CN102180686A

CN102180686A - 一种矾土基铝钙空心球及其制备方法

Info

Publication number: CN102180686A
Application number: CN201110057981XA
Authority: CN
Inventors: 王家邦
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2011-09-14

Abstract

本发明公开了一种矾土基铝钙空心球及其制备方法。矾土基铝钙空心球中Al₂O₃质量百分含量为0.1~95%，CaO质量百分含量为0.5～99.9%。本发明以高铝矾土和各种含钙物质为主要原料，同时引入焦炭或石墨和铁屑作添加剂来调整熔体组份和粘度，在三相交流电弧矿热炉或直流电弧矿热炉中熔炼，倾倒熔体，用空气进行喷吹，然后经过筛分得到0.2~5mm的铝钙空心球。本发明制备的铝钙空心球具有耐压强度高、抗热震性能好等特点，熔炼温度较低，能够大幅降低熔炼过程中的电能消耗，大大降低原料成本，保温隔热性能好，特别适合用作隔热材料和轻质浇注料中的骨料。

Description

一种矾土基铝钙空心球及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐火材料中的空心球及其制备方法，尤其涉及一种矾土基铝钙空心球及其制备方法。

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，为建设资源节约型社会和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。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的应用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，也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。氧化铝空心球是一种性能优异的高温隔热材料，它是用纯度较高的氧化铝在电炉中熔炼吹制而成的，以氧化铝空心球为主体可制成各种形状制品，最高使用温度1800℃，制品机械强度高，为一般轻质制品的数倍，而体积密度可以达到刚玉制品的一半甚至更低。采用同样方法还可以制备出氧化锆空心球，使用温度也能够达到2100℃以上，但由于氧化锆原料价格昂贵，因此难以在工业生产中大规模推广应用。目前已有的几种材质的空心球，熔炼过程中需要的温度较高，不仅用电能耗相当高，对制备条件要求非常苛刻，对于相关附属设备都有严峻的考验。而电熔铝酸钙多用于结合剂、炼钢脱硫和净化钢水等方面，未见有采用电熔铝酸钙制备空心球的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矾土基铝钙空心球及其制备方法，所依据的技术原理为在原有制备电熔铝酸钙的基础上，以高铝矾土和各种含钙物质为主要原料，同时引入添加剂来调整熔体组份和粘度，使在熔炼过程中生成铝酸钙，通过喷吹铝酸钙熔体制得矾土基铝钙空心球。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一、一种矾土基铝钙空心球：

矾土基铝钙空心球中Al₂O₃质量百分含量为0.1~95%，CaO质量百分含量为0.5～99.9%。

二、一种矾土基铝钙空心球的制备方法，该方法的步骤如下：

1）将含钙原料和高铝矾土与添加剂按配比要求在球磨机或搅拌机中混合1~2小时；

2）将配合料投入三相或直流电弧炉内，调整电流和电压，在1800~2600℃熔炼直至熔融，精炼10～40分钟，使熔体中Al₂O₃+CaO质量百分含量不小于90%；

3）熔炼结束，倾炉喷吹；

4）将球筛分得到0.2~5mm的矾土基铝钙空心球。

所述的高铝矾土中Al₂O₃质量百分含量不小于80% 。

所述的含钙原料为生石灰、消石灰、石灰岩或方解石中的一种或几种。

所述的添加剂为碳素材料，作为脱硅材料，用量为高铝矾土和含钙原料中SiO₂摩尔数的1.2～4倍。

所述的添加剂为碳素材料和含铁成分物质的混合物时，碳素材料用量为高铝矾土和含钙原料中SiO₂摩尔数的0.8~3倍，含铁成分物质中铁摩尔含量为高铝矾土和含钙原料中SiO₂摩尔数的2～5倍。

所述的碳素材料为石墨、石油焦、煅后焦、煤、焦炭、沥青或木炭中的一种或几种。

所述的含铁成分物质为铁屑、铁矿石、铁红、氧化铁黑、废铁或废钢中的一种或几种。

本发明具有的有益效果是：

本发明制备的铝钙空心球具有耐压强度高、抗热震性能好等特点，熔炼温度较低，能够大幅降低熔炼过程中的电能消耗，大大降低原料成本，保温隔热性能好，特别适合用作隔热材料和轻质浇注料中的骨料。

具体实施方式

实施例1：

原料配比采用高铝矾土88%、生石灰12%，采用石油焦、煅后焦和铁屑作为添加剂，石油焦和煅后焦的用量保证C摩尔量为配料中SiO₂摩尔量的0.8倍，铁屑的用量保证Fe摩尔量为配料中SiO₂摩尔量的2倍；将原料配合好后在球磨机中混合1小时；将配合料投入三相电弧炉内，调整电流和电压在2000℃熔炼至熔融，精炼40分钟；熔炼结束，倾炉喷吹；将球筛分得到0.2~5mm的矾土基铝钙空心球。

实施例2：

原料配比采用高铝矾土63%、消石灰17%、石灰岩20%，采用煤和焦炭作为添加剂，煤和焦炭的用量保证C摩尔量为配料中SiO₂摩尔量的1.2倍；将原料配合好后在球磨机中混合2小时；将配合料投入直流电弧炉内，调整电流和电压在1800℃熔炼至熔融，精炼10分钟；熔炼结束，倾炉喷吹；将球筛分得到0.2~5mm的矾土基铝钙空心球。

实施例3：

原料配比采用高铝矾土65%、方解石17%、生石灰18%，采用焦炭、木炭和铁矿石作为添加剂，焦炭和木炭的用量保证C摩尔量为配料中SiO₂摩尔量的3倍，铁矿石的用量保证Fe摩尔量为配料中SiO₂摩尔量的2倍；将原料配合好后在球磨机中混合1.6小时；将配合料投入直流电弧炉内，调整电流和电压在1900℃熔炼至熔融，精炼30分钟；熔炼结束，倾炉喷吹；将球筛分得到0.2~5mm的矾土基铝钙空心球。

实施例4：

原料配比采用高铝矾土32%、消石灰68%，采用沥青和铁红、氧化铁黑作为添加剂，沥青的用量保证C摩尔量为配料中SiO₂摩尔量的2倍，铁红和氧化铁黑的用量保证Fe摩尔量为配料中SiO₂摩尔量的4倍；将原料配合好后在球磨机中混合2小时；将配合料投入三相电弧炉内，调整电流和电压在1900℃熔炼至熔融，精炼20分钟；熔炼结束，倾炉喷吹；将球筛分得到0.2~5mm的矾土基铝钙空心球。

实施例5：

原料配比采用高铝矾土21%、石灰岩51%、方解石28%，采用石墨和废铁、废钢作为添加剂，石墨的用量保证C摩尔量为配料中SiO₂摩尔量的1倍，铁屑的用量保证Fe摩尔量为配料中SiO₂摩尔量的5倍；将原料配合好后在球磨机中混合1小时；将配合料投入三相电弧炉内，调整电流和电压在2300℃熔炼，精炼20分钟；熔炼结束，倾炉喷吹；将球筛分得到0.2~5mm的矾土基铝钙空心球。

实施例6：

原料配比采用高铝矾土11%、消石灰40%、生石灰49%，采用石油焦作为添加剂，石油焦的用量保证石油焦中C摩尔量为配料中SiO₂摩尔量的4倍；将原料配合好后在球磨机中混合2小时；将配合料投入直流电弧炉内，调整电流和电压在2600℃熔炼，精炼40分钟；熔炼结束，倾炉喷吹；将球筛分得到0.2~5mm的矾土基铝钙空心球。

实施例7：

原料配比采用石灰岩28%、方解石72%，采用石墨作为添加剂，石墨的用量保证石墨中C摩尔量为配料中SiO₂摩尔量的3倍；将原料配合好后在球磨机中混合1小时；将配合料投入三相电弧炉内，调整电流和电压在2600℃熔炼，精炼40分钟；熔炼结束，倾炉喷吹；将球筛分得到0.2~5mm的铝含量很少的铝钙空心球。

实施例8：

原料配比采用高铝矾土98%、生石灰2%，采用石油焦、煅后焦和铁屑作为添加剂，石油焦和煅后焦的用量保证C摩尔量为配料中SiO₂摩尔量的0.8倍，铁屑的用量保证Fe摩尔量为配料中SiO₂摩尔量的2倍；将原料配合好后在球磨机中混合1小时；将配合料投入三相电弧炉内，调整电流和电压在2300℃熔炼至熔融，精炼40分钟；熔炼结束，倾炉喷吹；将球筛分得到0.2~5mm的矾土基铝钙空心球。

上述实施例仅仅是为清楚的说明所作的举例，并非对实施方式所作的限定。对于所属技术领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，在此无法对所有的实施方式予以一一举例，而由此所引伸出的显而易见的变化或改动仍在本发明创造的保护范围之内。

Claims

1.一种矾土基铝钙空心球，其特征在于：矾土基铝钙空心球中Al₂O₃质量百分含量为0.1~95%，CaO质量百分含量为0.5～99.9%。

2.用于权利要求1所述的一种矾土基铝钙空心球的制备方法，其特征在于该方法的步骤如下：

3）熔炼结束，倾炉喷吹；

4）将球筛分得到0.2~5mm的矾土基铝钙空心球。

3.根据权利要求2所述的一种矾土基铝钙空心球的制备方法，其特征在于：所述的高铝矾土中Al₂O₃质量百分含量不小于80% 。

4.根据权利要求2所述的一种矾土基铝钙空心球的制备方法，其特征在于：所述的含钙原料为生石灰、消石灰、石灰岩或方解石中的一种或几种。

5.根据权利要求2所述的一种铝钙空心球的制备方法，其特征在于：所述的添加剂为碳素材料，作为脱硅材料，用量为高铝矾土和含钙原料中SiO₂摩尔数的1.2～4倍。

6.根据权利要求2所述的一种铝钙空心球的制备方法，其特征在于：所述的添加剂为碳素材料和含铁成分物质的混合物时，碳素材料用量为高铝矾土和含钙原料中SiO₂摩尔数的0.8~3倍，含铁成分物质中铁摩尔含量为高铝矾土和含钙原料中SiO₂摩尔数的2～5倍。

7.根据权利要求2所述的一种矾土基铝钙空心球的制备方法，其特征在于：所述的碳素材料为石墨、石油焦、煅后焦、煤、焦炭、沥青或木炭中的一种或几种。

8.根据权利要求2所述的一种矾土基铝钙空心球的制备方法，其特征在于：所述的含铁成分物质为铁屑、铁矿石、铁红、氧化铁黑、废铁或废钢中的一种或几种。