CN102849951A - 一种微晶玻璃与非金属复合抗磨材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于节能新材料领域，具体地说就是一种微晶玻璃与非金属复合抗磨材料及其制备方法。按重量百分比计，微晶玻璃的组成为：霞石粉10-30％，锆英砂5-10％，钛铁矿砂5-15％，铬铁矿砂5-10％，钢渣20-30％，纯碱3-5％，锂云母5-10％，石英砂10-30％。采用热压铸方式或冷成型方式后，将毛坯放入辊道晶化窑或隧道式晶化窑中烧结后晶化，温度：850-1250℃，时间：120-240分钟；然后冷却到退火温度650-750℃，恒温时间：40-60分钟，然后随炉冷却。本发明微晶玻璃与非金属复合抗磨材料的抗磨性能，比传统金属锰钢合金材质衬板高2-3倍，比重仅是锰钢的1/2-1/3，同产量机型电机功率减少25％。
Description
技术领域：
本发明属于节能新材料领域，具体地说就是一种微晶玻璃与非金属复合抗磨材料及其制备方法。
背景技术：
截止到2010年，全世界年需要破碎粉磨的原材料达300多亿吨，其中铁矿石占15％(约50亿吨，4吨矿石出一吨铁水)，水泥40亿吨，电厂煤粉30亿吨，有色金属150亿吨(包括金矿、金刚石矿都需要粉磨后才能提取)，陶瓷、玻璃都超亿吨，绝大多数使用球磨机，部分用雷蒙磨，无论使用何种机型，均需用鄂破机、锤片机、锥式机将大块破成小粒，再进入球磨机细磨。所以，粉磨行业上的内衬板就是一项耗损极大的机械行业。
传统耐磨设备球磨机衬板大部分使用锰钢合金，这种材料不但价格昂贵，而且比重很大，相对驱动电机的功率很大，以一种日产500-800吨的中型球磨机为例，装机功率在140-180KW，这是很大的能量损耗。由于球磨机衬板更换频繁，这对功效的影响是巨大的，大型矿山几乎每天都有球磨机在停产更换衬板。
截止到目前，还没有一种非金属材料可以替代锰钢衬板。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种微晶玻璃与非金属复合抗磨材料及其制备方法，解决现有技术中存在的球磨机衬板比重较大、相对驱动电机的功率较大，导致能量损耗大等问题。
本发明的技术方案是：
一种微晶玻璃与非金属复合抗磨材料，按重量百分比计，微晶玻璃的组成为：
霞石粉10-30％，锆英砂5-10％，钛铁矿砂5-15％，铬铁矿砂5-10％，钢渣20-30％，纯碱3-5％，锂云母5-10％，石英砂10-30％。
一种微晶玻璃与非金属复合抗磨材料，按重量百分比计，微晶玻璃的组成为：
霞石粉20-40％，铬渣30-50％，钛渣5-15％，锆铁矿砂5-15％，盐卤占5-15％；其中，盐卤的浓度30-50wt％。
一种微晶玻璃与非金属复合抗磨材料，按重量百分比计，微晶玻璃的组成为：
霞石粉20-30％，硼泥40-50％，锆废泥5-15％，金红石5-15％，石英砂10-20％，盐卤占5-10％；其中，盐卤的浓度30-50wt％。
一种微晶玻璃与非金属复合抗磨材料，按重量百分比计，微晶玻璃的组成为：
霞石粉10-20％；铝矾土30-50％；钛白粉5-15％；锆英砂10-20％；高炉渣20-30％；盐卤占5-15％；其中，盐卤的浓度30-50wt％。
所述的微晶玻璃与非金属复合抗磨材料的制备方法，采用热压铸方式，先按配方混合进熔化炉经高温1500-1700℃熔化后，直接注入耐热铸铁磨具中，在100吨压机平台上压铸成型毛坯，压机压强：100-300MPa，成型时间2-3分钟；再将毛坯放入辊道晶化窑或隧道式晶化窑中烧结后晶化，温度：850-1250℃，时间：100-240分钟；然后冷却到退火温度650-750℃，恒温时间：40-60分钟，随炉冷却。
所述的微晶玻璃与非金属复合抗磨材料的制备方法，采用冷成型方式，按重量百分比计，冷成型工艺的配方：微晶玻璃粉30％-45％，刚玉45-60％，莫来石粉5-10％，粘结剂1-5％；
按所述抗磨材料配方混合进熔化炉经高温1500-1700℃熔化后，水淬成1-5毫米的渣料，再将渣料磨成80-120目的微晶玻璃粉；按所述冷成型配方，将微晶玻璃粉与刚玉粉、莫来石粉和粘结剂混磨1-3小时后，装入钢模，用2500吨-3000吨振动型压机冷压成型毛坯，压机压强：1000-2000MPa，成型时间3-6分钟；再将毛坯放入辊道晶化窑或隧道式晶化窑中烧结后晶化，温度：850-1250℃，时间：100-240分钟；然后冷却到退火温度650-750℃，恒温时间：40-60分钟，然后随炉冷却。
所述的微晶玻璃与非金属复合抗磨材料的制备方法，粘结剂包括木质素磺酸钠、偏硅酸钠、聚乙烯醇和石蜡，按重量百分比计，木质素磺酸钠0.2-1％，偏硅酸钠0.2-2％，聚乙烯醇0.2-1％，石蜡0.2-1％。
所述的微晶玻璃与非金属复合抗磨材料的制备方法，微晶玻璃粉的粒度：80-120目，刚玉的粒度：20目-150目，莫来石粉的粒度：200-300目。
本发明的有益效果是：
1、本发明微晶玻璃与非金属复合抗磨材料的抗磨性能，比传统金属锰钢合金材质衬板高2-3倍，比重仅是锰钢的1/2-1/3，同产量机型电机功率减少25％。
2、本发明使用高强霞石微晶玻璃与刚玉、莫来石粉复合，经压型、烧结而形成各种型号的球磨机衬板材料，也可直接做成球磨机的机体材料。
3、本发明利用天然霞石为主要原料，霞石粉(KNa3(AlSi4)4)是一种碱性岩体，其化学成份为SiO2 54％，Al2O3 20.5％，Fe2O3 4.7％，FeO 1.8％，Mn 0.09％，CaO 2.8％，K 6.94％，Na2O 4.3％，TiO2 1.8％以及多种稀土元素如La、Ce、Py、Nd、Sm等，它是低硅、高铝、高铁、富含稀土元素，对微晶玻璃组份十分有利，并且可以大大降低原料成本，提高晶化度和缩短晶化时间，从而提高生产效率。
4、本发明使用的微晶玻璃及相关设备，请参见中国专利申请：“利用霞石制备微晶玻璃的工艺及设备(申请号96115271.0)”以及“利用霞石微晶玻璃处理城市污水污泥的工艺及设备(申请号200710011239.9)”的记载。本发明特别是在环境保护方面有更突出的意义，因为霞石微晶玻璃不但可以大量使用废弃物，而且可以催化水分子的氢氧分离和氢碳单氧的超值放热，加快实现了水氢能源的工业化应用。
具体实施方式：
实施例1
本实施例中，按重量百分比计，微晶玻璃的组成为：
霞石粉20％；锆英砂6％；钛铁矿砂10％；铬铁矿砂8％；钢渣25％；纯碱4％；锂云母7％；石英砂20％。
其中，霞石粉20-40目，锆英砂100-120目，钛铁矿砂60-80目，铬铁矿砂80-100目，钢渣4-20目，锂云母20-40目，石英砂80-100目。
上述组分所含的元素中，硅、钙、铝的作用是玻璃形成物；锆的作用是耐高温、耐磨、抗腐蚀、成核剂；钛的作用是成核剂、抗腐蚀；铬的作用是耐磨；铁的作用是成核剂；纯碱、锂云母的作用是助熔剂。
本实施例中，微晶玻璃与非金属复合抗磨材料的制备方法，采用热压铸方式或冷成型方式：
1、热压铸方式：先按配方混合进熔化炉经高温1700℃熔化，冷却至1300℃后直接注入耐热铸铁磨具中，在100吨压机平台上压铸成型毛坯，压机压强：300MPa，成型时间2分钟；再将毛坯放入辊道晶化窑或隧道式晶化窑中烧结后晶化，温度：1250℃，时间：240分钟；然后冷却到退火温度650℃，恒温时间：60分钟，然后随炉冷却。
2、冷成型方式
按重量百分比计，冷成型工艺的配方：微晶玻璃粉35％，刚玉57％，莫来石粉5％，粘结剂3％。粘结剂包括木质素磺酸钠、偏硅酸钠、聚乙烯醇和石蜡，木质素磺酸钠0.5％，偏硅酸钠1.5％，聚乙烯醇0.5％，石蜡0.5％。其中，微晶玻璃粉的粒度：80-120目，刚玉的粒度：20目-150目，莫来石粉的粒度：200-300目。
按热压铸方式所述抗磨材料配方混合进熔化炉经高温1700℃熔化后，水淬成1-5毫米的渣料，再将渣料磨成80-120目的微晶玻璃粉；按所述冷成型配方，将微晶玻璃粉与刚玉粉、莫来石粉和粘结剂混磨2小时后，装入钢模，用3000吨振动型压机冷压成型毛坯，压机压强：1000MPa，成型时间5分钟；再将毛坯放入辊道晶化窑或隧道式晶化窑中烧结后晶化，温度：1250℃，时间：240分钟；然后冷却到退火温度650℃，恒温时间：60分钟，然后随炉冷却。
本实施例中，微晶玻璃与非金属复合抗磨材料的抗磨性能，比传统金属锰钢合金材质衬板高2-3倍，比重仅是锰钢的1/2-1/3，同产量机型电机功率减少25％。
实施例2
本实施例中，按重量百分比计，微晶玻璃的组成为：
霞石粉30％；铬渣40％；钛渣10％；锆铁矿砂10％；盐卤占(浓度30wt％)10％。
其中，霞石粉20-40目，铬渣80-100目，钛渣60-80目，锆铁矿砂100-120目。
盐卤又叫苦卤、卤碱，是由海水或盐湖水制盐后，残留于盐池内的母液，主要成分有氯化镁、硫酸钙、氯化钙及氯化钠等，味苦，有毒。蒸发冷却后析出氯化镁结晶，称为卤块。
上述组分所含的元素中，硅、钙、铝的作用是玻璃形成物；锆的作用是耐高温、耐磨、抗腐蚀、成核剂；钛的作用是成核剂、抗腐蚀；铬的作用是耐磨；铁的作用是成核剂；盐卤的作用是助熔剂。
本实施例中，微晶玻璃与非金属复合抗磨材料的制备方法，采用热压铸方式或冷成型方式：
1、热压铸方式：先按配方混合进熔化炉经高温1700℃熔化，冷却至1350℃后直接注入耐热铸铁磨具中，在100吨压机平台上压铸成型毛坯，压机压强：200MPa，成型时间3分钟；再将毛坯放入辊道晶化窑或隧道式晶化窑中烧结后晶化，温度：1200℃，时间：100分钟；然后冷却到退火温度750℃，恒温时间：50分钟，然后随炉冷却。
2、冷成型方式
按重量百分比计，冷成型工艺的配方：微晶玻璃粉33％，刚玉60％，莫来石粉5％，粘结剂2％。粘结剂包括木质素磺酸钠、偏硅酸钠、聚乙烯醇和石蜡，木质素磺酸钠0.5％，偏硅酸钠0.5％，聚乙烯醇0.5％，石蜡0.5％。其中，微晶玻璃粉的粒度：80-120目，刚玉的粒度：20目-150目，莫来石粉的粒度200-300目。
按热压铸方式所述抗磨材料配方混合进熔化炉经高温1700℃熔化后，水淬成1-5毫米的渣料，再将渣料磨成80-120目的微晶玻璃粉；按所述冷成型配方，将微晶玻璃粉与刚玉粉、莫来石粉和粘结剂混磨2小时后，装入钢模，用3000吨振动型压机冷压成型毛坯，压机压强：1000MPa，成型时间5分钟；再将毛坯放入辊道晶化窑或隧道式晶化窑中烧结后晶化，温度：1200℃，时间：100分钟；然后冷却到退火温度750℃，恒温时间：50分钟，然后随炉冷却。
本实施例中，微晶玻璃与非金属复合抗磨材料的抗磨性能，比传统金属锰钢合金材质衬板高2-3倍，比重仅是锰钢的1/2-1/3，同产量机型电机功率减少25％。
实施例3
本实施例中，按重量百分比计，微晶玻璃的组成为：
霞石粉25％；硼泥45％；锆废泥10％；金红石10％；石英砂15％；盐卤占(浓度50wt％)8％。
其中，霞石粉20-40目，硼泥20-40目，锆废泥100-120目，金红石60-80目，石英砂80-100目。
硼泥是生产硼酸和硼砂的副产物，含硅、钙、镁等元素，作为玻璃形成物；
锆废泥是生产电熔锆刚玉砖时，经切割和研磨形成的粉末，替代锆英砂，作用是耐磨、成核剂；
上述组分所含的元素中，硅、钙、铝的作用是玻璃形成物；锆的作用是耐高温、耐磨、抗腐蚀、成核剂；钛的作用是成核剂、抗腐蚀；铬的作用是耐磨；铁的作用是成核剂；盐卤的作用是助熔剂。
本实施例中，微晶玻璃与非金属复合抗磨材料的制备方法，采用热压铸方式或冷成型方式：
1、热压铸方式：先按配方混合进熔化炉经高温1700℃熔化，冷却至1350℃后直接注入耐热铸铁磨具中，在100吨压机平台上压铸成型毛坯，压机压强：200MPa，成型时间2分钟；再将毛坯放入辊道晶化窑或隧道式晶化窑中烧结后晶化，温度：1250℃，时间：150分钟；然后冷却到退火温度700℃，恒温时间：60分钟，然后随炉冷却。
2、冷成型方式
按重量百分比计，冷成型工艺的配方：微晶玻璃粉35％，刚玉50％，莫来石粉10％，粘结剂5％。粘结剂包括木质素磺酸钠、偏硅酸钠、聚乙烯醇和石蜡，木质素磺酸钠1％，偏硅酸钠2％，聚乙烯醇1％，石蜡1％。其中，微晶玻璃粉的粒度：80-120目，刚玉的粒度：20目-150目，莫来石粉的粒度：200-300目。
按热压铸方式所述抗磨材料配方混合进熔化炉经高温1700℃熔化后，水淬成1-5毫米的渣料，再将渣料磨成80-120目的微晶玻璃粉；按所述冷成型配方，将微晶玻璃粉与刚玉粉、莫来石粉和粘结剂混磨2小时后，装入钢模，用3000吨振动型压机冷压成型毛坯，压机压强：1000MPa，成型时间4分钟；再将毛坯放入辊道晶化窑或隧道式晶化窑中烧结后晶化，温度：1250℃，时间：150分钟；然后冷却到退火温度700℃，恒温时间：60分钟，然后随炉冷却。
本实施例中，微晶玻璃与非金属复合抗磨材料的抗磨性能，比传统金属锰钢合金材质衬板高2-3倍，比重仅是锰钢的1/2-1/3，同产量机型电机功率减少25％。
实施例4
本实施例中，按重量百分比计，微晶玻璃的组成为：
霞石粉15％；铝矾土40％；钛白粉10％；锆英砂15％；高炉渣25％；盐卤占(浓度40wt％)10％。
其中，霞石粉20-40目，铝矾土20-40目，钛白粉20-40目，锆英砂100-120目，高炉渣4-20目。
上述组分所含的元素中，硅、钙、铝的作用是玻璃形成物；锆的作用是耐高温、耐磨、抗腐蚀、成核剂；钛的作用是成核剂、抗腐蚀；铬的作用是耐磨；铁的作用是成核剂；盐卤的作用是助熔剂。
本实施例中，微晶玻璃与非金属复合抗磨材料的制备方法，采用热压铸方式或冷成型方式：
1、热压铸方式：先按配方混合进熔化炉经高温1700℃熔化，冷却至1350℃后直接注入耐热铸铁磨具中，在100吨压机平台上压铸成型毛坯，压机压强：100MPa，成型时间2分钟；再将毛坯放入辊道晶化窑或隧道式晶化窑中烧结后晶化，温度：1250℃，时间：240分钟；然后冷却到退火温度700℃，恒温时间：60分钟，然后随炉冷却。
2、冷成型方式
按重量百分比计，冷成型工艺的配方：微晶玻璃粉35％，刚玉52％，莫来石粉10％，粘结剂3％。粘结剂包括木质素磺酸钠、偏硅酸钠、聚乙烯醇和石蜡，木质素磺酸钠0.5％，偏硅酸钠1.5％，聚乙烯醇0.5％，石蜡0.5％。其中，微晶玻璃粉的粒度：80-120目，刚玉的粒度：20目-150目，莫来石粉的粒度：200-300目。
按热压铸方式所述抗磨材料配方混合进熔化炉经高温1700℃熔化后，水淬成1-5毫米的渣料，再将渣料磨成80-120目的微晶玻璃粉；按所述冷成型配方，将微晶玻璃粉与刚玉粉、莫来石粉和粘结剂混磨2小时后，装入钢模，用3000吨振动型压机冷压成型毛坯，压机压强：1000MPa，成型时间6分钟；再将毛坯放入辊道晶化窑或隧道式晶化窑中烧结后晶化，温度：1250℃，时间：240分钟；然后冷却到退火温度700℃，恒温时间：60分钟，然后随炉冷却。
本实施例中，微晶玻璃与非金属复合抗磨材料的抗磨性能，比传统金属锰钢合金材质衬板高2-3倍，比重仅是锰钢的1/2-1/3，同产量机型电机功率减少25％。
Claims (8)
1.一种微晶玻璃与非金属复合抗磨材料，其特征在于，按重量百分比计，微晶玻璃的组成为：
霞石粉10-30％，锆英砂5-10％，钛铁矿砂5-15％，铬铁矿砂5-10％，钢渣20-30％，纯碱3-5％，锂云母5-10％，石英砂10-30％。
2.一种微晶玻璃与非金属复合抗磨材料，其特征在于，按重量百分比计，微晶玻璃的组成为：
霞石粉20-40％，铬渣30-50％，钛渣5-15％，锆铁矿砂5-15％，盐卤占5-15％；其中，盐卤的浓度30-50wt％。
3.一种微晶玻璃与非金属复合抗磨材料，其特征在于，按重量百分比计，微晶玻璃的组成为：
霞石粉20-30％，硼泥40-50％，锆废泥5-15％，金红石5-15％，石英砂10-20％，盐卤占5-10％；其中，盐卤的浓度30-50wt％。
4.一种微晶玻璃与非金属复合抗磨材料，其特征在于，按重量百分比计，微晶玻璃的组成为：
霞石粉10-20％；铝矾土30-50％；钛白粉5-15％；锆英砂10-20％；高炉渣20-30％；盐卤占5-15％；其中，盐卤的浓度30-50wt％。
5.按照权利要求1-4之一所述的微晶玻璃与非金属复合抗磨材料的制备方法，其特征在于，采用热压铸方式，先按配方混合进熔化炉经高温1500-1700℃熔化后，直接注入耐热铸铁磨具中，在100吨压机平台上压铸成型毛坯，压机压强：100-300MPa，成型时间2-3分钟；再将毛坯放入辊道晶化窑或隧道式晶化窑中烧结后晶化，温度：850-1250℃，时间：100-240分钟；然后冷却到退火温度650-750℃，恒温时间：40-60分钟，随炉冷却。
6.按照权利要求1-4之一所述的微晶玻璃与非金属复合抗磨材料的制备方法，其特征在于，采用冷成型方式，按重量百分比计，冷成型工艺的配方：微晶玻璃粉30％-45％，刚玉45-60％，莫来石粉5-10％，粘结剂1-5％；
按权利要求1-4之一所述抗磨材料配方混合进熔化炉经高温1500-1700℃熔化后，水淬成1-5毫米的渣料，再将渣料磨成80-120目的微晶玻璃粉；按所述冷成型配方，将微晶玻璃粉与刚玉粉、莫来石粉和粘结剂混磨1-3小时后，装入钢模，用2500吨-3000吨振动型压机冷压成型毛坯，压机压强：1000-2000MPa，成型时间3-6分钟；再将毛坯放入辊道晶化窑或隧道式晶化窑中烧结后晶化，温度：850-1250℃，时间：100-240分钟；然后冷却到退火温度650-750℃，恒温时间：40-60分钟，然后随炉冷却。
7.按照权利要求6所述的微晶玻璃与非金属复合抗磨材料的制备方法，其特征在于，粘结剂包括木质素磺酸钠、偏硅酸钠、聚乙烯醇和石蜡，按重量百分比计，木质素磺酸钠0.2-1％，偏硅酸钠0.2-2％，聚乙烯醇0.2-1％，石蜡0.2-1％。
8.按照权利要求6所述的微晶玻璃与非金属复合抗磨材料的制备方法，其特征在于，微晶玻璃粉的粒度：80-120目，刚玉的粒度：20目-150目，莫来石粉的粒度：200-300目。
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