CN101891491B

CN101891491B - 一种氧化镁铁铝尖晶石耐火材料的制备方法

Info

Publication number: CN101891491B
Application number: CN 201010247367
Authority: CN
Inventors: 肖国庆; 张君博; 石金辉
Original assignee: Xian University of Architecture and Technology
Current assignee: Xian University of Architecture and Technology
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2030-08-06
Also published as: CN101891491A

Abstract

本发明公开了一种氧化镁铁铝尖晶石耐火材料的制备方法，该方法首先利用电熔法合成出了铁铝尖晶石；以铁铝尖晶石，镁砂和纸浆废液为原料，按照一定比例均匀混合，并密封捆料；将配制好的混合料放入模具压制成型；成型后的试样在干燥箱中干燥12～24小时；而后将其置于高温电炉中烧成；待温度冷却后，便得到了烧结的氧化镁铁铝尖晶石耐火材料。采用本发明的方法制备的氧化镁铁铝尖晶石耐火材料，具有良好的挂窑皮性，高温结构柔韧性和优良的抗水泥熟料侵蚀的性能。工艺简单，适用性强，可广泛应用于冶金、建材等诸多行业。

Description

一种氧化镁铁铝尖晶石耐火材料的制备方法

技术领域

本发明属于无机非金属材料技术领域，特别涉及一种氧化镁铁铝尖晶石耐火材料的制备方法。

技术背景

在20世纪六、七十年代，镁铬质耐火材料以良好的挂窑皮和抗水泥熟料的化学侵蚀性，而被广泛的应用于水泥回转窑烧成带，但是用后镁铬残砖中含有六价铬的化合物，这种化合物是水溶性的致癌物质，会对环境造成长期的污染，因此水泥回转窑用耐火材料无铬化是必然的趋势。目前，用于水泥回转窑烧成带的无铬耐火材料主要有镁白云石砖和镁铝尖晶石砖。镁白云石砖对水泥熟料具有良好的化学相容性和优良的挂窑皮性，但是抗热震性差，抗水化性差；镁铝尖晶石砖具有良好的抗热震性和抗侵蚀性，但是挂窑皮性差。而在镁砖中引入铁铝尖晶石可显著改善其结构柔韧性和抗碱盐及熟料侵蚀的能力，使衬砖具有良好的挂窑皮能力，从而能够延长衬砖的使用寿命，氧化镁铁铝尖晶石砖将会成为新一代水泥回转窑烧成带用无铬耐火材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种氧化镁铁铝尖晶石耐火材料的制备方法，该方法制备的耐火材料是以自制的铁铝尖晶石和镁砂为原料，采用烧结法制备而成。此种耐火材料具有易挂窑皮性，良好的抗水泥熟料侵蚀性，抗热震性好等特点。而且，使合成的无铬耐火材料的使用性能高于目前普遍使用的镁铬砖，生产成本低于镁铬砖。

为了实现上述任务，本发明采取如下技术解决方案：

一种氧化镁铁铝尖晶石耐火材料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤一，按照重量百分比称取原料40％～60％FeO粉和60％～40％Al₂O₃粉，通过电熔法合成制得铁铝尖晶石，备用；

步骤二，按重量百分比将90～96％的镁砂和4～10％的铁铝尖晶石混合，放入搅拌机搅拌，且边搅拌边加入纸浆废液，待其混合均匀后，密封、捆料，得混合料；

步骤三，将配制好的混合料装入模具对其压制成型；

步骤四，将压制成型后的物料置于干燥箱，于110～120℃恒温干燥12～24小时；

步骤五，将干燥后的物料放入高温电炉中，于1500～1600℃的温度下进行烧结，并保温3～6小时，待炉温冷却至室温，即得氧化镁铁铝尖晶石耐火材料。

所述电熔法合成铁铝尖晶石的方法按照下述步骤进行：

步骤一，按重量百分比称取40％～60％的FeO粉和60％～40％的Al₂O₃粉；

步骤二，将称量好的Al₂O₃粉中50％倒入电弧炉中，并在其表面垫上一块废纸；

步骤三，在废纸表面放置石墨块和条状的铁屑，放下电极使之与石墨块接触，并于110～120伏电压下通入电流；

步骤四，待Al₂O₃粉熔化，然后在电弧炉中加入剩余50％的Al₂O₃粉至完全融化；

步骤五，在电弧炉中加入称量好的FeO粉，反应，至FeO粉完全融化；

步骤六，断电，并待产物冷却至室温，并将冷却产物研磨粒径至1.0～2.0mm及粒径小于0.088mm的规格，即得氧化镁铁铝尖晶石耐火材料所需原料铁铝尖晶石。

所述镁砂添加量中粒径3～5mm的镁砂占40％，粒径0.088～3mm的镁砂占20％，粒径＜0.088mm的镁砂占30～36％。

所述铁铝尖晶石添加量中粒径＜0.088mm或1～2mm的铁铝尖晶石占4～10％。

所述石墨块和条状铁屑分别为FeO粉和Al₂O₃粉原料总重量百分比的10％和5％。

所述纸浆废液加入量占FeO粉和Al₂O₃粉原料总重量百分比的5％。

采用本发明采取电熔法和烧结法两步法制备氧化镁铁铝尖晶石耐火材料，该方法制备的氧化镁铁铝尖晶石耐火材料具有易挂窑皮性，良好的抗水泥熟料侵蚀性，抗热震性好等特点，将会逐渐成为水泥回转窑烧成带用耐火材料的主流。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图；

图2是用电熔法制备铁铝尖晶石的工艺流程图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

参见图1所示，按照本发明的氧化镁铁铝尖晶石耐火材料的制备方法，首先利用电熔法合成出了铁铝尖晶石。以铁铝尖晶石，镁砂和纸浆废液为原料，按照一定比例均匀混合，并密封捆料。将配制好的混合料放入模具压制成型。成型后的物料在干燥箱中干燥12～24小时。而后将其置于高温电炉中烧成。待温度冷却后，便得到了烧结的氧化镁铁铝尖晶石耐火材料。

以下是发明人给出的实施实例，本发明不限于该实施例，在本发明给出的范围内均能制造出烧结良好的氧化镁铁铝尖晶石耐火材料。

实施例1：

首先利用电熔法制得实验所需的铁铝尖晶石。其步骤如下：

按FeO和Al₂O₃粉比例(重量百分比)为40∶60称好FeO粉和Al₂O₃粉原料，然后先将称量好的Al₂O₃粉中50％的量倒入电弧炉中，并在表面垫上一块废纸，在废纸上分别放置原料FeO粉和Al₂O₃粉总重量10％的石墨块和原料总重量5％条状的铁屑，放下电极使之与石墨块接触，调节电压至110伏，通入电流。5分钟后有剧烈的放光放热现象产生，Al₂O₃粉开始慢慢熔化，电极浸入液体中越深电流越大，电极离液面越远弧拉的越长，然后再不断的加入剩余的50％的Al₂O₃粉直至完全熔化；此后在电弧炉中逐步加入称量好的FeO粉，电弧炉内的液体沸腾、旋转，反应充分，直至FeO粉加入完并完全融化为止；断电，待产物冷却至室温，并将冷却产物研磨粒径至1.0～2.0mm及粒径小于0.088mm的规格，即得氧化镁铁铝尖晶石耐火材料所需原料铁铝尖晶石。具体流程见图2。

再以烧结法制备氧化镁铁铝尖晶石耐火材料。以镁砂，纸浆废液以及制得的铁铝尖晶石为原料进行配料(参见表1)。先把镁砂和铁铝尖晶石骨料装入搅拌机进行搅拌，边搅拌边加入纸浆废液，加入镁砂和铁铝尖晶石细粉搅匀为止，最后将混合好的料密封、捆料，以防纸浆废液结合剂的挥发或蒸发，得到混合料；将配制好的混合料装入模具，然后将其压制成型；压制成型后，将其置入干燥箱，在110℃的温度下对压制成型的试样进行12小时的恒温干燥；再将干燥好的物料放入高温电炉中，于1500℃的温度下进行烧结，并保温3小时；待炉温降至室温后将其取出，这样便得到了氧化镁铁铝尖晶石耐火材料。

实施例2：

首先利用电熔法制得实验所需的铁铝尖晶石。其步骤如下：

按FeO和Al₂O₃粉比例(重量百分比)为60∶40称好FeO粉和Al₂O₃粉原料，然后先将称量好的Al₂O₃粉中50％的量倒入电弧炉中，并在表面垫上一块废纸，在废纸上分别放置原料FeO粉和Al₂O₃粉总重量10％的石墨块和原料总重量5％条状的铁屑，放下电极使之与石墨块接触，调节电压至120伏，通入电流。5分钟后有剧烈的放光放热现象产生，Al₂O₃粉开始慢慢熔化，电极浸入液体中越深电流越大，电极离液面越远弧拉的越长，然后再不断的加入剩余的50％的Al₂O₃粉直至完全熔化；此后在电弧炉中逐步加入称量好的FeO粉，电弧炉内的液体沸腾、旋转，反应充分，直至FeO粉加入完并完全融化为止；断电，待产物冷却至室温，并将冷却产物研磨粒径至1.0～2.0mm及粒径小于0.088mm的规格，即得氧化镁铁铝尖晶石耐火材料所需原料铁铝尖晶石。具体流程见图2。

再以烧结法制备氧化镁铁铝尖晶石耐火材料。以镁砂，纸浆废液以及制得的铁铝尖晶石为原料进行配料(参见表1)。先把镁砂和铁铝尖晶石骨料装入搅拌机进行搅拌，边搅拌边加入纸浆废液，加入镁砂和铁铝尖晶石细粉搅匀为止，最后将混合好的料密封、捆料，以防纸浆废液结合剂的挥发或蒸发，得到混合料；将配制好的混合料装入模具，然后将其压制成型；压制成型后，将其置入干燥箱，在120℃的温度下对压制成型的试样进行24小时的恒温干燥；再将干燥好的物料放入高温电炉中，于1600℃的温度下进行烧结，并保温6小时；待炉温降至室温后将其取出，这样便得到了氧化镁铁铝尖晶石耐火材料。

实施例3：

首先利用电熔法制得实验所需的铁铝尖晶石。其步骤如下：

按FeO和Al₂O₃粉比例(重量百分比)为50∶50称好FeO粉和Al₂O₃粉原料，然后先将称量好的Al₂O₃粉中50％的量倒入电弧炉中，并在表面垫上一块废纸，在废纸上分别放置原料FeO粉和Al₂O₃粉总重量10％的石墨块和原料总重量5％条状的铁屑，放下电极使之与石墨块接触，调节电压至120伏，通入电流。5分钟后有剧烈的放光放热现象产生，Al₂O₃粉开始慢慢熔化，电极浸入液体中越深电流越大，电极离液面越远弧拉的越长，然后再不断的加入剩余的50％的Al₂O₃粉直至完全熔化；此后在电弧炉中逐步加入称量好的FeO粉，电弧炉内的液体沸腾、旋转，反应充分，直至FeO粉加入完并完全融化为止；断电，待产物冷却至室温，并将冷却产物研磨粒径至1.0～2.0mm及粒径小于0.088mm的规格，即得氧化镁铁铝尖晶石耐火材料所需原料铁铝尖晶石。具体流程见图2。

再以烧结法制备氧化镁铁铝尖晶石耐火材料。以镁砂，纸浆废液以及制得的铁铝尖晶石为原料进行配料(参见表1)。先把镁砂和铁铝尖晶石骨料装入搅拌机进行搅拌，边搅拌边加入纸浆废液，加入镁砂和铁铝尖晶石细粉搅匀为止，最后将混合好的料密封、捆料，以防纸浆废液结合剂的挥发或蒸发，得到混合料；将配制好的混合料装入模具，然后将其压制成型；压制成型后，将其置入干燥箱，在110℃的温度下对压制成型的试样进行18小时的恒温干燥；再将干燥好的物料放入高温电炉中，于1550℃的温度下进行烧结，并保温4小时；待炉温降至室温后将其取出，这样便得到了氧化镁铁铝尖晶石耐火材料。

表1给出了不同实施例的原料配比。需要说明的是，下表给出的实施例4的原料配比，其制备方法同实施例1。

表1烧结法制备本发明的原料配比(重量百分比)

本发明引入了电熔法和烧结法两种制备工艺。就是先通过电熔法制备出之后所需的原料，然后再通过烧结法进行最终的产品制备。由于电熔法自有的特性，在制备过程当中FeO与Al₂O₃原料都会熔化，液相传质比固相传质速率高，而且熔体的对流自然搅拌使得FeO与Al₂O₃充分的接触，FeO能够较快的和Al₂O₃反应而来不及转化为其他铁的氧化物。石墨电极向熔体中炭的传质以及电弧炉起弧时加入的石墨颗粒也营造了弱还原气氛，使部分Fe₂O₃还原为金属铁液，在高温下与金属Fe平衡的氧化铁液即为FeO，FeO与Al₂O₃反应生成铁铝尖晶石。用此电熔法制得的产品铁铝尖晶石含量高达97％。以此自制的原料与镁砂配比制备而成的氧化镁铁铝尖晶石耐火材料，具有良好的挂窑皮性，高温结构柔韧性和优良的抗水泥熟料侵蚀的性能。所以，此种氧化镁铁铝尖晶石耐火材料是一种非常有发展潜力的耐火材料。

Claims

1.一种氧化镁铁铝尖晶石耐火材料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤一，按照重量百分比称取原料40%FeO粉和60%Al₂O₃粉，通过电熔法合成制得铁铝尖晶石，备用；

步骤二，按重量百分比将96%的镁砂和4%的铁铝尖晶石混合，放入搅拌机搅拌，且边搅拌边加入纸浆废液，待其混合均匀后，密封、捆料，得混合料；

步骤三，将配制好的混合料装入模具对其压制成型；

步骤四，将压制成型后的物料置于干燥箱内，于110℃恒温干燥12小时；

步骤五，将干燥后的物料放入高温电炉中，于1500℃的温度下进行烧结，并保温3小时，待炉温冷却至室温，即得氧化镁铁铝尖晶石耐火材料；

所述镁砂添加量中粒径3～5mm的镁砂占40%，粒径0.088～3mm的镁砂占20%，粒径＜0.088mm的镁砂占36%；

所述铁铝尖晶石添加量中粒径＜0.088mm的铁铝尖晶石为原料总重量百分比的4%。

2.如权利要求1所述的一种氧化镁铁铝尖晶石耐火材料的制备方法，其特征在于，所述电熔法合成铁铝尖晶石的方法按照下述步骤进行：

步骤一，按重量百分比称取40%的FeO粉和60%的Al₂O₃粉；

步骤二，将称量好的Al₂O₃粉中50%倒入电弧炉中，并在其表面垫上一块废纸;

步骤三，在废纸表面放置原料总重量10%的石墨块和原料总重量5%条状的铁屑，放下电极使之与石墨块接触，并于110伏电压下通入电流；

步骤四，待Al₂O₃粉熔化，然后在电弧炉中加入剩余50%的Al₂O₃粉至完全融化；

步骤六，断电，并待产物冷却至室温，并将冷却产物研磨粒径至1.0～2.0mm及粒径小于0.088mm规格，即得氧化镁铁铝尖晶石耐火材料所需原料铁铝尖晶石。

3.如权利要求1所述的一种氧化镁铁铝尖晶石耐火材料的制备方法，其特征在于，所述纸浆废液加入量占FeO粉和Al₂O₃粉原料总重量百分比的5%。