CN102503451A - 含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明具体涉及一种含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料及其制备方法。其技术方案是：用球磨机将20～78wt％的炼钢废弃物和22～80wt％的含铝化合物混磨30～120min，再将混磨后的物料压制成型，在1300～1700℃条件下保温2～5小时，冷却后取出，即得含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料。炼钢废弃物的粒度≤0.088mm，炼钢废弃物的主要化学成分为：Al2O3含量为20～70wt％，CaO含量为5～30wt％，MgO含量为10～40wt％，SiO2为0.5～20wt％；含铝化合物为工业氧化铝、Al2O3微粉和氢氧化铝中的一种以上，含铝化合物的粒度≤0.088mm。本发明具有节约能源、环境友好和生产成本低的特点，所制备的材料热膨胀系数低、致密度较高。

Description

含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料及其制备方法。
背景技术
耐火材料作为高温下使用的炉衬材料，除了要承受高温作用外，还要抵抗温度的急变对它所造成的热震破坏。热膨胀系数大是造成材料热震破坏的主要原因之一。因此，低热膨胀系数材料的研制是研究工作者所努力的方向。
镁铝尖晶石因其熔点高、耐渣侵蚀性优良在耐火领域中有着广泛的应用，但其热膨胀系数还较大，如20～1000℃时为7.6×10-6/℃。近年来的研究发现二铝酸钙材料具有非常低的热膨胀系数：200℃时为1.4×10-6/℃；1400℃时为4.4×10-6/℃。天然的镁铝尖晶石特别少，常用的镁铝尖晶石都是由Al2O3和MgO人工合成的；二铝酸钙材料也大多是由人工合成。如有文献报道采用轻质CaCO3(或纯铝酸钙水泥)和α-Al2O3合成了二铝酸钙材料(李有奇，柯昌明，李楠.低膨胀系数材料二铝酸钙的合成与显微结构的研究.材料导报，2006(20)：470～472)。由于在上述两种材料的合成过程中，使用了多种较纯的原料，因此，生产成本较高。
在炼钢过程中，会产生大量的固体废弃物，对环境造成严重的污染。对废弃物的合理利用不仅可以治理污染，节约资源，还可以降低生产成本。因此，废弃物的回收再利用也是研究工作者所关注的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种节约能源、环境友好和生产成本低的含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料的制备方法，用该方法所制备的含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料热膨胀系数低、致密度较高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：用球磨机将20～78wt％的炼钢废弃物和22～80wt％的含铝化合物混磨30～120min，再将混磨后的物料压制成型，在1300～1700℃条件下保温2～5小时，冷却后取出，即制得含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料。
所述的炼钢废弃物的主要化学成分为：Al2O3含量为20～70wt％，CaO含量为5～30wt％，MgO含量为10～40wt％，SiO2为0.5～20wt％；炼钢废弃物的粒度≤0.088mm。
所述的含铝化合物为工业氧化铝、Al2O3微粉和氢氧化铝中的一种以上；含铝化合物的粒度≤0.088mm。
所述的压制成型的压力为40～150MPa。
由于采用上述方案，本发明采用炼钢废弃物和含铝氧化物为原料，制得含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料，与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明所用原料之一为炼钢工业所产生的固体废弃物，节约了能源，减少了环境污染；
2、本发明制得的含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料，由于采用炼钢废弃物和工业氧化铝、Al2O3微粉和氢氧化铝中的一种以上为原料，生产成本低廉；
3、本发明制得的含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料具有低的热膨胀系数，较高的致密度。其不仅可以单独作为耐火材料使用，也可用作一种外加剂，添加到其它材料中以改善材料的热学等性能。
因此，本发明具有节约能源、环境友好和生产成本低的特点，所制备的材料热膨胀系数低、致密度较高。
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，并非对其保护范围的限制：
在本具体实施方式中：炼钢废弃物的粒度≤0.088mm，炼钢废弃物的主要化学成分为：Al2O3含量为20～70wt％，CaO含量为5～30wt％，MgO含量为10～40wt％，SiO2为0.5～20wt％；工业氧化铝、Al2O3微粉和氢氧化铝的粒度均≤0.088mm；压制成型的压力为40～150MPa。具体实施例中不再赘述。
实施例1
一种含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料及其制备方法：用球磨机将20～35wt％的炼钢废弃物和65～80wt％的工业氧化铝混磨30～60min，再将混磨后的物料压制成型，在1300～1450℃条件下保温2～4小时，冷却后取出，即制得含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料。
本实施例1所制备的复合材料的显气孔率为：41.2～48.1％，体积密度为：1.61～1.86g/cm3。经X-射线衍射分析，主要物相为：镁铝尖晶石、二铝酸钙、少量六铝酸钙和刚玉。1400℃时复合材料的热膨胀系数为：5.6～6.4×10-6/℃。
实施例2
一种含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料及其制备方法：用球磨机将30～45wt％的炼钢废弃物和55～70wt％的Al2O3微粉混磨40～70min，再将混磨后的物料压制成型，在1350～1500℃条件下保温2～4小时，冷却后取出，即制得含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料。
本实施例2所制备的复合材料的显气孔率为：19.4～28.4％，体积密度为：2.30～2.50g/cm3。经X-射线衍射分析，主要物相为：镁铝尖晶石、二铝酸钙、少量六铝酸钙和刚玉。1400℃时复合材料的热膨胀系数为：5.2～6.0×10-6/℃。
实施例3
一种含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料及其制备方法法：用球磨机将40～55wt％的炼钢废弃物和45～60wt％的氢氧化铝混磨50～80min，再将混磨后的物料压制成型，在1400～1550℃条件下保温2～4小时，冷却后取出，即制得含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料。
本实施例3所制备的复合材料的显气孔率为：16.0～29.3％，体积密度为：2.60～2.74g/cm3。经X-射线衍射分析，主要物相为：镁铝尖晶石、二铝酸钙和少量六铝酸钙。1400℃时复合材料的热膨胀系数为：5.0～5.8×10-6/℃。
实施例4
一种含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料及其制备方法：用球磨机将50～65wt％的炼钢废弃物和35～50wt％的含铝化合物混磨60～90min，再将混磨后的物料压制成型，在1500～1650℃条件下保温3～5小时，冷却后取出，即制得含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料。
本实施例4中的含铝化合物为工业氧化铝和Al2O3微粉的混合物。
本实施例4所制备的复合材料的显气孔率为：11.7～13.2％，体积密度为：2.86～2.92g/cm3。经X-射线衍射分析，主要物相为：镁铝尖晶石和二铝酸钙。1400℃时复合材料的热膨胀系数为：4.5～5.3×10-6/℃。
实施例5
一种含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料及其制备方法：用球磨机将55～70wt％的炼钢废弃物和30～45wt％的含铝化合物混磨70～100min，再将混磨后的物料压制成型，在1550～1650℃条件下保温3～5小时，冷却后取出，即制得含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料。
本实施例5所制备的含铝化合物为工业氧化铝和氢氧化铝的混合物。
本实施例5中制得的复合材料的显气孔率为：29.5～38.9％，体积密度为：2.14～2.61g/cm3。经X-射线衍射分析，主要物相为：镁铝尖晶石、二铝酸钙和少量六铝酸钙。1400℃时复合材料的热膨胀系数为：4.3～5.1×10-6/℃。
实施例6
一种含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料及其制备方法：用球磨机将60～78wt％的炼钢废弃物和22～40wt％的含铝化合物混磨80～120min，再将混磨后的物料压制成型，在1600～1700℃条件下保温3～5小时，冷却后取出，即制得含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料。
本实施例6中的含铝化合物为工业氧化铝、Al2O3微粉和氢氧化铝的混合物
本实施例6所制备的复合材料的显气孔率为：11.5～13.5％，体积密度为：2.80～2.95g/cm3。经X-射线衍射分析，主要物相为：镁铝尖晶石和二铝酸钙。1400℃时复合材料的热膨胀系数为：4.1～4.9×10-6/℃。
本具体实施方式采用炼钢废弃物和含铝氧化物为原料，制备了含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料，具有以下优点：
1、本具体实施方式所用原料之一为炼钢工业所产生的固体废弃物，节约了能源，减少了环境污染；
2、本具体实施方式制得的含镁铝尖晶石和二铝酸钙复合材料，由于采用炼钢废弃物和工业氧化铝、Al2O3微粉和氢氧化铝中的一种以上为原料，生产成本低廉；
3、本具体实施方式制得的含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料具有低的热膨胀系数，1400℃时复合材料的热膨胀系数为：4.1～6.4×10-6/℃；较高的致密度，显气孔率为：11.5～48.1％，体积密度为：1.61～2.95g/cm3。不仅可以单独作为耐火材料使用，也可用作一种外加剂，添加到其它材料中以改善材料的热学等性能。
因此，本具体实施方式具有节约能源、环境友好和生产成本低的特点，所制备的材料热膨胀系数低、致密度较高。

Claims (5)

1.一种含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料的制备方法，其特征在于用球磨机将20～78wt％的炼钢废弃物和22～80wt％的含铝化合物混磨30～120min，再将混磨后的物料压制成型，在1300～1700℃条件下保温2～5小时，冷却后取出，即制得含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料。
2.根据权利要求1所述的含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料的制备方法，其特征在于所述的炼钢废弃物的主要化学成分为：Al2O3含量为20～70wt％，CaO含量为5～30wt％，MgO含量为10～40wt％，SiO2为0.5～20wt％；炼钢废弃物的粒度≤0.088mm。
3.根据权利要求1所述的含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料的制备方法，其特征在于所述的含铝化合物为工业氧化铝、Al2O3微粉和氢氧化铝中的一种以上；含铝化合物的粒度≤0.088mm。
4.根据权利要求1所述的含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料的制备方法，其特征在于所述的压制成型的压力为40～150MPa。
5.根据权利要求1～4项所述的含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料的制备方法所制备的含镁铝尖晶石和二铝酸钙的复合材料。
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Assignee: WUHAN SIGENYUAN ELECTRIC CONTROL EQUIPMENT Co.,Ltd.

Assignor: WUHAN University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Contract record no.: X2021420000028

Denomination of invention: Composite material containing magnesium aluminum spinel and calcium aluminate and its preparation method

Granted publication date: 20140507

License type: Common License

Record date: 20210929

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