CN103964871A - 一种六铝酸钙-碳复合粉体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种六铝酸钙-碳复合粉体及其制备方法。其技术方案是：先将石灰石粉、金属铝粉和工业氧化铝粉按石灰石粉︰金属铝粉︰工业氧化铝粉的摩尔比为1︰1.3︰5.3进行配料，再放入球磨机中，氩气气氛下混磨4~30小时，制得六铝酸钙-碳复合粉体。其中：球磨机中的球磨介质为碳化钨球；石灰石粉的粒度为5~100μm，石灰石粉中CaCO3含量≥90wt%；金属铝粉的粒度为5~100μm，金属铝粉中Al含量≥97wt%；工业氧化铝粉的粒度为5~100μm，工业氧化铝粉中Al2O3含量≥99wt%。本发明工艺简单、成本较低和环境友好；制备的六铝酸钙-碳复合粉体不仅热震稳定性能和高温体积稳定性好，且抗碱性、抗还原气氛侵蚀、抗熔体侵蚀和抗熔渣侵蚀的能力强。

Description

一种六铝酸钙-碳复合粉体及其制备方法
技术领域
本发明属于高温陶瓷和耐火材料技术领域。具体涉及一种六铝酸钙-碳复合粉体及其制备方法。
背景技术
六铝酸钙是CaO-Al2O3系中的Al2O3含量最高的铝酸钙相，在含铁熔渣中的溶解度低，在还原气氛(即CO气体)中的稳定性高，在碱性环境中的化学稳定性好，对熔融金属和熔渣(钢铁和有色金属)的润湿性低。六铝酸钙熔点高于1875℃，热膨胀系数为8.0×10-6℃-1，非常适合做高温陶瓷和耐火材料的原材料。
从六铝酸钙的特性出发并结合冶金耐火材料的应用特点，六铝酸钙可以应用到钢包的熔池等与钢水和熔渣接触的部位作为低碳的铝碳耐火材料的原材料之一。目前的铝碳材料中，在基质部分使用的是鳞片石墨和刚玉细粉，而在基质部位完全可以使用六铝酸钙取代价格昂贵的刚玉细粉。在现有的制备耐火材料过程中，对各种原料混合时采用的是机械混合的方法，当采用颗粒和粉料混合制备耐火材料时，现有的机械混合方法难以达到粉体中各成分均一和使用性质稳定的目的。如果在钢包基质材料中，六铝酸钙和石墨的分布不均匀，就会削弱钢包熔池部位耐火材料的使用效果。钢包渣对耐火材料的侵蚀主要是渣中的CaO和Fe2O3等物质，而六铝酸钙具有很好的抵抗CaO和Fe2O3等物质侵蚀的能力；另一方面，如果六铝酸钙和石墨的粒度变的更细小，可以充分填充耐火材料的空隙，从而降低材料的气孔率，也就是降低熔渣进入耐火材料内部的通道。而目前在钢包熔池部位耐火材料的制备过程中，常使用的鳞片石墨为100目左右，其在材料中对空隙的填充作用有限。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的缺点，目的是提供一种工艺简单、成本较低和环境友好的六铝酸钙-碳复合粉体的制备方法；所制备的六铝酸钙-碳复合粉体不仅热震稳定性能和高温体积稳定性好，且抗碱性、抗还原气氛侵蚀、抗熔体侵蚀和抗熔渣侵蚀的能力强。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先将石灰石粉、金属铝粉和工业氧化铝粉按石灰石粉︰金属铝粉︰工业氧化铝粉的摩尔比为1︰1.3︰5.3进行配料，然后放入球磨机中，在氩气气氛下混磨4~30小时，制得六铝酸钙-碳复合粉体。
球磨机中的球磨介质为碳化钨球。
所述石灰石粉的粒度为5~100μm，石灰石粉中的CaCO3含量≥90wt%。
所述金属铝粉的粒度为5~100μm，金属铝粉中的Al含量≥97wt%。
所述工业氧化铝粉的粒度为5~100μm，工业氧化铝粉中的Al2O3含量≥99wt%。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明未引入石墨等碳素原料，而是利用石灰石分解释放出的二氧化碳与金属铝粉反应来获得碳，故成本低、工艺简单且兼顾环保，所制备的六铝酸钙-碳复合粉体的粒度为5nm~80μm。本发明通过粉末和球磨介质之间长时间的冲击、碰撞和破碎，使粉末颗粒反复产生冷焊和断裂，导致粉体颗粒细化、原子扩散、新生表面活性增大和表面自由能降低，从而极大促进化学反应进程，提高了粉体性能。克服了现有技术的铝碳质低碳材料中基质组分混合不均以及鳞片石墨粒度较大对空隙填充有限的缺点，
由于六铝酸钙为优异耐火原材料，具有熔点高、在含铁熔渣中的溶解度低、在还原气氛(即CO气体)中的稳定性高、在碱性环境中的化学稳定性好、对熔融金属和熔渣(钢铁和有色金属)的润湿性低的特点，加之粉体中碳的存在，使得复合粉体的性能能够满足苛刻的冶金环境下使用的需要。
因此，本发明具有工艺简单、成本较低和环境友好的特点，所制备的六铝酸钙-碳复合粉体不仅热震稳定性能和高温体积稳定性好，且抗碱性、抗还原气氛侵蚀、抗熔体侵蚀和抗熔渣侵蚀的能力强，可作为高温陶瓷和耐火材料制备的原材料。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，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所涉及的有关技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：
球磨机中的球磨介质为碳化钨球；
所述石灰石粉的粒度为5~100μm，石灰石粉中的CaCO3含量≥90wt%；
所述金属铝粉的粒度为5~100μm，金属铝粉中的Al含量≥97wt%；
所述工业氧化铝粉的粒度为5~100μm，工业氧化铝粉中的Al2O3含量≥99wt%。
实施例1
一种六铝酸钙-碳复合粉体及其制备方法。先将石灰石粉、金属铝粉和工业氧化铝粉按石灰石粉︰金属铝粉︰工业氧化铝粉的摩尔比为1︰1.3︰5.3进行配料，然后放入球磨机中，在氩气气氛下混磨4~10小时，制得六铝酸钙-碳复合粉体。
本实施例所制备的六铝酸钙-碳复合粉体的粒度为5nm~10μm。
实施例2
一种六铝酸钙-碳复合粉体及其制备方法。先将石灰石粉、金属铝粉和工业氧化铝粉按石灰石粉︰金属铝粉︰工业氧化铝粉的摩尔比为1︰1.3︰5.3进行配料，然后放入球磨机中，在氩气气氛下混磨10~15小时，制得六铝酸钙-碳复合粉体。
本实施例所制备的六铝酸钙-碳复合粉体的粒度为10μm~30μm。
实施例3
一种六铝酸钙-碳复合粉体及其制备方法。先将石灰石粉、金属铝粉和工业氧化铝粉按石灰石粉︰金属铝粉︰工业氧化铝粉的摩尔比为1︰1.3︰5.3进行配料，然后放入球磨机中，在氩气气氛下混磨15~20小时，制得六铝酸钙-碳复合粉体。
本实施例所制备的六铝酸钙-碳复合粉体的粒度为30μm~50μm。
实施例4
一种六铝酸钙-碳复合粉体及其制备方法。先将石灰石粉、金属铝粉和工业氧化铝粉按石灰石粉︰金属铝粉︰工业氧化铝粉的摩尔比为1︰1.3︰5.3进行配料，然后放入球磨机中，在氩气气氛下混磨20~25小时，制得六铝酸钙-碳复合粉体。
本实施例所制备的六铝酸钙-碳复合粉体的粒度为50μm~70μm。
实施例5
一种六铝酸钙-碳复合粉体及其制备方法。先将石灰石粉、金属铝粉和工业氧化铝粉按石灰石粉︰金属铝粉︰工业氧化铝粉的摩尔比为1︰1.3︰5.3进行配料，然后放入球磨机中，在氩气气氛下混磨25~30小时，制得六铝酸钙-碳复合粉体。
本实施例所制备的六铝酸钙-碳复合粉体的粒度为70μm~80μm。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
本具体实施方式未引入石墨等碳素原料，而是利用石灰石分解释放出的二氧化碳与金属铝粉反应来获得碳，故成本低、工艺简单且兼顾环保，所制备的六铝酸钙-碳复合粉体的粒度为5nm~80μm。本具体实施方式通过粉末和球磨介质之间长时间的冲击、碰撞和破碎，使粉末颗粒反复产生冷焊和断裂，导致粉体颗粒细化、原子扩散、新生表面活性增大和表面自由能降低，从而极大促进化学反应进程，提高了粉体性能。克服了现有技术的铝碳质低碳材料中基质组分混合不均以及鳞片石墨粒度较大对空隙填充有限的缺点，
由于六铝酸钙为优异耐火原材料，具有熔点高、在含铁熔渣中的溶解度低、在还原气氛(即CO气体)中的稳定性高、在碱性环境中的化学稳定性好、对熔融金属和熔渣(钢铁和有色金属)的润湿性低的特点，加之粉体中碳的存在，使得复合粉体的性能能够满足苛刻的冶金环境下使用的需要。
因此，本具体实施方式具有工艺简单、成本较低和环境友好的特点，所制备的六铝酸钙-碳复合粉体不仅热震稳定性能和高温体积稳定性好，且抗碱性、抗还原气氛侵蚀、抗熔体侵蚀和抗熔渣侵蚀的能力强，可作为高温陶瓷和耐火材料制备的原材料。

Claims (5)

1.一种六铝酸钙-碳复合粉体的制备方法，其特征在于所述制备方法是：先将石灰石粉、金属铝粉和工业氧化铝粉按石灰石粉︰金属铝粉︰工业氧化铝粉的摩尔比为1︰1.3︰5.3进行配料，然后放入球磨机中，在氩气气氛下混磨4~30小时，制得六铝酸钙-碳复合粉体；
球磨机中的球磨介质为碳化钨球。
2.根据权利要求1所述六铝酸钙-碳复合粉体的制备方法，其特征在于所述石灰石粉的粒度为5~100μm，石灰石粉中的CaCO3含量≥90wt%。
3.根据权利要求1所述六铝酸钙-碳复合粉体的制备方法，其特征在于所述金属铝粉的粒度为5~100μm，金属铝粉中的Al含量≥97wt%。
4.根据权利要求1所述六铝酸钙-碳复合粉体的制备方法，其特征在于所述工业氧化铝粉的粒度为5~100μm，工业氧化铝粉中的Al2O3含量≥99wt%。
5.一种六铝酸钙-碳复合粉体，其特征在于所述复合粉体是根据权利要求1~4项中任一项所述的六铝酸钙-碳复合粉体的制备方法所制备的六铝酸钙-碳复合粉体。
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