CN102161591A - 一种轻质六铝酸钙－镁铝尖晶石复合微孔耐火骨料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻质耐火浇注料用的轻质六铝酸钙－镁铝尖晶石复合微孔耐火骨料及其制备方法。这种骨料以石灰、菱镁矿和工业氢氧化铝为起始物料，外加入结合剂，经湿法共磨，机压成形，坯体经干燥后进行煅烧，烧后产物经破碎后得到这种轻质六铝酸钙－镁铝尖晶石复合微孔耐火骨料。起始物料的重量百分比为：石灰3%~7%、菱镁矿12%~18%、工业氢氧化铝75%~85%，结合剂量为起始料总重量的3~6%。这种轻质微孔骨料具有在还原气氛及碱性环境中高度稳定，抗热震性及隔热性能优异等优点，从而提高了材料使用寿命并降低能耗的损失。

Description

一种轻质六铝酸钙-镁铝尖晶石复合微孔耐火骨料及制备方法

 

技术领域

本发明涉及耐火材料领域所用的一种耐火骨料，尤其涉及一种轻质耐火浇注料用的六铝酸钙－镁铝尖晶石复合微孔耐火骨料以及制备方法。

背景技术

耐火材料由于对高温介质良好的抗侵蚀性，以及具有保温隔热的性能，在冶金、石化、玻璃等高温行业被广泛使用。随着我国对节能降耗的重视程度不断提高，具有良好保温隔热效果的轻质耐火材料得到了更多的研究与发展。其中，轻质耐火浇注料由于具有施工便利、生产成本低，以及衬体的整体结构性好等优势，而受到了特别的关注。

轻质耐火浇注料根据使用温度的不同可分为三大类。一是普通隔热材料，其使用温度通常低于1200℃；二是高级隔热材料，使用温度通常高于1500℃，；三是介于前述二者之间的隔热材料，其使用温度在1200～1500℃之间。其中，第三类隔热耐火材料在钢铁与石化行业应用得更为广泛。通常可使用的耐火材料主要为Al₂O₃-SiO₂系材料，但这类耐火材料在石化行业使用时，由于所处还原气氛或碱性环境的影响，会导致耐火材料的损毁加剧，从而使得材料的使用寿命降低。另外，由于传统的轻质耐火浇注料中气孔尺寸较大，孔径多处于毫米级，这样当该材料在高温环境中使用时，由于辐射传热与对流传热的加剧，会使耐火材料的导热系数升高，进而降低了耐火材料的隔热保温效果，增大了热能的流失，加大了生产成本。

为此，需要开发新型的适用于轻质耐火浇注料的高性能耐火骨料，使其能够在高温还原气氛与碱性环境中稳定使用，且材料内部的气孔孔径要尽可能低，以利于提高材料使用寿命并降低能耗的损失。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题存在的不足，提供一种轻质的六铝酸钙－镁铝尖晶石复合微孔耐火骨料以及它的制备方法。

本发明所采用的技术方案是：这种轻质六铝酸钙－镁铝尖晶石复合微孔骨料以石灰、菱镁矿和工业氢氧化铝作为起始物料，再外加入占起始料总重量百分比为3~6%的结合剂。起始物料的重量百分比为：石灰3%~7%、菱镁矿12%~18%、工业氢氧化铝75%~85%。然后经湿法共磨，机压成形，坯体经干燥后进行煅烧，烧后产物经破碎后得到该轻质六铝酸钙－镁铝尖晶石复合微孔耐火骨料。

原料中所述的石灰中CaO含量大于99%；菱镁矿中MgCO₃含量大于98%。工业氢氧化铝中，Al(OH)₃的含量大于98%；所用的结合剂为糊精。起始物料在湿式筒磨机内磨细混匀，混好的物料经干燥后，加入结合剂，在压力机上用20~30MPa的压力压制成尺寸为230mm×114mm×65mm的坯体，坯体先经自然干燥，再于干燥窑内在100℃~180℃的温度下充分干燥。干燥后的坯体放于隧道窑内在1400℃~1600℃的温度下煅烧，煅烧后得到的成品再经破碎成合适的粒度，就得到本发明所述的轻质六铝酸钙－镁铝尖晶石复合微孔骨料。

本发明的原理在于利用CaO的水化反应，以形成Ca(OH)₂。Ca(OH)₂与MgCO₃、Al(OH)₃在高温下发生反应，形成一种化学性质稳定、性能优异的六铝酸钙与镁铝尖晶石的复合相。六铝酸钙本身具有较低的导热系数(1.7W·(m·K)^-1)、低的热膨胀系数（8.0×10^-6m·k^-1）及优良的化学稳定性，在还原气氛与碱性环境中可稳定使用。镁铝尖晶石熔点高（2135℃），热膨胀系数小（8.9×10^-6m·k^-1），热震稳定性好，对侵蚀介质的抵抗性非常强。六铝酸钙与镁铝尖晶石的热膨胀系数相当，二者可以任何比例配合而不影响其体积稳定性。六铝酸钙－镁铝尖晶石的复合材料兼具了六铝酸钙与镁铝尖晶石各自的优点，使其能在高温还原气氛或碱性环境中稳定使用，且具有良好的抗热震性。此外，在所采用的起始物料中，Ca(OH)₂、MgCO₃及Al(OH)₃都可在一定的温度下发生分解，放出H₂O或CO₂，而在材料内部形成气孔，可提高材料的气孔率，且形成的气孔孔径微小，绝大部分处于微米级，从而降低了六铝酸钙－镁铝尖晶石复合材料的导热系数，提升了这种复合材料的保温隔热性能，有利于热能损耗的减少；添加剂促进了复合料中的晶型转化与晶体生长。

本发明中，轻质六铝酸钙与镁铝尖晶石复合微孔耐火骨料的制备方法为：

步骤一、准备原料。把石灰、菱镁矿及工业氢氧化铝分别破粉碎，粒度小于0.074μm。

步骤二、配制混合料。将按一定配比的石灰粉、菱镁矿粉及工业氢氧化铝粉

加入筒磨机后，再向筒磨机内加入占全部料重约60~80%的水，用刚玉球作研磨介质，进行研磨，全部物料在筒磨机内磨12~48小时得到物料粒度小于18~23μm的料浆。

步骤三、料浆困水、干燥。将磨好的料浆先进行困水，然后自然干燥24小时，

再于干燥窑内在100℃~180℃的温度下干燥24~48小时。

步骤四、物料干磨。将干燥好的混合料在球磨机内干磨6~12小时。

步骤五、压制坯体。向干磨好的粉料中加入占起始料总重量百分比为3%~6%

的结合剂，在压力机上以20~30MPa的压力压制成尺寸为230mm×114mm×65mm的坯体。

步骤六、坯体干燥。成形好的坯体先自然干燥24小时，然后在干燥窑内在

100℃~180℃的温度条件下干燥24~48小时。

步骤七、煅烧和破碎。将干燥后的坯体于高温窑内在1400～1600℃下煅烧，

升温速率为5~10℃/min，煅烧24～36小时后得到块状六铝酸钙－镁铝尖晶石复合材料；将煅烧后的块状料经鄂式和圆锥破碎机破碎就得到这种轻质六铝酸钙－镁铝尖晶石微孔耐火骨料。

所得到骨料的体积密度介于1.1～1.4g/cm³之间，气孔率为50～70%，骨料中六铝酸钙的含量高于45%，镁铝尖晶石的含量不低于40%。骨料内部的气孔孔径主要处于10μm以下，集中分布在3~5μm左右，通过SEM分析也表明，所制得的骨料内部颗粒与气孔的分布非常均匀。

本发明的有益效果在于：这种微孔耐火骨料的主要物相为六铝酸钙与镁铝尖晶石，六铝酸钙相的存在使得骨料具有在还原气氛或碱性环境中使用时高度稳定的特性，而镁铝尖晶石相的存在使得骨料的抗热震性能优异；起始物料纯度高，带入的杂质成分少，从而使最终得到的产物在高温下收缩变形小，高温体积稳定性好，有利于保持工业窑炉墙衬的整体结构；利用湿法共磨配制物料，使物料间相互分散均匀，且粒度更小；骨料内部气孔孔径小，处于微米级，且气孔多呈封闭的球形结构，使复合骨料的导热系数低，并有较高的强度。

具体实施方式

以下实施例详细地说明了本发明。

实施例1

将石灰、菱镁矿磨成粒度小于0.074μm的细粉，按重量比为6.4%的石灰、14%的菱镁矿及79.6%的工业氢氧化铝进行配料。上述原料称量好后，与研磨介质刚玉球、水一起加入筒磨机内。三者比例为，原料：研磨介质：水为1：1：0.6(重量比)。筒磨机转速设定为20r/m，共磨时间为24h。

将共磨好的泥浆进行困水，自然干燥24小时后，在干燥窑内在110℃下干燥48小时。干燥好的混合料再经球磨机干磨6小时，得到粉状料。向粉料中加入占起始料总重量百分比为5%的糊精溶液，用压力机在25MPa的压力下压制成尺寸为230mm×114mm×65mm的坯体。坯体在室温下干燥24小时后，再在110℃的条件下干燥48小时。之后进入隧道窑内进行煅烧。升温制度为5℃/min，煅烧温度为1500℃，在煅烧温度下保温36小时。产品出窑后，经破碎得到这种六铝酸钙－镁铝尖晶石复合微孔耐火骨料。

实施例2

将石灰、菱镁矿磨成料度小于0.074μm的细粉，按重量比为5.4%的石灰、17.5%的菱镁矿及77.1%的工业氢氧化铝进行配料。上述原料称量好后，与研磨介质刚玉球、水一起加入筒磨机内。三者比例为，原料：研磨介质：水为1：1：0.8(重量比)。筒磨机转速设定为20r/m，共磨时间为24h。

将共磨好的泥浆进行困水，室温干燥24小时后，在干燥窑内在150℃下干燥36小时。干燥好的混合料再经球磨机干磨6小时，得到粉状料。向粉料中加入占起始料总重量百分比为3%的糊精溶液，用压力机在25MPa的压力下压制成尺寸为230mm×114mm×65mm的坯体。坯体在室温下干燥24小时后，再在150℃的条件下干燥48小时。之后进入高温窑内进行煅烧。升温制度为5℃/min，煅烧温度为1450℃，在煅烧温度下保温48小时。产品出窑后，经破碎得到这种六铝酸钙－镁铝尖晶石复合微孔耐火骨料。

Claims (4)

1.一种轻质六铝酸钙－镁铝尖晶石复合微孔耐火骨料，其特征在于：以石灰、

菱镁矿和工业氢氧化铝作为起始物料，外加入占起始料总重量百分比为3~6%的结合剂，起始物料的重量百分比为,石灰3%~7%、菱镁矿12%~18%、工业氢氧化铝75%~85%。

2.根据权利要求1所述的轻质六铝酸钙－镁铝尖晶石复合微孔耐火骨料，其特

征在于：石灰中CaO含量大于99%，菱镁矿中MgCO₃含量大于98%，工业氢氧化铝中Al(OH)₃的含量大于98%。

3.根据权利要求1所述的轻质六铝酸钙－镁铝尖晶石复合微孔耐火骨料，其特

征在于：结合剂为糊精。

4.根据权利要求1所述的轻质六铝酸钙－镁铝尖晶石复合微孔耐火骨料的制备

方法，其特征在于：步骤一、准备原料，把石灰、菱镁矿及工业氢氧化铝分别破粉碎；

步骤二、配制混合料，将按一定配比的石灰粉、菱镁矿粉及工业氢氧化铝粉

加入筒磨机后，再向筒磨机内加入占全部料重约60~80%的水，用刚玉球作研磨介质，进行研磨，全部物料在筒磨机内磨12~48小时得到物料粒度小于18~23μm的料浆；

步骤三、料浆困水、干燥，将磨好的料浆先进行困水，然后自然干燥24小时，

再于干燥窑内在100℃~180℃的温度下干燥24~48小时；

步骤四、物料干磨，将干燥好的混合料在球磨机内干磨6~12小时；

步骤五、压制坯体，向干磨好的粉料中加入占起始料总重量百分比为3%~6%

的结合剂，在压力机上以20~30MPa的压力压制成尺寸为230mm×114mm×65mm的坯体；

步骤六、坯体干燥，成形好的坯体先自然干燥24小时，然后在干燥窑内在

100℃~180℃的温度条件下干燥24~48小时；

步骤七、煅烧和破碎，将干燥后的坯体于高温窑内在1400～1600℃下煅烧，

升温速率为5~10℃/min，煅烧24～36小时后得到块状六铝酸钙－镁铝尖晶石复合材料；将煅烧后的块状料经鄂式和圆锥破碎机破碎就得到这种轻质六铝酸钙－镁铝尖晶石微孔耐火骨料。