CN102659436A - 一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。其技术方案是：先将55~75wt%的氧化铝原料、20~40wt%的氧化镁原料和1~10wt%的生白云石共磨，烘干，混练，挤压成坯体；再将坯体在110~200℃条件下保温12~48小时，置入高温窑，在1600~1850℃条件下煅烧，然后将煅烧后的产物破碎，即得含钙尖晶石耐火原料。本发明制备的含钙尖晶石耐火原料具有优异的粘挂窑皮性能和良好的高温使用性能，能有效提高水泥窑烧成带用方镁石-尖晶石砖的挂窑皮性，提高方镁石-尖晶石砖的抗热震性。
Description
技术领域
本发明属于尖晶石耐火原料技术领域，具体涉及一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。
背景技术
镁铝尖晶石（MA）是一种熔点高、热膨胀系数小（热膨胀系数(20~1000℃)为7.6×10-6℃-1）、热导率低（1000℃为5.82W/( m·K)）、耐磨损、还原气氛下体积稳定性优良、抗K2O的硫酸盐侵蚀性强和抗Na2O的硫酸盐侵蚀性强的材料。
方镁石-尖晶石砖具有良好的热震稳定性，以及抗碱、氯、硫侵蚀性好等优点，是水泥窑用无铬碱性耐火材料未来发展的趋势。但是方镁石-尖晶石砖也存在弱点，即砖体粘挂窑皮性能较差，且砖中尖晶石组分在过热条件下易于水泥熟料中的C3S或C3A反应生成低熔点的C12A7，尖晶石与水泥熟料组分中C3S和C3A反应如下：
MA(brick)+C3S+L(liquid phase)→C12A7(Mayenite phase)+M+C2S+L(liquid phase)；
MA(brick)+LC3A{Ca,Al,Si,Fe}→C12A7(Mayenite phase)+M+ L(liquid phase)。
故导致窑皮烧流，造成尖晶石矿物的蚀损，以上不足限制了它在水泥回转窑烧成带的使用。
水泥回转窑的窑皮是由水泥熟料或粉尘自液相或半液相变成固体形成的。回转窑的窑皮具有保护耐火砖，降低高温、熟料液相及窑内气氛对耐火砖的剥落和侵蚀损毁，同时窑皮可以储存热能，降低回转窑的热损失。水泥回转窑由于服役龄期长，要求水泥回转窑用耐火砖具有良好的粘挂窑皮性能。
研究具有优异的粘挂窑皮性能和良好的高温使用性能的尖晶石耐火原料，解决目前水泥窑用方镁石-尖晶石砖使用中存在的问题，实现水泥窑用耐火材料的长寿化和加快水泥行业的节能降耗，成为耐火材料行业的一项重要课题。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种粘挂窑皮性能优异和高温使用性能良好的含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先将55~75wt%的氧化铝原料、20 ~40wt%的氧化镁原料和1~10wt%的生白云石共磨，烘干，混练，挤压成坯体；将坯体在110~200℃条件下保温12~48小时；再置入高温窑，在1600~1850℃条件下煅烧，然后将煅烧后的产物破碎，即得含钙尖晶石耐火原料。
所述氧化铝原料为工业氧化铝、氢氧化铝、氧化铝微粉中的一种以上；氧化铝中的Al2O3含量≥96wt%，粒径≤1mm。
所述氧化镁原料为轻烧氧化镁、氢氧化镁、菱镁矿中的一种以上；氧化镁中的MgO含量≥96wt%，粒径≤1mm。
所述生白云石为市售矿物原料，生白云石的CaO3·MgCO3含量≥98wt%，粒径≤1mm。
所述共磨的设备为球磨机，共磨后的混合料粒径≤0.088mm占90%以上。
所述混练是在烘干的混合料中加入混合料3~5wt%的有机结合剂进行混合；有机结合剂为羧甲基纤维素、甲基纤维素、聚乙烯醇、木质素磺酸钙中的一种以上。
由于采用上述技术方案，本发明利用镁铝尖晶石中引入的CaO制备出含一种以上含钙物相的复相镁铝尖晶石原料。采用含钙尖晶石耐火原料所制备的方镁石-尖晶石砖在水泥回转窑烧成带使用过程中，利用水泥熟料中的C3A等液相或半液相与复相尖晶石原料中含钙物相在高温下发生化学反应，原位生成具有较高熔点的铝酸钙系化合物，而不是低熔点的C12A7，覆盖在方镁石-尖晶石砖砖体表面，减少了水泥熟料与该砖体的接触面积，有效缓冲水泥熟料中的液相对窑皮的剥落；同时，该砖中的镁铝尖晶石原料所含的弹性含钙物相能吸收热应力，进一步提高了方镁石-尖晶石砖的抗热震性能。
本发明所制备的含钙尖晶石耐火原料的主要物理性能是：体积密度为2.70~3.50g/cm3，显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa。XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相为CaAl4O7、或为CaAl12O19、或为CaAl4O7和CaAl12O19。
因此，本发明制备的含钙尖晶石耐火原料具有优异的粘挂窑皮性能和良好的高温使用性能，能有效提高水泥窑烧成带用方镁石-尖晶石砖的挂窑皮性，提高方镁石-尖晶石砖的抗热震性。
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：
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：工业氧化铝、氢氧化铝和氧化铝微粉中的Al2O3含量≥96wt%，粒径≤1mm；轻烧氧化镁、氢氧化镁和菱镁矿中的MgO含量≥96wt%，粒径≤1mm；生白云石为市售矿物原料，生白云石的CaO3·MgCO3含量≥98wt%，粒径≤1mm；共磨的设备为球磨机，共磨后的混合料粒径≤0.088mm占90%以上；混练是在烘干的混合料中加入混合料3~5wt%的有机结合剂进行混合，有机结合剂为羧甲基纤维素、甲基纤维素、聚乙烯醇、木质素磺酸钙中的一种以上。
实施例1
一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法：先将55~65wt%的氧化铝原料、30~40wt%的氧化镁原料和1~5wt%的生白云石共磨，烘干，混练，挤压成坯体；将坯体在110~200℃条件下保温12~48小时，再置入高温窑，在1600~1730℃条件下煅烧，然后将煅烧后的产物破碎，即得含钙尖晶石耐火原料。
本实施例中，氧化铝原料为工业氧化铝；氧化镁原料为轻烧氧化镁。
本实施例所制备的含钙耐火原料的主要物理性能是：体积密度为2.70~3.20g/cm3，显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa；XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相是CaAl4O7。
实施例2
一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法：先将65~75wt%的氧化铝原料、20~30wt%的氧化镁原料和5~10wt%的生白云石共磨，烘干，混练，挤压成坯体，将坯体在110~200℃条件下保温12~48小时；再置入高温窑，在1730~1850℃条件下煅烧，然后将煅烧后的产物破碎，即得含钙尖晶石耐火原料。
本实施例中，氧化铝原料为氢氧化铝微粉；氧化镁原料为菱镁矿。
本实施例所制备的含钙耐火原料的主要物理性能是：体积密度为3.00~3.50g/cm3，显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa；XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相是CaAl12O19。
实施例3
一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例1：
氧化铝原料为氧化铝微粉；氧化镁原料为氢氧化镁外。
本实施例所制备的含钙耐火原料的主要物理性能是：体积密度为2.70~3.20g/cm3，显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa。XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相是CaAl4O7 和CaAl12O19。
实施例4
一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例1：
氧化铝原料为工业氧化铝和氧化铝微粉；氧化镁原料为轻烧氧化镁。
本实施例所制备的含钙耐火原料的主要物理性能是：体积密度为2.70~3.20g/cm3，显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa。XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相是CaAl4O7。
实施例5
一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例2：
氧化铝原料为工业氧化铝和氢氧化铝；氧化镁原料为氢氧化镁。
本实施例所制备的含钙耐火原料的主要物理性能是：体积密度为2.70~3.20g/cm3，显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa。XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相是CaAl12O19。
实施例6
一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例1：
氧化铝原料为氧化铝微粉和氢氧化铝；氧化镁原料为菱镁矿。
本实施例所制备的含钙耐火原料的主要物理性能是：体积密度为2.70~3.20g/cm3，显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa。XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相是CaAl4O7、CaAl12O19。
实施例7
一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例1：
氧化铝原料为工业氧化铝；氧化镁原料为轻烧氧化镁和氢氧化镁。
本实施例所制备的含钙耐火原料的主要物理性能是：体积密度为2.70~3.20g/cm3；显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa。XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相是CaAl4O7。
实施例8
一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例2：
氧化铝原料为氢氧化铝；氧化镁原料为轻烧氧化镁和菱镁矿。
本实施例所制备的含钙耐火原料的主要物理性能是：体积密度为3.00~3.50g/cm3，显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa。XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相是CaAl12O19。
实施例9
一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例1：
氧化铝原料为氧化铝微粉；氧化镁原料为菱镁矿和氢氧化镁。
本实施例所制备的含钙耐火原料的主要物理性能是：体积密度为2.70~3.20g/cm3，显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa。XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相是CaAl4O7、CaAl12O19。
实施例10
一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例1：
氧化铝原料为工业氧化铝、氢氧化铝和氧化铝微粉；氧化镁原料为轻烧氧化镁。
本实施例所制备的含钙耐火原料的主要物理性能是：体积密度为2.70~3.20g/cm3，显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa。XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相是CaAl4O7。
实施例11
一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例2：
氧化铝原料为工业氧化铝、氢氧化铝和氧化铝微粉；氧化镁原料为菱镁矿。
本实施例所制备的含钙耐火原料的主要物理性能是：体积密度为3.00~3.50g/cm3，显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa。XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相是CaAl12O19。
实施例12
一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例1：
氧化铝原料为工业氧化铝、氢氧化铝和氧化铝微粉；氧化镁原料为氢氧化镁。
本实施例所制备的含钙耐火原料的主要物理性能是：体积密度为2.70~3.20g/cm3；显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa。XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相是CaAl4O7和CaAl12O19。
实施例13
一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例1：
氧化铝原料为工业氧化铝和氢氧化铝；氧化镁原料为轻烧氧化镁和氢氧化镁。
本实施例所制备的含钙耐火原料的主要物理性能是：体积密度为2.70~3.20g/cm3，显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa。XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相是CaAl4O7。
实施例14
一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例2：
氧化铝原料为工业氧化铝和氧化镁微粉；氧化镁原料为轻烧氧化镁和菱镁矿。
本实施例所制备的含钙耐火原料的主要物理性能是：体积密度为3.00~3.50g/cm3，显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa。XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相是CaAl12O19。
实施例15
一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例1：
氧化铝原料为氢氧化铝和氧化铝微粉，氧化镁原料为氢氧化镁和菱镁矿。
本实施例所制备的含钙耐火原料的主要物理性能是：体积密度为2.70~3.20g/cm3，显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa。XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相是CaAl4O7和CaAl12O19。
实施例16
一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例1：
氧化铝原料为工业氧化铝、氢氧化铝和氧化铝微粉；氧化镁原料为轻烧氧化镁和氢氧化镁。
本实施例所制备的含钙耐火原料的主要物理性能是：体积密度为2.70~3.20g/cm3，显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa。XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相是CaAl4O7。
实施例17
一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例2：
氧化铝原料为工业氧化铝、氢氧化铝和氧化铝微粉；氧化镁原料为轻烧氧化镁和菱镁矿。
本实施例所制备的含钙耐火原料的主要物理性能是：体积密度为3.00~3.50g/cm3，显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa。XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相是CaAl12O19。
实施例18
一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例1：
氧化铝原料为工业氧化铝、氢氧化铝和氧化铝微粉；氧化镁原料为氢氧化镁和菱镁矿。
本实施例所制备的含钙耐火原料的主要物理性能是：体积密度为2.70~3.20g/cm3，显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa。XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相是CaAl4O7和CaAl12O19。
实施例19
一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例1：
氧化铝原料为工业氧化铝和氧化铝微粉；氧化镁原料为轻烧氧化镁、氢氧化镁和菱镁矿。
本实施例所制备的含钙耐火原料的主要物理性能是：体积密度为2.70~3.20g/cm3，显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa。XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相是CaAl4O7。
实施例20
一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例2：
氧化铝原料为工业氧化铝和氢氧化铝；氧化镁原料为轻烧氧化镁、氢氧化镁和菱镁矿。
本实施例所制备的含钙耐火原料的主要物理性能是：体积密度为3.00~3.50g/cm3，显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa。XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相是CaAl12O19。
实施例21
一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例1：
氧化铝原料为氢氧化铝和氧化铝微粉，氧化镁原料为轻烧氧化镁、氢氧化镁和菱镁矿。
本实施例所制备的含钙耐火原料的主要物理性能是：体积密度为2.70~3.20g/cm3，显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa。XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相是CaAl4O7和CaAl12O19。
实施例22
一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例1：
氧化铝原料为工业氧化铝、氢氧化铝和氧化铝微粉；氧化镁原料为轻烧氧化镁、氢氧化镁和菱镁矿。
本实施例所制备的含钙尖晶石耐火原料的主要物理性能是：体积密度为2.70~3.20g/cm3，显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa。XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相是CaAl4O7和CaAl12O19。
实施例23
一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例1：
氧化铝原料为工业氧化铝；氧化镁原料为轻烧氧化镁、氢氧化镁和菱镁矿。
本实施例所制备的含钙尖晶石耐火原料的主要物理性能是：体积密度为2.70~3.20g/cm3，显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa。XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相是CaAl4O7。
实施例24
一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例2：
氧化铝原料为氢氧化铝；氧化镁原料为轻烧氧化镁、氢氧化镁和菱镁矿。
本实施例所制备的含钙耐火原料的主要物理性能是：体积密度为3.00~3.50g/cm3，显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa。XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相是CaAl12O19。
实施例25
一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。除下述原料外，其余同实施例1：
氧化铝原料为氧化铝微粉；氧化镁原料为轻烧氧化镁、氢氧化镁和菱镁矿。
本实施例所制备的含钙尖晶石耐火原料的主要物理性能是：体积密度为2.70~3.20g/cm3，显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa。XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相是CaAl4O7和CaAl12O19。
本具体实施方式利用镁铝尖晶石中引入的CaO制备出含一种以上含钙物相的复相镁铝尖晶石原料。采用含钙尖晶石耐火原料所制备的方镁石-尖晶石砖在水泥回转窑烧成带使用过程中，利用水泥熟料中的C3A等液相或半液相与复相尖晶石原料中含钙物相在高温下发生化学反应，原位生成具有较高熔点的铝酸钙系化合物，而不是低熔点的C12A7，覆盖在方镁石-尖晶石砖砖体表面，减少了水泥熟料与该砖体的接触面积，有效缓冲水泥熟料中的液相对窑皮的剥落；同时，该砖中的镁铝尖晶石原料所含的弹性含钙物相能吸收热应力，进一步提高了方镁石-尖晶石砖的抗热震性能。
本具体实施方式所制备的含钙尖晶石耐火原料的主要物理性能是：体积密度为2.70~3.50g/cm3，显气孔率为5~20%，耐压强度为40～70MPa。XRD检测结果为主晶相是MgAl2O4，次晶相为CaAl4O7、或为CaAl12O19、或为CaAl4O7和CaAl12O19。
因此，本具体实施方式制备的含钙尖晶石耐火原料粘挂窑皮性能优异和高温使用性能良好。
Claims (7)
1.一种含钙尖晶石耐火原料的制备方法，其特征在于先将55~75wt%的氧化铝原料、20 ~40wt%的氧化镁原料和1~10wt%的生白云石共磨，烘干，混练，挤压成坯体，将坯体在110~200℃条件下保温12~48小时；再置入高温窑，在1600~1850℃条件下煅烧，然后将煅烧后的产物破碎，即得含钙尖晶石耐火原料。
2.根据权利要求1所述的含钙尖晶石耐火原料的制备方法，其特征在于所述氧化铝原料为工业氧化铝、氢氧化铝、氧化铝微粉中的一种以上；氧化铝中的Al2O3含量≥96wt%，粒径≤1mm。
3.根据权利要求1所述的含钙尖晶石耐火原料的制备方法，其特征在于所述氧化镁原料为轻烧氧化镁、氢氧化镁、菱镁矿中的一种以上；氧化镁中的MgO含量≥96wt%，粒径≤1mm。
4.根据权利要求1所述的含钙尖晶石耐火原料的制备方法，其特征在于所述生白云石为市售矿物原料，生白云石的CaO3·MgCO3含量≥98wt%，粒径≤1mm。
5.根据权利要求1所述的含钙尖晶石耐火原料的制备方法，其特征在于所述共磨的设备为球磨机，共磨后的混合料粒径≤0.088mm占90%以上。
6.根据权利要求1所述的含钙尖晶石耐火原料的制备方法，其特征在于所述混练是在烘干的混合料中加入混合料3~5wt%的有机结合剂进行混合；有机结合剂为羧甲基纤维素、甲基纤维素、聚乙烯醇、木质素磺酸钙中的一种以上。
7.根据权利要求1~6项中任一项所述的含钙尖晶石耐火原料的制备方法所制备的含钙尖晶石耐火原料。
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