CN103864434A

CN103864434A - 水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103864434A
Application number: CN201410059476.2A
Authority: CN
Inventors: 鄢文; 陈俊峰; 李楠; 韩兵强; 魏耀武; 柯昌明
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2034-02-21
Also published as: CN103864434B

Abstract

本发明涉及一种水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料及其制备方法。其方案是：将0.2~4wt%的菱镁矿微粉和0.2~4wt%的活性α氧化铝微粉均匀分散在5~8wt%的结合剂中，得到改性结合剂；再将50~70wt%的多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷颗粒置于真空搅拌机中，抽真空至2.5kPa以下，保持恒压3分钟，将所述改性结合剂倒入所述真空搅拌机中，搅拌10分钟，关闭抽真空系统；接着将10~25wt%的多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷细粉、4~20wt%的镁砂细粉和1.5~4wt%的镁铝尖晶石细粉倒入所述真空搅拌机中，搅拌均匀，机压成型；干燥，在1500~1650℃条件下保温2~10小时。本发明具有热导率低、强度高、热震稳定性好、挂窑皮性能好和抗介质侵蚀能力强的优点。

Description

水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料及其制备方法

技术领域

本发明属于轻量化耐火材料技术领域。具体涉及一种水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料及其制备方法。

背景技术

传统水泥回转窑烧成带用耐火材料为致密耐火材料，这些致密耐火材料在水泥生产时会产生两个严重问题：第一，容易造成水泥窑筒体温度过高，浪费大量热量；第二，筒体重量较大，会增加轮带区筒体应力、加速筒体变形。

为了减少水泥回转窑筒体的散热损失和重量，人们已提出通过生产多层耐火材料（即梯度节能复合砖）对现有水泥回转窑烧成带用致密耐火材料进行轻量化。但现有梯度节能复合砖存在两个难以克服的问题：（1）难于烧结，两端材料高温烧成时，耐火端和隔热端会因收缩不一致造成裂纹；（2）强度低，尽管致密的耐火端强度较高，但保温层和接口处强度较低，在不时受到挤压力、剪切力、热应力等作用时，容易使接口处断裂、保温层破碎，造成外端致密耐火材料掉落。“一种含轻质多孔骨料的铝镁质耐火砖及其制备方法”（ZL 200710052474.0））专利技术，提供了一种显气孔率高、平均孔径小、热导率低和抗中性或碱性介质侵蚀能力强的含轻质多孔骨料的铝镁质耐火砖，但这种耐火砖不能用于水泥回转窑烧成带。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料的制备方法，用该方法制备的轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料不仅骨料与基质界面相容性好，且骨料表面气孔以封闭气孔为主，并具有显气孔率和气孔尺寸可控、镁铝尖晶石晶粒大小及分布可控、热导率低、强度高、热震稳定性好、挂窑皮性能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：先将0.2~4wt%的菱镁矿微粉和0.2~4wt%的活性α氧化铝微粉均匀分散在5~8wt%的结合剂中，得到改性结合剂；再将50~70wt%的多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷颗粒置于真空搅拌机中，抽真空至2.5kPa以下，保持恒压3分钟，然后在相同压力条件下，将所述改性结合剂倒入所述真空搅拌机中，搅拌10分钟，关闭抽真空系统；接着将10~25wt%的多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷细粉、4~20wt%的镁砂细粉和1.5~4wt%的镁铝尖晶石细粉倒入所述真空搅拌机中，在常压条件下搅拌均匀，机压成型；最后将成型后的坯体在110℃条件下干燥16~36小时，在1500~1650℃条件下保温2~10小时，即得水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料。

在上述技术方案中：

所述的菱镁矿微粉的MgO含量大于44wt%，粒径小于2μm。

所述的活性α氧化铝微粉中的Al₂O₃含量大于97wt%，粒径小于2μm。

所述的结合剂为氯化镁水溶液、氢氧化铝镁溶胶、铝溶胶中的一种。

所述的多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷颗粒的显气孔率为20~35%，平均孔径为1~25μm，Al₂O₃含量为3~20wt%，物相组成为方镁石和镁铝尖晶石，粒径为0.1~5mm。

所述的多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷细粉的平均孔径为1~25μm，Al₂O₃含量为3~20wt%，物相组成为方镁石和镁铝尖晶石，粒径小于0.088mm。

所述的镁砂细粉为电熔镁砂细粉、烧结镁砂细粉中的一种以上，MgO含量>95wt%，粒径小于0.088mm。

所述的镁铝尖晶石细粉的粒径小于0.088mm，Al₂O₃含量为68~74wt%。

由于采用上述技术方案，本发明制得以MgO和Al₂O₃为主要化学成分、以方镁石和镁铝尖晶石为主晶相的水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料。所制备的水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料：显气孔率为22~36%，平均孔径为1~25μm，体积密度为2.29~2.79 g/cm³，耐压强度为50~120MPa。

本发明的创新之处在于在申请人申请的“一种多孔尖晶石质陶瓷材料及其制备方法（ZL 200610019551.8）”专利技术基础上，以多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷颗粒为骨料，以经菱镁矿微粉和活性α氧化铝微粉改性的氯化镁水溶液、氢氧化铝镁溶胶或铝溶胶为结合剂，利用真空环境将结合剂中MgO和Al₂O₃原料吸入及粘附到多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷颗粒表面。高温烧成后，一方面，结合剂中Al₂O₃与结合剂及骨料中MgO原位形成镁铝尖晶石，利用形成镁铝尖晶石的膨胀堵塞骨料表面气孔，另一方面，结合剂中Al₂O₃与结合剂及基质中MgO原位形成镁铝尖晶石桥接，制备具有骨料与基质界面相容性好、骨料表面气孔以封闭气孔为主的特点的轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料。通过该方法使所制备的轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料不仅具有骨料与基质界面相容性好、骨料表面气孔以封闭气孔为主的特点，且具有显气孔率和气孔尺寸可控、镁铝尖晶石晶粒大小及分布可控、热导率低、强度高、热震稳定性好、挂窑皮性能好和抗介质侵蚀能力强的优点。

因此，本发明具有骨料与基质界面桥接状态可控、骨料表面气孔的封闭状态可控和镁铝尖晶石晶粒大小及分布可控的优点，所制备的轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料适用于水泥回转窑烧成带，具有热导率低、强度高、热震稳定性好、挂窑皮性能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：

菱镁矿微粉的MgO含量大于44wt%，粒径小于2μm。

活性α氧化铝微粉中的Al₂O₃含量大于97wt%，粒径小于2μm。

镁砂细粉为电熔镁砂细粉、烧结镁砂细粉中的一种以上，MgO含量>95wt%，粒径小于0.088mm。

镁铝尖晶石细粉的粒径小于0.088mm，Al₂O₃含量为68~74wt%。

实施例1

一种水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料及其制备方法：先将0.2~1wt%的菱镁矿微粉、2~4wt%的活性α氧化铝微粉均匀分散在5~7wt%的氯化镁水溶液中，得到改性氯化镁水溶液；再将16~18wt%的粒径为5~3mm的多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷颗粒、24~30wt%的粒径为3~1mm的多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷颗粒和10~12wt%的粒径为1~0.1mm的多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷颗粒置于真空搅拌机中，抽真空至2.5kPa以下，保持恒压3分钟，然后在相同压力条件下，将所述改性氯化镁水溶液倒入所述真空搅拌机中，搅拌10分钟，关闭抽真空系统；接着将10~20wt%的多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷细粉、15~20wt%的镁砂细粉和2~4wt%的镁铝尖晶石细粉倒入所述真空搅拌机中，在常压条件下搅拌均匀，在150~200MPa条件下机压成型；最后将成型后的坯体在110℃条件下干燥16~24小时，在1500~1600℃条件下保温2~6小时，即得水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料。

本实施例中：多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷颗粒的显气孔率为20~25%，平均孔径为1~10μm，Al₂O₃含量为3~8wt%，物相组成为方镁石和镁铝尖晶石；多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷细粉的平均孔径为1~10μm，Al₂O₃含量为3~8wt%，物相组成为方镁石和镁铝尖晶石，粒径小于0.088mm。

本实施例制备的水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料：显气孔率为22~28%，体积密度为2.57~2.79g/cm³，平均孔径为1~10μm，耐压强度为80~120MPa。

实施例2

一种水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料及其制备方法：先将2~4wt%的菱镁矿微粉、0.2~1wt%的活性α氧化铝微粉均匀分散在6~8wt%的铝溶胶中，得到改性铝溶胶；再将18~20wt%的粒径为5~3mm的多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷颗粒、26~32wt%的粒径为3~1mm的多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷颗粒和12~14wt%的粒径为1~0.1mm的多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷颗粒置于真空搅拌机中，抽真空至2.5kPa以下，保持恒压3分钟，然后在相同压力条件下，将所述改性铝溶胶倒入所述真空搅拌机中，搅拌10分钟，关闭抽真空系统；接着将15~25wt%的多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷细粉、4~10wt%的镁砂细粉和1.5~2wt%的镁铝尖晶石细粉倒入所述真空搅拌机中，在常压条件下搅拌均匀，在100~150MPa条件下机压成型；最后将成型后的坯体在110℃条件下干燥24~36小时，在1550~1650℃条件下保温5~10小时，即得水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料。

本实施例中：多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷颗粒的显气孔率为25~30%，平均孔径为5~15μm，Al₂O₃含量为8~15wt%，物相组成为方镁石和镁铝尖晶石；多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷细粉的平均孔径为5~15μm，Al₂O₃含量为8~15wt%，物相组成为方镁石和镁铝尖晶石，粒径小于0.088mm。

本实施例制备的水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料：显气孔率为26~32%，体积密度为2.43~2.64g/cm³，平均孔径为5~15μm，耐压强度为60~90MPa。

实施例3

一种水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料及其制备方法：先将1~2wt%的菱镁矿微粉、1~2wt%的活性α氧化铝微粉均匀分散在6~8wt%的氢氧化铝镁溶胶中，得到改性氢氧化铝镁溶胶；再将18~22wt%的粒径为5~3mm的多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷颗粒、28~34wt%的粒径为3~1mm的多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷颗粒和12~14wt%的粒径为1~0.1mm的多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷颗粒置于真空搅拌机中，抽真空至2.5kPa以下，保持恒压3分钟，然后在相同压力条件下，将所述改性氢氧化铝镁溶胶倒入所述真空搅拌机中，搅拌10分钟，关闭抽真空系统；接着将12~18wt%的多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷细粉、10~20wt%的镁砂细粉和1~3wt%的镁铝尖晶石细粉倒入所述真空搅拌机中，在常压条件下搅拌均匀，在80~150MPa条件下机压成型；最后将成型后的坯体在110℃条件下干燥24~36小时，在1520~1620℃条件下保温4~8小时，即得水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料。

本实施例中：多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷颗粒的显气孔率为30~35%，平均孔径为15~25μm，Al₂O₃含量为14~20wt%，物相组成为方镁石和镁铝尖晶石；多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷细粉的平均孔径为15~25μm，Al₂O₃含量为14~20wt%，物相组成为方镁石和镁铝尖晶石，粒径小于0.088mm。

本实施例制备的水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料：显气孔率为29~36%，体积密度为2.29~2.54g/cm³，平均孔径为15~25μm，耐压强度为50~90MPa。

实施例4

一种水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料及其制备方法：先将0.2~1wt%的菱镁矿微粉、2~4wt%的活性α氧化铝微粉均匀分散在5~7wt%的氯化镁水溶液中，得到改性氯化镁水溶液；再将26~32wt%的粒径为3~1mm的多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷颗粒和26~32wt%的粒径为1~0.1mm的多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷颗粒置于真空搅拌机中，抽真空至2.5kPa以下，保持恒压3分钟，然后在相同压力条件下，将所述改性氯化镁水溶液倒入所述真空搅拌机中，搅拌10分钟，关闭抽真空系统；接着将14~18wt%的多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷细粉、8~16wt%的镁砂细粉和1~4wt%的镁铝尖晶石细粉倒入所述真空搅拌机中，在常压条件下搅拌均匀，在120~180MPa条件下机压成型；最后将成型后的坯体在110℃条件下干燥24~36小时，在1540~1630℃条件下保温3~8小时，即得水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料。

本实施例中：多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷颗粒的显气孔率为24~32%，平均孔径为5~15μm，Al₂O₃含量为5~12wt%，物相组成为方镁石和镁铝尖晶石；多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷细粉的平均孔径为5~15μm，Al₂O₃含量为5~12wt%，物相组成为方镁石和镁铝尖晶石，粒径小于0.088mm。

本实施例制备的水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料：显气孔率为25~32%，体积密度为2.43~2.68g/cm³，平均孔径为5~15μm，耐压强度为70~110MPa。

本具体实施方式在申请人申请的“一种多孔尖晶石质陶瓷材料及其制备方法（ZL 200610019551.8）”专利技术基础上，以多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷颗粒为骨料，以经菱镁矿微粉和活性α氧化铝微粉改性的氯化镁水溶液、氢氧化铝镁溶胶或铝溶胶为结合剂，利用真空环境将结合剂中MgO和Al₂O₃原料吸入及粘附到多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷颗粒表面。高温烧成后，一方面，结合剂中MgO和Al₂O₃及骨料中MgO原位形成镁铝尖晶石，利用形成镁铝尖晶石的膨胀堵塞骨料表面气孔，另一方面，结合剂中Al₂O₃与结合剂及基质中MgO原位形成镁铝尖晶石桥接，制备具有骨料与基质界面相容性好、骨料表面气孔以封闭气孔为主的特点的水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料。通过该具体实施方式制备的水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料不仅具有骨料与基质界面相容性好、骨料表面气孔以封闭气孔为主的特点，且具有显气孔率和气孔尺寸可控、镁铝尖晶石晶粒大小及分布可控、热导率低、强度高、热震稳定性好、挂窑皮性能好和抗介质侵蚀能力强的优点。

本具体实施方式制备的水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料经检测：显气孔率为22~36%，平均孔径为1~25μm，体积密度为2.29~2.79 g/cm³，耐压强度为50~120MPa。

因此，本具体实施方式具有骨料与基质界面桥接状态可控、骨料表面气孔的封闭状态可控和镁铝尖晶石晶粒大小及分布可控的优点，所制备的轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料适用于水泥回转窑烧成带，具有热导率低、强度高、热震稳定性好、挂窑皮性能好和抗介质侵蚀能力强的优点。

Claims

1.一种水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料的制备方法，先将0.2~4wt%的菱镁矿微粉和0.2~4wt%的活性α氧化铝微粉均匀分散在5~8wt%的结合剂中，得到改性结合剂；再将50~70wt%的多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷颗粒置于真空搅拌机中，抽真空至2.5kPa以下，保持恒压3分钟，然后在相同压力条件下，将所述改性结合剂倒入所述真空搅拌机中，搅拌10分钟，关闭抽真空系统；接着将10~25wt%的多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷细粉、4~20wt%的镁砂细粉和1.5~4wt%的镁铝尖晶石细粉倒入所述真空搅拌机中，在常压条件下搅拌均匀，机压成型；最后将成型后的坯体在110℃条件下干燥16~36小时，在1500~1650℃条件下保温2~10小时，即得水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料。

2.根据权利要求1所述的水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料的制备方法，其特征在于所述的菱镁矿微粉的MgO含量大于44wt%，粒径小于2μm。

3.根据权利要求1所述的水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料的制备方法，其特征在于所述的活性α氧化铝微粉中的Al₂O₃含量大于97wt%，粒径小于2μm。

4.根据权利要求1所述的水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料的制备方法，其特征在于所述的结合剂为氯化镁水溶液、氢氧化铝镁溶胶、铝溶胶中的一种。

5.根据权利要求1所述的水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料的制备方法，其特征在于所述的多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷颗粒的显气孔率为20~35%，平均孔径为1~25μm，Al₂O₃含量为3~20wt%，物相组成为方镁石和镁铝尖晶石，粒径为0.1~5mm。

6.根据权利要求1所述的水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料的制备方法，其特征在于所述的多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷细粉的平均孔径为1~25μm，Al₂O₃含量为3~20wt%，物相组成为方镁石和镁铝尖晶石，粒径小于0.088mm。

7.根据权利要求1所述的水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料的制备方法，其特征在于所述的镁砂细粉为电熔镁砂细粉、烧结镁砂细粉中的一种以上，MgO含量>95wt%，粒径小于0.088mm。

8.根据权利要求1所述的水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料的制备方法，其特征在于所述的镁铝尖晶石细粉的粒径小于0.088mm，Al₂O₃含量为68~74wt%。

9.一种水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料，其特征在于所述轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料是根据权利要求1~8项中任一项所述的水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料的制备方法所制备的轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料。