CN103936440A

CN103936440A - 一种耐磨性好的烧结刚玉的制备方法

Info

Publication number: CN103936440A
Application number: CN201410121290.5A
Authority: CN
Inventors: 黄凯; 赵义; 沈明科; 方斌祥; 方义能; 程文雍; 吴斌; 王落霞
Original assignee: ZHEJIANG ZILI ALUMINA MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Zhejiang self-reliance new materials Limited by Share Ltd
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: CN103936440B

Abstract

本发明公开了一种耐磨性好的烧结刚玉的制备方法，包括以下步骤：（1）将γ-Al₂O₃和海水镁砂混合均匀后，进行粉碎，得到混合粉，所述γ-Al₂O₃和海水镁砂的重量比为98-99.9：2-0.1；（2）步骤（1）所得混合粉经过两次成球后，得到预烧料；（3）步骤（2）所得预烧料干燥后，经煅烧以及冷却成型，得到所述烧结刚玉。所述_γ-Al₂O₃和海水镁砂的重量比为98.5～99.5：2～0.2。本发明方法节能环保，且制备得到的烧结刚玉，体积密度高，杂质含量低，显微结构显示刚玉晶粒呈片状结构，尺寸为20～40μm，晶体内部气孔以封闭形式存在，晶体结构紧密，可广泛用于生产高档定形或不定形耐材制品。

Description

一种耐磨性好的烧结刚玉的制备方法

技术领域

本发明涉及耐火材料领域，具体涉及一种耐磨性好的烧结刚玉的制备方法。

背景技术

烧结刚玉属于高纯耐火原料，其广泛用于生产高档定形或不定形耐材制品，具有耐火度高、耐磨性好、抗侵蚀性好等特点。烧结刚玉一般采用煅烧氧化铝或工业氧化铝为原料，添加适量促烧剂，经过干磨或湿磨，使粒度<10μm的颗粒的重量百分数大于95%，然后经挤坯或造球，再经干燥和高温（1800～2000℃）烧成。

烧结板状刚玉是由美国铝业公司于20世纪30年代开始研制，70年代投入工业化生产的一种高纯氧化铝原料。美国铝业公司生产的烧结板状刚玉虽然性能稳定，但产能相当有限，且价格昂贵，美国铝业公司生产的板状刚玉比国内同品质板状刚玉价格高出1200-2000元/吨。

国内目前有汉中秦元新材料有限公司、淄博泰贝利尔铝镁有限公司等公司开始研制生产烧结刚玉，其中汉中秦元新材料有限公司生产的板状刚玉质量最稳定，但产能非能有限（年产量10000吨左右），完全无法满足国内市场需要；淄博泰贝利尔铝镁有限公司生产的板状刚玉产能稍大（年产30000吨左右），但质量非常不稳定，使用过程中经常出现质量问题。

随着对板状刚玉需求量的日益增加，板状刚玉的供应量以及质量都无法满足需求，因此需要提供一种产品质量好，且产能高的烧结刚玉。

授权公告号为CN101085706B的发明公开了一种采用超高温竖窑生产烧结板状刚玉的工艺方法，该专利因采用低钠高纯度预烧氧化铝粉为原料，烧成温度较高，高达1850～1920℃，同时该专利采用成球盘和滚筒成球时，要求间歇喷洒成球液，成球液由高纯铝胶和磷酸配制，高纯铝胶浓度为0.3%，磷酸浓度为0.15%，成球液有于利成球，但引入杂质磷，导致产品纯度下降。

同样地，申请公开号为CN102503448A的发明公开了一种烧结板状刚玉的制备工艺，在这个制备工艺中仍然使用了包含铝胶和磷酸的成球液，造成产品纯度的下降。

现有技术中制备得到的烧结刚玉中，体积密度较小，晶粒尺寸较大，导致烧结刚玉耐磨性不高。

发明内容

本发明提供了一种耐磨性好的烧结刚玉的制备方法，在烧结刚玉的原料中添加少量的氧化镁，能够有效地抑制结晶的晶粒成长，进而提高烧结刚玉的体积密度，同时基于烧结刚玉中的结晶粒较小，烧结刚玉的耐磨性很高。

一种耐磨性好的烧结刚玉的制备方法，包括以下步骤：

（1）将γ-Al₂O₃和海水镁砂混合均匀后，进行粉碎，得到混合粉，所述γ-Al₂O₃和海水镁砂的重量比为98-99.9：2-0.1；

（2）步骤（1）所得混合粉经过两次成球后，得到预烧料；

（3）步骤（2）所得预烧料干燥后，经煅烧以及冷却成型，得到所述烧结刚玉。

所述的γ-Al₂O₃为普通的工业γ-Al₂O₃，γ-Al₂O₃中的Al₂O₃的含量应足够高，以满足形成刚玉的基本要求，所述γ-Al₂O₃中各组分重量百分数分别为Al₂O₃≥98.5%、SiO₂≤0.04%。也即所述γ-Al₂O₃中Al₂O₃的重量百分数为98.5%～100%，SiO₂的重量百分数为0～0.04%。

所述γ-Al₂O₃中的剩余重量百分数为杂质含量，杂质中碱金属氧化物的重量百分数≤0.55%。

海水镁砂是用化学方法从海水中提取生产的烧结镁砂，纯度高、密度高、高温性能好，主要用于镁质耐火制品，本申请中所述海水镁砂中各组分重量百分数分别为MgO≥98%，SiO₂≤0.3%，CaO≤1.0%，Fe₂O₃≤0.15%。

海水镁砂中的剩余重量百分数为杂质含量，由于加入了海水镁砂，能够促进氧化铝的烧结，降低了烧结温度，同时海水镁砂和Al₂O₃还可以形成尖晶石相，改善烧结刚玉的抗渣性能。

所述γ-Al₂O₃和海水镁砂的重量比应该控制在合适的范围之内，若海水镁砂的含量过高，可能会破坏刚玉自身的晶体结构，若海水镁砂的含量过低，则起不到良好的助烧效果，并且抗渣性能的改变也有限，优选地，所述γ-Al₂O₃和海水镁砂的重量比为98.5～99.5：2～0.2，进一步优选，所述γ-Al₂O₃和海水镁砂的重量比为98：2～0.2，最优选，所述γ-Al₂O₃和海水镁砂的重量比为49～99：1。

作为优选，所述γ-Al₂O₃中至少90wt%的颗粒粒径≤60目，所述海水镁砂中至少90wt%的颗粒粒径≤200目。

所述γ-Al₂O₃中至少90wt%的颗粒粒径≤60目，举例而言，若γ-Al₂O₃的重量为100kg，则其中至少90kg的γ-Al₂O₃的颗粒粒径≤60目（250um）。

所述海水镁砂中至少90wt%的颗粒粒径≤200目，举例而言，若海水镁砂的重量为100kg，则其中至少90kg的海水镁砂的颗粒粒径≤200目（74um）。

γ-Al₂O₃和海水镁砂应具有合适的粒径配比，以满足最终形成的结构中铝镁尖晶石晶体和刚玉晶体均匀分布，晶体结构致密，晶体内部气孔均以封闭形式存在。

本发明中所使用的原料不需要预先经过处理，即可直接使用，将原料混合时，可以采用行星式或锥形混合机，混合均匀后放入管磨机中进行干磨（即粉碎），通过调整管磨机内研磨机的配比，进料量以及分级机的转速，使出料（混合粉）中重量分数95%以上的粒度<325目（44um）。

干磨后的混合粉进行成球，优选地，所述两次成球依次为圆盘成球和滚筒成球。即首先采用圆盘进行一次成球，一次成球的直径为8～12mm，然后再通过滚筒进行二次成球，即一次成球所得料球进一步聚集，二次成球的直径为25～35mm，在整个成球（包括一次成球和二次成球）过程中连续喷洒去离子水（去离子水中已预先除去Na⁺和K⁺），控制球中的水分含量在18～22%。

二次成球后进行干燥，优选地，所述干燥包括一次干燥和二次干燥，一次干燥的温度为150～200℃，一次干燥的时间为20～30h，二次干燥的温度为450～650℃，二次干燥的时间为20～30h。

一次干燥利用成品（烧结完成后的刚玉）冷却时的热风对成球进行干燥，一次干燥后的料球中水分残余<5%；二次干燥利用竖窑排烟热风对一次干燥后的料球进一步进行二次干燥，二次干燥后的料球中水分残余<1.0%。

优选地，所述煅烧的温度为1850～1900℃，所述煅烧的时间为3～4h。

煅烧时使用高温竖窑，采用天然气烧成，通过调节天然气、助燃风以及雾化风的比例，使天然气充分燃烧，煅烧温度相比现有技术有所降低，有效节约了能源。

煅烧完成后，进行快速冷却，由竖窑烧成带的底部通入高压冷风，使烧成后的球快速冷却，高压冷风流经刚刚煅烧过的刚玉，温度会升高，成为热风，利用该热风进行料球的一次干燥，实现能量的循环利用。

本发明方法节能环保，且制备得到的烧结刚玉，体积密度高，杂质含量低，显微结构显示刚玉晶粒呈片状结构，尺寸为20～40μm，晶体内部气孔以封闭形式存在，晶体结构紧密，可广泛用于生产高档定形或不定形耐材制品。

附图说明

图1为本发明制备得到的耐磨性好的烧结刚玉的显微结构图。

具体实施方式

实施例1

一种耐磨性好的烧结刚玉的制备方法，其工艺流程为：

（1）选取原料

选取普通工业γ-Al₂O₃和海水镁砂为原料，其中普通工业γ-Al₂O₃粒度要求-60目≥90.0%，Al₂O₃%≥98.5%，SiO₂%≤0.04%，R₂O%≤0.55%；海水镁砂粒度要求-200目≥90.0%，MgO%≥98%，SiO₂%≤0.3%，CaO≤1.0%，Fe₂O₃≤0.15%。

本发明中如无特殊说明，百分数均为重量百分数。

（2）混合

称取950kg的γ-Al₂O₃和50kg的海水镁砂在行星式混合机中混合，得到混合物。

（3）研磨

将步骤（2）中的混合物放入管磨机中干磨，得到混合粉。研磨球质量比为大球（直径50mm）：小球（直径30mm）=1：4，进料量为95kg/h，分级机转速为900r/min，混合粉粒度控制在重量分数95%以上的平均粒径<325目（44um）。

（4）成球

干磨后的混合粉先采用圆盘一次成球，一次成球直径为10mm，再通过滚筒二次成球，二次成球直径为25mm。在整个成球过程中连续喷洒去离子水，该去离子水去除了Na⁺和K⁺，同时控制球的水分含量<20%。

（5）干燥

利用成品冷却产生的热风对步骤（4）二次成球后得到的料球进行一次干燥，热风温度在170℃左右，干燥时间24h，烘干后料球残余水分<5%；然后利用竖窑排烟热风对料球进一步进行二次干燥，热风温度在550℃左右，干燥时间24h，烘干后料球残余水分<1.0%。

（6）高温烧结

干燥后的料球置于竖窑中高温煅烧，温度为1850℃左右，煅烧时间2小时。

（7）冷却

由竖窑烧成带底部通入高压冷风，使烧成后的球快速冷却。

（8）检验

对出窑的球进行检验，主要检验球的烧成质量，检测球是否存在过烧或生烧现象。

（9）加工、包装

将检验合格的刚玉球进行破碎，对破碎好的颗粒进行检验，合格产品包装入库。

本实施例所制得的烧结刚玉的性能指标如表1所示。

表1

现有技术中的板状刚玉的成分全部为氧化铝，而本申请中制备得到的烧结刚玉具备板状刚玉的形态，在刚玉的晶体内部，铝镁尖晶石晶体与刚玉晶体互相均匀分布，在实际使用过程中，无需再添加镁砂或者其他尖晶石原料（如表1所示），而且耐磨性能优异，优于现有技术中的板状刚玉与氧化镁或尖晶石混合后制得的耐火制品。

如图1所示，本发明制备得到的刚玉晶粒尺寸小于25um，较现有技术（现有技术的晶粒大小为50～70um）小，如表1所示，本发明制备得到的板状刚玉，磨损量远小于现有方法制备得到的板状刚玉，磨损测试方法采用GB/T18301-2001。

Claims

1.一种耐磨性好的烧结刚玉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将γ-Al₂O₃和海水镁砂混合均匀后，进行粉碎，得到混合粉，所述γ-Al₂O₃和海水镁砂的重量比为98～99.9：2～0.1；

（2）步骤（1）所得混合粉经过两次成球后，得到预烧料；

2.如权利要求1所述的耐磨性好的烧结刚玉的制备方法，其特征在于，所述γ-Al₂O₃和海水镁砂的重量比为98.5～99.5：2～0.2。

3.如权利要求1或2所述的耐磨性好的烧结刚玉的制备方法，其特征在于，所述γ-Al₂O₃中各组分重量百分数分别为Al₂O₃≥98.5%、SiO₂≤0.04%。

4.如权利要求3所述的耐磨性好的烧结刚玉的制备方法，其特征在于，所述海水镁砂中各组分重量百分数分别为MgO≥98%，SiO₂≤0.3%，CaO≤1.0%，Fe₂O₃≤0.15%。

5.如权利要求4所述的耐磨性好的烧结刚玉的制备方法，其特征在于，所述γ-Al₂O₃中至少90wt%的颗粒粒径≤60目，所述海水镁砂中至少90wt%的颗粒粒径≤200目。

6.如权利要求5所述的耐磨性好的烧结刚玉的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为1850～1900℃，所述煅烧的时间为3～4h。

7.如权利要求6所述的耐磨性好的烧结刚玉的制备方法，其特征在于，所述两次成球依次为圆盘成球和滚筒成球。

8.如权利要求7所述的耐磨性好的烧结刚玉的制备方法，其特征在于，所述干燥包括一次干燥和二次干燥，一次干燥的温度为150～200℃，一次干燥的时间为20～30h，二次干燥的温度为450～650℃，二次干燥的时间为20～30h。