硫酸纸浆废液和2～3wt％的氯化镁水溶液搅拌均匀，机压成型，成型压力为180～240MPa。成型后的坯体在110℃条件下干燥18～30小时，最后在1560～1600℃条件下保温9～13小时烧成即可。

其中，镁砂为电熔镁砂、MgO含量大于96wt％；铁铝尖晶石-刚玉复合材料的Fe₂O₃含量为41～43wt％，Al₂O₃含量为55～57wt％，MgO含量为1.8～2.2wt％；氯化镁水溶液的密度为1.24～1.32g/ml。

采用本实施例所述方法，可得到显气孔率为16.9～17.1％、体积密度为2.91～2.95g/cm³、常温耐压强度为48～65MPa、高温抗折强度(1400℃×30min)为1.5～2.5MPa、热膨胀(1500℃)2.08～2.11％、荷重软化温度(0.2MPa×0.6％)为1650～1680℃、热震性(1100℃，水冷)为6～10次的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料。

实施例4

一种方镁石-铁铝尖晶石耐火材料及其制备方法：将粒径为5～3mm的镁砂、粒径为3～1mm的镁砂、粒径为1～0mm的镁砂、粒径为小于0.088mm的镁砂和粒径为2.0～0.5mm的铁铝尖晶石-刚玉复合材料分别按14～16wt％、32～34wt％、16～20wt％、28～32wt％和2～10wt％混合，外加上述混合料3～8wt％的亚硫酸纸浆废液搅拌均匀，机压成型，压力为180～240MPa。成型后的坯体在110℃条件下干燥18～30小时，最后在1450～1580℃温度、保温4～10小时即可。

其中，镁砂为电熔镁砂和烧结镁砂的混合料，每个粒度区间各占50wt％，MgO含量均大于96wt％；铁铝尖晶石-刚玉复合材料的Fe₂O₃含量为36～37wt％，Al₂O₃含量为62～63wt％，MgO含量为0.2～1.2wt％。

采用本实施例所述方法，可得到显气孔率为16.5～17.5％、体积密度为2.93～3.05g/cm³、常温耐压强度为50～70MPa、高温抗折强度(1400℃×30min)为1.8～2.9MPa、热膨胀(1500℃)2.05～2.10％、荷重软化温度(0.2MPa×0.6％)为1640～1680℃、热震性(1100℃，水冷)为8～12次的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料。

实施例5

一种方镁石-铁铝尖晶石耐火材料及其制备方法：将粒径为5～3mm的镁砂、粒径为3～1mm的镁砂、粒径为1～0mm的镁砂、粒径为小于0.088mm的镁砂和粒径为2.0～0.1mm的铁铝尖晶石-刚玉复合材料分别按10～16wt％、28～34wt％、14～20wt％、28～32wt％和10～20wt％混合，外加上述混合料3～8wt％的亚硫酸纸浆废液搅拌均匀，机压成型，成型压力为200～300MPa。成型后的坯体在110℃条件下干燥8～24小时，最后在1520～1600℃温度、保温7～12小时烧成即可。

其中，镁砂为电熔镁砂、MgO含量大于96wt％；铁铝尖晶石-刚玉复合材料的Fe₂O₃含量为41～44wt％，Al₂O₃含量为54～57wt％，MgO含量为1.5～3wt％。

采用本实施例所述方法，可得到显气孔率为16.3～17.2％、体积密度为3.00～3.08g/cm³、常温耐压强度为55～75MPa、高温抗折强度(1400℃×30min)为2.5～4.0MPa、热膨胀(1500℃)2.04～2.12％、荷重软化温度(0.2MPa×0.6％)为1680～1700℃、热震性(1100℃，水冷)为12～16次的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料。

本具体实施方式以镁砂为主，与申请人申请的“一种电熔铁铝尖晶石-刚玉复合材料及其制备方法(专利申请号：CN200910272184.6)”专利技术相结合，制得以方镁石为主要相成分、铁铝尖晶石相为次成分、并含有少量镁铝尖晶石相的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料。所制备的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料的气孔率为15.0～18.0％、的体积密度为2.90～3.10g/cm³、常温耐压强度为40～100MPa、高温抗折强度(1400℃×30min)为1.5～5.0MPa、热膨胀(1500℃)为1.80～2.15％、荷重软化温度(0.2MPa×0.6％)大于1600℃、热震性(1100℃，水冷)为6～20次。

本具体实施方式的创新之处在于，将“一种电熔铁铝尖晶石-刚玉复合材料及其制备方法”专利技术所制备的铁铝尖晶石-刚玉复合材料引入到镁质耐火材料中，所制备的耐火材料既具有较高的窑皮附着性、较高的耐火度、良好的抗碱、硫、氯和熟料等侵蚀能力，又具有较高的荷重软化温度、较高的高温强度和较好的热震稳定性。

Claims

1.一种方镁石-铁铝尖晶石耐火材料的制备方法，其特征在于将80～98wt％的镁砂和2～20wt％的铁铝尖晶石-刚玉复合材料进行混合，外加上述混合料3～8wt％的结合剂，将上述原料搅拌均匀，机压成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥8～36小时，然后在1450～1650℃条件下烧成，保温4～15小时，即得方镁石-铁铝尖晶石耐火材料；

2.根据权利要求1所述的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料的制备方法，其特征在于所述的镁砂为电熔镁砂、烧结镁砂中的一种以上，MgO含量＞93wt％，粒径为0～8mm。

3.根据权利要求1所述的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料的制备方法，其特征在于所述的结合剂为亚硫酸纸浆废液和氯化镁水溶液中的一种以上。

4.根据权利要求1～3项中任一项所述的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料的制备方法所制备的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料。