CN102180687A - 一种矾土基镁铝空心球及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矾土基镁铝空心球及其制备方法。矾土基镁铝空心球中Al2O3质量百分含量为0.1~95%，MgO质量百分含量为0.5～99.9%。本发明以高铝矾土和轻烧氧化镁或镁砂或菱镁矿等为主要原料，同时引入碳素材料或碳素材料和含铁成分的物质作为添加剂来调整熔体组分和粘度，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的矾土基镁铝空心球。本发明制备的矾土基镁铝空心球原料成本大幅度降低，同时降低熔炼温度，减少用电能耗，而且所制备的矾土基镁铝空心球耐压强度大，保温隔热性能好，使用温度高，化学性能稳定，可在碱性隔热材料和浇注料中广泛应用。
Description
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镁铝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1500℃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。氧化铝空心球的晶型为α-Al2O3微晶体，当采用镁质等碱性材料作为基质时，空心球表面容易发生反应，造成空心球的破损和制品强度降低，使氧化铝空心球在碱性隔热材料和保温浇注料中的应用受到限制。而采用镁铝空心球正好可以弥补氧化铝空心球在此方面性能的不足，以工业氧化铝或氢氧化铝为原料制备镁铝尖晶石的成本较高，熔炼过程中需要达到2300℃以上才能完全生成熔体，高铝矾土价格低廉，以高铝矾土为含铝原料制备镁铝空心球能够降低熔炼温度，减少用电能耗，使生产成本大幅度降低，具有广阔的市场前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矾土基镁铝空心球及其制备方法，所依据的技术原理为在原有制备氧化铝空心球的基础上，以高铝矾土、镁砂、菱镁矿等为主要原料，同时引入添加剂来调整熔体组份和粘度，使矾土中的SiO2、TiO2、Fe2O3等成分以气态的形式挥发或以合金的形式沉于炉底，在熔炼过程中反应生成镁铝尖晶石，通过喷吹镁铝尖晶石熔体制得矾土基镁铝空心球。
本发明所采用的具体技术方案如下：
一、一种矾土基镁铝空心球：
矾土基镁铝空心球中Al2O3质量百分含量为0~100%，MgO质量百分含量为0～100%。
二、一种矾土基镁铝空心球的制备方法，该方法的步骤如下：
1）将含镁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2000~2800℃熔炼直至熔融，精炼10～40分钟，使熔体中Al2O3+MgO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的矾土基镁铝空心球。
所述的高铝矾土中Al2O3质量百分含量不小于80% 。
所述的含镁原料为轻烧氧化镁粉、镁砂或菱镁矿中的一种或几种。
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镁原料中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镁原料中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镁原料中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：
本发明以高铝矾土和含镁物质为主要原料制备的矾土基镁铝空心球原料成本大幅度降低，同时降低熔炼温度，减少用电能耗，而且所制备的矾土基镁铝空心球耐压强度大，保温隔热性能好，使用温度高，化学性能稳定，可在碱性隔热材料和浇注料中广泛应用。
具体实施方式
实施例1：
原料配比采用高铝矾土95%、菱镁矿5%，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2小时；将配合料投入直流电弧炉内，调整电流和电压在2100℃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的矾土基镁铝空心球。
实施例2：
原料配比采用高铝矾土81%、菱镁矿11%、轻烧氧化镁粉8%，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1小时；将配合料投入三相电弧炉内，调整电流和电压在2200℃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的矾土基镁铝空心球。
实施例3：
原料配比采用高铝矾土77%、镁砂23%，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2小时；将配合料投入直流电弧炉内，调整电流和电压在2100℃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的矾土基镁铝空心球。
实施例4：
原料配比采用高铝矾土69%、菱镁矿15%、镁砂16%，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1.5小时；将配合料投入三相电弧炉内，调整电流和电压在2400℃熔炼，精炼30分钟；熔炼结束，倾炉喷吹；将球筛分得到0.2~5mm的矾土基镁铝空心球。
实施例5：
原料配比采用高铝矾土75%、轻烧氧化镁粉25%，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的矾土基镁铝空心球。
实施例6：
原料配比采用高铝矾土11%、菱镁矿89%，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的矾土基镁铝空心球。
实施例7：
原料配比采用轻烧氧化镁粉28%、镁砂72%（以上二种原料均含有小量铝），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2800℃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的镁铝空心球。
实施例8：
原料配比采用高铝矾土99%、菱镁矿1%，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2小时；将配合料投入直流电弧炉内，调整电流和电压在2300℃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的矾土基镁铝空心球。
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 (8)
1.一种矾土基镁铝空心球，其特征在于：矾土基镁铝空心球中Al2O3质量百分含量为0.1~95%，MgO质量百分含量为0.5～99.9%。
2.用于权利要求1所述的一种矾土基镁铝空心球的制备方法，其特征在于该方法的步骤如下：
1）将含镁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2000~2800℃熔炼直至熔融，精炼10～40分钟，使熔体中Al2O3+MgO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的矾土基镁铝空心球。
3.根据权利要求2所述的一种矾土基镁铝空心球的制备方法，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所述的一种矾土基镁铝空心球的制备方法，其特征在于：所述的含镁原料为轻烧氧化镁粉、镁砂或菱镁矿中的一种或几种。
5.根据权利要求2所述的一种镁铝空心球的制备方法，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镁原料中SiO2摩尔数的1.2～4倍。
6.根据权利要求2所述的一种镁铝空心球的制备方法，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镁原料中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镁原料中SiO2摩尔数的2～5倍。
7.根据权利要求2所述的一种矾土基镁铝空心球的制备方法，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所述的一种矾土基镁铝空心球的制备方法，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。
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| CN102249716A (zh) * | 2011-05-31 | 2011-11-23 | 傅晓云 | 一种耐高温空心球及其制备方法 |
| CN102617172A (zh) * | 2012-04-09 | 2012-08-01 | 武汉科技大学 | 用于水煤浆气化炉的电熔镁铝尖晶石砖及其制备方法 |
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