CN103864433B - 水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料及其制备方法 - Google Patents

水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料及其制备方法。其技术方案是：将75~95wt%的方镁石-镁铝尖晶石复合材料、4~20wt%的镁砂和0.5~5wt%的镁铝尖晶石混合，得到混合料，外加所述混合料3~8wt%的结合剂，搅拌均匀，机压成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥8~36小时，然后在1500~1650℃条件下烧成，保温4~15小时，即得水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料。本发明制备工艺简单，所制备的方镁石-镁铝尖晶石耐火材料不仅具有镁铝尖晶石分布可控的特点，还具有挂窑皮性能好、热震稳定性好和抗介质侵蚀能力强的特点。

Description

水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料及其制备方法
技术领域
本发明属于水泥回转窑用耐火材料技术领域。具体涉及一种水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料及其制备方法。
背景技术
镁铬耐火材料具有优良的挂窑皮性、抗侵蚀性等，是我国目前水泥回转窑烧成带广泛使用的耐火材料。为了解决镁铬耐火材料造成的Cr6+公害，研发新型无铬耐火材料已成为耐火材料工作的热点。与镁铬耐火材料相比，方镁石-镁铝尖晶石耐火材料不仅提高了回转窑窑衬抗蠕变性、热震稳定性等，且能在氧化或还原气氛中保持较好的稳定性，是替代镁铬耐火材料的主要品种之一。
目前关于方镁石-镁铝尖晶石耐火材料的制备方法主要包括两种：一种是完全以镁砂颗粒为骨料、以镁砂细粉和镁铝尖晶石细粉等为基质来制备方镁石-镁铝尖晶石耐火材料，一种是以镁砂颗粒和镁铝尖晶石颗粒为骨料、以镁砂细粉和镁铝尖晶石细粉等为基质来制备方镁石-镁铝尖晶石耐火材料。前者如利用电熔镁砂和烧结镁铝尖晶石原料制备方镁石-尖晶石耐火材料（曹林洪等。复合添加剂对方镁石-尖晶石砖性能的影响。耐火材料，2002, 4：204-209），后者如利用镁砂和尖晶石原料制备方镁石-尖晶石耐火材料（宋金标等。镁铝尖晶石砖的生产方法（ZL 200910066276.9）），这些技术制备的方镁石-镁铝尖晶石耐火材料的挂窑皮性能较差，仍不能在水泥回转窑烧成带广泛使用。
发明内容
    本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种制备工艺简单的水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料的制备方法，用该方法制备的水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料不仅具有镁铝尖晶石分布可控的特点，还具有挂窑皮性能好、热震稳定性好和抗介质侵蚀能力强的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：将75~95wt%的方镁石-镁铝尖晶石复合材料、4~20wt%的镁砂和0.5~5wt%的镁铝尖晶石混合，得到混合料，外加所述混合料3~8wt%的结合剂，搅拌均匀，机压成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥8~36小时，然后在1500~1650℃条件下烧成，保温4~15小时，即得水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料。
在上述技术方案中：
所述的方镁石-镁铝尖晶石复合材料的物相组成为方镁石相和镁铝尖晶石相，两相分布均匀，镁铝尖晶石相的晶粒尺寸为1~50μm；粒径小于5mm；Al2O3含量为3~20wt%。
所述的镁砂为电熔镁砂、烧结镁砂中的一种以上，MgO含量>95wt%，粒径小于0.088mm。
所述的镁铝尖晶石的粒径小于0.088mm，Al2O3含量为68~74wt%。
所述的结合剂为亚硫酸纸浆废液和氯化镁水溶液中的一种以上。
所述机压成型的成型压力为150~250MPa。
由于采用上述技术方案，本发明以方镁石-镁铝尖晶石复合材料为主，辅以镁砂细粉和镁铝尖晶石细粉，制得以方镁石相为主要相成分、镁铝尖晶石相为次要相成分且镁铝尖晶石相分布均匀的方镁石-镁铝尖晶石耐火材料。所制备的水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料的气孔率为14.0~19.0%、体积密度为2.85~3.05 g/cm3、常温耐压强度为40~90MPa、荷重软化温度（0.2MPa×0.6%）大于1700℃、热震性（1100℃，水冷）为6~20次。
本发明的创新之处在于，从原料的物相组成及分布着手，控制方镁石-镁铝尖晶石耐火材料中镁铝尖晶石相的晶粒大小及分布，获得了镁铝尖晶石相晶粒大小合适且分布均匀的方镁石-镁铝尖晶石耐火材料，这种耐火材料既具有很好的挂窑皮性能、较高的耐火度、良好的抗碱、硫、氯和熟料等侵蚀能力，又具有较高的荷重软化温度、较高的高温强度和较好的热震稳定性。
因此，本发明制备工艺简单，所制备的水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料不仅具有镁铝尖晶石分布可控的特点，还具有挂窑皮性能好、热震稳定性好和抗介质侵蚀能力强的优点。
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中的原料统一描述如下，实施例中不再赘述：
镁砂为电熔镁砂、烧结镁砂中的一种以上，MgO含量>95wt%，粒径小于0.088mm。
镁铝尖晶石的粒径小于0.088mm，Al2O3含量为68~74wt%。
实施例1
一种水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料及其制备方法：将15~18wt%的粒径为5~3mm的方镁石-镁铝尖晶石复合材料、30~33wt%的粒径为3~1mm的方镁石-镁铝尖晶石复合材料、15~17wt%的粒径为1~0.088mm的方镁石-镁铝尖晶石复合材料、15~18wt%的粒径小于0.088mm的方镁石-镁铝尖晶石复合材料、15~20wt%的镁砂和3~5wt%的镁铝尖晶石混合，得到混合料，外加所述混合料3~5wt%的亚硫酸纸浆废液，搅拌均匀，在180~250MPa压力下机压成型。成型后的坯体在110℃条件下干燥8~24小时，最后在1550~1650℃条件下保温4~9小时烧成，即得水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料。
本实施例中：方镁石-镁铝尖晶石复合材料的物相组成为方镁石相和镁铝尖晶石相，两相分布均匀，镁铝尖晶石相的晶粒尺寸为1~20μm；Al2O3含量为3~8wt%。
采用本实施例所述技术方案，可得到显气孔率为14.0~17.0%、体积密度为2.90~3.05 g/cm3、常温耐压强度为60~90MPa、荷重软化温度（0.2MPa×0.6%）大于1700℃、热震性（1100℃，水冷）为12~20次的水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料。
实施例2
一种水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料及其制备方法：将17~19wt%的粒径为5~3mm的方镁石-镁铝尖晶石复合材料、32~34wt%的粒径为3~1mm的方镁石-镁铝尖晶石复合材料、16~18wt%的粒径为1~0.088mm的方镁石-镁铝尖晶石复合材料、18~22wt%的粒径小于0.088mm的方镁石-镁铝尖晶石复合材料、10~15wt%的镁砂和2~4wt%的镁铝尖晶石混合，得到混合料，外加所述混合料4~6wt%的氯化镁水溶液，搅拌均匀，在150~200MPa压力下机压成型。成型后的坯体在110℃条件下干燥10~30小时，最后在1500~1600℃条件下保温9~15小时烧成，即得水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料。
本实施例中：方镁石-镁铝尖晶石复合材料的物相组成为方镁石相和镁铝尖晶石相，两相分布均匀，镁铝尖晶石相的晶粒尺寸为20~40μm；Al2O3含量为8~15wt%。
采用本实施例所述技术方案，可得到显气孔率为16.0~19.0%、体积密度为2.85~3.00 g/cm3、常温耐压强度为40~70MPa、荷重软化温度（0.2MPa×0.6%）大于1700℃、热震性（1100℃，水冷）为6~14次的水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料。
实施例3
一种水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料及其制备方法：将35~40wt%的粒径为3~1mm的方镁石-镁铝尖晶石复合材料、30~35wt%的粒径为1~0.088mm的方镁石-镁铝尖晶石复合材料、15~20wt%的粒径小于0.088mm的方镁石-镁铝尖晶石复合材料、4~10wt%的镁砂和0.5~3wt%的镁铝尖晶石混合，得到混合料，外加所述混合料1~3wt%的氯化镁水溶液和2~5wt%的亚硫酸纸浆废液搅拌均匀，在150~200MPa压力下机压成型。成型后的坯体在110℃条件下干燥20~36小时，最后在1520~1620℃条件下保温6~10小时烧成，即得水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料。
本实施例中：方镁石-镁铝尖晶石复合材料的物相组成为方镁石相和镁铝尖晶石相，两相分布均匀，镁铝尖晶石相的晶粒尺寸为30~50μm；Al2O3含量为12~20wt%。
采用本实施例所述技术方案，可得到显气孔率为15.0~18.0%、体积密度为2.88~2.98 g/cm3、常温耐压强度为50~80MPa、荷重软化温度（0.2MPa×0.6%）大于1700℃、热震性（1100℃，水冷）为8~16次的方镁石-镁铝尖晶石耐火材料。
实施例4
一种水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料及其制备方法：将13~16wt%的粒径为5~3mm的方镁石-镁铝尖晶石复合材料、32~36wt%的粒径为3~1mm的方镁石-镁铝尖晶石复合材料、16~18wt%的粒径为1~0.088mm的方镁石-镁铝尖晶石复合材料、16~20wt%的粒径小于0.088mm的方镁石-镁铝尖晶石复合材料、10~15wt%的镁砂和2~4w t%的镁铝尖晶石混合，得到混合料，外加所述混合料4~6wt%的亚硫酸纸浆废液搅拌均匀，在150~250MPa压力下机压成型。成型后的坯体在110℃条件下干燥12~30小时，最后在1550~1650℃条件下保温8~12小时烧成，即得水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料。
本实施例中：方镁石-镁铝尖晶石复合材料的物相组成为方镁石相和镁铝尖晶石相，两相分布均匀，镁铝尖晶石相的晶粒尺寸为5~25μm；Al2O3含量为5~10wt%。
采用本实施例所述技术方案，可得到显气孔率为14.5~17.5%、体积密度为2.92~3.03 g/cm3、常温耐压强度为50~90MPa、荷重软化温度（0.2MPa×0.6%）大于1700℃、热震性（1100℃，水冷）为15~20次的水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料。
本具体实施方式以方镁石-镁铝尖晶石复合材料为主，辅以镁砂细粉和镁铝尖晶石细粉，制得以方镁石相为主要相成分、镁铝尖晶石相为次要相成分且镁铝尖晶石相分布均匀的方镁石-镁铝尖晶石耐火材料。所制备的水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料的气孔率为14.0~19.0%、体积密度为2.85~3.05 g/cm3、常温耐压强度为40~90MPa、荷重软化温度（0.2MPa×0.6%）大于1700℃、热震性（1100℃，水冷）为6~20次。
本具体实施方式从原料的物相组成及分布着手，控制水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料中镁铝尖晶石相的晶粒大小及分布，获得了镁铝尖晶石相晶粒大小合适且分布均匀的方镁石-镁铝尖晶石耐火材料，这种耐火材料既具有很好的挂窑皮性能、较高的耐火度、良好的抗碱、硫、氯和熟料等侵蚀能力，又具有较高的荷重软化温度、较高的高温强度和较好的热震稳定性。
因此，本具体实施方式制备工艺简单，所制备的水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料不仅具有镁铝尖晶石分布可控的特点，还具有挂窑皮性能好、热震稳定性好和抗介质侵蚀能力强的优点。

Claims (6)

1.一种水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料的制备方法，其特征在于将75~95wt%的方镁石-镁铝尖晶石复合材料、4~20wt%的镁砂和0.5~5wt%的镁铝尖晶石混合，得到混合料，外加所述混合料3~8wt%的结合剂，搅拌均匀，机压成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥8~36小时，然后在1500~1650℃条件下烧成，保温4~15小时，即得水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料；
所述方镁石-镁铝尖晶石复合材料的物相组成为方镁石相和镁铝尖晶石相，两相分布均匀，镁铝尖晶石相的晶粒尺寸为1~50μm；粒径小于5mm；Al2O3含量为3~20wt%。
2.根据权利要求1所述的水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料的制备方法，其特征在于所述镁砂为电熔镁砂、烧结镁砂中的一种以上，MgO含量>95wt%，粒径小于0.088mm。
3.根据权利要求1所述的水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料的制备方法，其特征在于所述镁铝尖晶石的粒径小于0.088mm，Al2O3含量为68~74wt%。
4.根据权利要求1所述的水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料的制备方法，其特征在于所述结合剂为亚硫酸纸浆废液和氯化镁水溶液中的一种以上。
5.根据权利要求1所述的水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料的制备方法，其特征在于所述机压成型的成型压力为150~250MPa。
6.一种水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料，其特征在于所述方镁石-镁铝尖晶石耐火材料是根据权利要求1~5项中任一项所述的水泥回转窑用方镁石-镁铝尖晶石耐火材料的制备方法所制备的方镁石-镁铝尖晶石耐火材料。
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