CN103880441A

CN103880441A - 一种微孔轻量刚玉耐火骨料及其制备方法

Info

Publication number: CN103880441A
Application number: CN201410056180.5A
Authority: CN
Inventors: 李正坤; 张家勤; 谈福桂
Original assignee: JIANGSU JINGXIN HIGH-TEMPERATURE MATERIALS CO LTD
Current assignee: JIANGSU JINGXIN HIGH-TEMPERATURE MATERIALS CO LTD
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2014-06-25

Abstract

本发明涉及一种微孔轻量刚玉耐火骨料及其生产方法。其技术方案是制备该微孔轻量刚玉耐火骨料的原料及其质量百分含量是：80~99wt%工业氧化铝细粉、0~25wt%工业氢氧化铝细粉或α-Al₂O₃微粉、0~5wt%金属铝粉或氟化铝、硝酸铝铝盐作矿化剂，并引入1~10wt%木屑、木素、碳黑增孔剂；按配比的原料在圈流球磨机中连续粉磨，通过2~5级风选分级得到混合均匀细度中位径在2-8um的合格粉料，再在卧式或圆盘式成球机中成球，烘干后在1800-1950℃条件下竖窑中快速烧成，破碎后即可得到微孔轻量刚玉骨科。这种微孔轻量刚玉骨料生产工艺简便，适于大批量工业生产，具有孔径小、强度高、热导率较低、抗冲刷及耐侵蚀等优点。

Description

一种微孔轻量刚玉耐火骨料及其制备方法

技术领域

本发明属于刚玉质耐火材料技术领域。具体涉及一种微孔轻量刚玉耐火骨料及其制备方法。

背景技术

耐火材料的技术进步和高温工业的发展相互影响、互相促进，耐火材料对于现代高温技术已不仅是消耗性的材料，也是实现高温新技术所必需的功能型材料。耐火材料中约70%用于钢铁冶炼，但与国际先进水平相比，我国钢铁冶炼吨钢能源消耗高出20-40%，吨钢耐火材料消耗与世界发达国家相比差距较大。

在钢铁冶炼过程中，钢包是储存、运输与精炼钢水的重要设备，许多新的钢种都是在钢包中完成的。其耐火材料与钢水接触时间长，温度高，是钢水夹杂物的主要来源之一。随着洁净钢、品种钢冶炼技术的发展，LF、VOD、VD、RH等精炼手段的采用，由于长时间高温钢水频繁冲刷以及真空下合金、精炼渣腐蚀等的交互作用，从而导致精炼钢包的使用寿命显著降低。因此，精炼钢包耐火材料不仅吨钢耐火材料消耗大，而且，能量损失极大，直接影响着出钢和钢包中钢水的温度变化，而钢水温度的变化对精炼和浇铸过程以及最终产品的质量造成影响。并且，工业上精炼钢包工作衬目前基本为致密型铝镁系耐火材料，其主要原料为致密型刚玉骨料，因此，更加增加了钢包的热量损耗，使用微孔轻量刚玉，由于其导热率优于烧结刚玉，从而有利于钢水精炼时的保温，减少热量损失。

传统隔热耐火材料的绝热效果优良，但抗侵蚀耐冲刷能力、以及强度与耐磨性都较差，通常不能直接用作工作面，而是作为保温层或永久层。而实际上，隔热耐火材料越靠近工作面，它的隔热节能效果越好。随着对节能减排要求的提高，对于能在工作面直接使用的高强度、耐高温、抗侵蚀的隔热耐火材料的开发研究越来越受到人们的重视。

发明内容

本发明的任务旨在提供一种具有显气孔率和普通烧结刚玉相似，但体积密度相对较小，且热导率较低、晶体内形成均匀分布微小气孔的微孔轻量刚玉耐火骨料及其制备方法。

为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是：制备该微孔轻量刚玉耐火骨料的原料及其质量百分含量是：80~99wt%工业氧化铝细粉、0~25wt%工业氢氧化铝细粉或α-Al₂O₃微粉、0~5 wt%金属铝粉或氟化铝、硝酸铝铝盐作矿化剂，并引入1~10 wt%木屑、木素、碳黑增孔剂；按配比的原料在圈流球磨机中连续粉磨，通过2~5级风选分级得到混合均匀细度中位径在2-8um 的合格粉料，再在卧式或圆盘式成球机中成球，烘干后在1800-1950℃条件下竖窑中快速烧成，破碎后即可得到微孔轻量刚玉骨科。

原料研磨采用圈流球磨机有利于实现连续工业化大生产，该磨机产量大，能及时将合格细粉排出，减少了过粉碎现象，同时产品粒度均匀，产品细度可调节。出磨粉料经过2—5台串并联风选设备，确保粒度合格均匀，多峰粒径组成有利于成球坯体致密度的提高。

在卧式或圆盘式成球机中成球，球坯大小为25-30mm，再在1800~1950℃条件下竖窑中快速烧成，烧后产物经破碎后即可得到微孔轻量刚玉耐火骨料。

在上述技术方案中：工业氧化铝细粉的Al₂O₃含量>99wt%，其粒径为＜0.2mm；工业氢氧化铝细粉的Al(OH)₃的含量>98%，其粒径<0. 2mm；α-Al₂O₃微粉的Al₂O₃含量>99wt%，其粒径<0.045mm；金属铝粉纯度﹥99%，其粒径﹤0.01mm；氟化铝、硝酸铝等铝盐为工业纯，含量﹥99%，其粒径﹤0.01mm；增孔剂木屑、木素或炭黑，其干基灰分＜2%，粒径＜0.01mm；

球磨机中为刚玉质衬砖和磨球。

由于采用上述技术方案，一方面，以工业氧化铝细粉中主要物相γ-氧化铝为骨架，充分利用其固有的微晶团聚体优势，以α-Al₂O₃微粉作为刚玉晶核，有利于产品烧结，加之γ-氧化铝晶体缺陷多、活性高，高温时晶界扩散速度快，微气孔易被晶体所包裹，而形成封闭气孔；工业氢氧化铝受热分解后生成的氧化铝活性高，同样提高了晶界扩散速度；另一方面，由于引入金属铝粉、氟化铝硝酸铝等铝盐，在高温烧结时具有脱杂功效，形成NaF、Na₂SiF₆、NaNO₃等而挥发逸散，具有提纯产品品质的效果，同时金属铝和铝盐的分解形成的无定型氧化铝，晶格缺陷较多、活性更高，进一步提高氧化铝烧结性能，同时对降低烧成作业的难度、降低燃耗和生产成本也是有利的；而木屑、木素、炭黑等易烧失物作为增孔剂的引入，提高了产品内微气孔的数量，增加晶体内部形成封闭气孔的几率，从而形成更多的封闭微小气孔。

球坯成型我们选择采用干法工艺的卧式或圆盘式成球机，以少量的水及有机物为结合剂，球坯含水量在10-20%，相对于湿法粉磨及烘干（坯体水分在40-80%），要大大的节约燃耗，同时由于采用多峰粉体，使球坯更致密，从而减少大气孔（显气孔）的形成，彼此微晶间更贴近，有利于晶体的生长和闭气孔的增加。

利用竖窑烧成，由于上部物料对下部物料施加的重力，窑压较高，为烧结提供了促进力，有利于物料快速烧结，并且，物料在竖窑中烧成停留时间较短，气孔得不到充分排除而封闭在物料中。因为上述三方面的协同作用，最终获得微孔轻量刚玉骨料。本发明所制备的微孔轻量刚玉耐火骨料其体积密度介于2.8~3.4 g/cm³，显气孔率为2~5%，平均孔径为0.5~2μm。

因此，该法所制备的微孔轻量刚玉耐火骨料具有显气孔率低、体密低、热导率低、抗冲刷和耐侵蚀性能强等特点，是替代烧结刚玉的新材料，并且生产工艺简便，节能降耗明显，符合国家产业政策，适于大批量工业化生产。

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原料和工艺参数统一描述如下，实施例中不再重复：工业氧化铝细粉的Al₂O₃含量>99wt%，其粒径为＜0.2mm；工业氢氧化铝细粉的Al(OH)₃的含量>98%，其粒径<0.2mm；α-Al₂O₃微粉的Al₂O₃含量>99wt%，其粒径<0.045mm；金属铝粉纯度﹥99%，其粒径﹤0.01mm；氟化铝、硝酸铝等铝盐为工业纯，含量﹥99%，其粒径﹤0.01mm；增孔剂木屑、木素或炭黑，其干基灰分＜2%，粒径＜0.01mm；球磨机中为刚玉质衬砖和磨球。

实施例1

一种微孔轻量刚玉耐火骨料及其制备方法。该微孔轻量刚玉耐火骨料的原料及质量百分含量是：90~98wt%工业氧化铝细粉、0~5wt%α-Al₂O₃微粉、0.01~1wt%铝粉、1~5 wt%木屑；

在圈流磨中干法粉磨，在卧式成球机中成球，球坯大小为25-30mm，再在1800~1950℃条件下竖窑中快速烧成快速冷却，烧后产物经破碎后即可得到微孔轻量刚玉耐火骨料。

本实施例所制得的微孔轻量刚玉耐火骨料其体积密度介于3.2~3.4g/cm³，显气孔率为2~3%，平均孔径为0.5~1μm。

实施例2

一种微孔轻量刚玉耐火骨料及其制备方法。该微孔轻量刚玉耐火骨料的原料及质量百分含量是：90~98wt%工业氧化铝细粉、0~5wt%工业氢氧化铝细粉、0.01~1wt%氟化铝、1~5 wt%木屑；

本实施例所制得的微孔轻量刚玉耐火骨料其体积密度介于2.8~3.0g/cm³，显气孔率为3~4%，平均孔径为1~2μm。

实施例3

一种微孔轻量刚玉耐火骨料及其制备方法。该微孔轻量刚玉耐火骨料的原料及质量百分含量是：85~99wt%工业氧化铝细粉、0~10wt%工业氢氧化铝细粉、0~10wt%α-Al₂O₃微粉、1~5 wt%炭黑；

本实施例所制得的微孔轻量刚玉耐火骨料其体积密度介于2.9~3.1g/cm³，显气孔率为2~4%，平均孔径为0.5~1μm。

实施例4

一种微孔轻量刚玉耐火骨料及其制备方法。该微孔轻量刚玉耐火骨料的原料及质量百分含量是： 90~98wt%工业氧化铝细粉、0~10wt%α-Al₂O₃微粉，0.1~2wt%硝酸铝，1~5wt%木素；

本实施例所制得的微孔轻量刚玉耐火骨料其体积密度介于3.2~3.4g/cm³，显气孔率为3~5%，平均孔径为1~2μm。

实施例5

一种微孔轻量刚玉耐火骨料及其制备方法。该微孔轻量刚玉耐火骨料的原料及质量百分含量是：90~98wt%工业氧化铝细粉、0~10wt%α-Al₂O₃微粉，0.5~2wt%金属铝粉，1~5wt%炭黑；

本实施例所制得的微孔轻量刚玉耐火骨料其体积密度介于3.0~3.2g/cm³，显气孔率为5~6%，平均孔径为0.5~1μm。

Claims

1.一种微孔轻量刚玉耐火骨料的制备方法，其特征在于，制备该微孔轻量刚玉耐火骨料的原料及其质量百分含量是：80~99wt%工业氧化铝细粉、0~25wt%工业氢氧化铝细粉或α-Al₂O₃微粉、0~5 wt%金属铝粉或氟化铝、硝酸铝铝盐作矿化剂，并引入1~10 wt%木屑、木素、碳黑增孔剂；按配比的原料在圈流球磨机中连续粉磨，通过2~5级风选分级得到混合均匀细度中位径在2-8um 的合格粉料，再在卧式或圆盘式成球机中成球，烘干后在1800-1950℃条件下竖窑中快速烧成，破碎后即可得到微孔轻量刚玉骨科。

2.根据权利要求1所述的微孔轻量刚玉耐火骨料的制备方法，其特征在于所述的工业氧化铝细粉的Al₂O₃含量>99wt%，其粒径为＜0.2mm。

3.根据权利要求1所述的微孔轻量刚玉耐火骨料的制备方法，其特征在于所述的工业氢氧化铝细粉的Al(OH)₃的含量>98%，其粒径<0.2mm。

4.根据权利要求1所述的微孔轻量刚玉耐火骨料的制备方法，其特征在于所述的α-Al₂O₃微粉的Al₂O₃含量>99wt%，其粒径<0.045mm。

5.根据权利要求1所述的微孔轻量刚玉耐火骨料的制备方法，其特征在于所述的金属铝粉纯度﹥99%，其粒径﹤0.01mm。

6.根据权利要求1所述的微孔轻量刚玉耐火骨料的制备方法，其特征在于所述的氟化铝、硝酸铝等铝盐为工业纯，含量﹥99%，其粒径﹤0.01mm。

7.根据权利要求1所述的微孔轻量刚玉耐火骨料的制备方法，其特征在于所述的增孔剂为木屑、木素或炭黑，其干基灰分＜2%，粒径＜0.01mm。

8.根据权利要求1所述的微孔轻量刚玉耐火骨料的制备方法，其特征在于所述的球磨机为圈流磨，磨中使用的研磨球为刚玉质球，磨衬为刚玉质衬砖。

9.根据权利要求1所述的微孔轻量刚玉耐火骨料的制备方法，其特征在于所述的2-5级风选分级为串并联组合选粉设备，使粉体形成多峰组成，有利于球坯的紧密堆积而致密化。

10.根据权利要求1所述的微孔轻量刚玉耐火骨料的制备方法，其特征在于所述的成型为干法，成球机为卧式，圆盘式成球机中的一种，球坯大小为25-30mm。