CN104446390A

CN104446390A - 一种含镁改性刚玉复相材料制备方法

Info

Publication number: CN104446390A
Application number: CN201410689519.5A
Authority: CN
Inventors: 李正坤; 张家勤; 李寅; 吕戍生; 张嘉良
Original assignee: JIANGSU JINGXIN NEW MATERIAL Co Ltd
Current assignee: JIANGSU JINGXIN NEW MATERIAL Co Ltd
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2015-03-25

Abstract

本发明涉及一种含镁改性刚玉复相材料制备方法。本发明主要化学成分（wt）：Al₂O₃﹥95%，MgO﹤5%（Al₂O₃＋MgO﹥99%），主要物相为刚玉包裹尖晶石相，本发明以工业Al₂O₃、α- Al₂O₃、Al(OH)₃为铝源，以水镁石、轻烧MgO、重烧镁、菱镁矿等镁盐为镁源，并添加0.5～5%的铝溶胶为结合剂或促烧剂，经间隙式或连续式球磨机均匀混合，细磨加工，粉体经风选分级，粉料经成球或压坯等工艺成型后，最后在1700～1950℃的竖窑或回转窑中快速烧结，再经破碎、分级、除铁处理，即可得到含镁改性刚玉复相材料。本发明得到了一种低膨胀、高强度，且在高温还原性气氛下稳定性好，抗碱和抗渣侵蚀能力好的高温窑炉内衬用的优质耐火材料，是传统烧结刚玉升级产品。

Description

一种含镁改性刚玉复相材料制备方法

技术领域

本发明属于刚玉质耐火材料技术领域，具体涉及一种含镁改性刚玉复相材料制备方法。

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、相互促进，对于现代高温技术已不仅是消耗性材料，也是实现高温新技术所必须的功能型材料。我国是全球钢铁生产大国，但高品质特种钢的质量不及世界发达国家，主要原因是钢的纯度不高，而由于耐火材料与钢水直接接触，其吨钢耐火消耗可直接反应，钢铁中的夹杂含量，因此，提高耐火材料的抗侵蚀、抗冲刷、抗渗透性能，降低耐材消耗是专家们长期以来研究的课题。

随着炉外精炼和连铸技术的发展，钢包由原来功能单一的盛钢水容器逐渐转变为功能复杂的炉外钢水精炼设备，刚玉尖晶石复合材料具有热震稳定性好、熔点高、抗渣侵蚀和抗渗透能力强等特点，因而被广泛应用。但是该复合材料在制备上存在一些不足，复合材料通常以刚玉、尖晶石独立材质引入作骨料，而基质料中通常引入5～10%合成尖晶石或3～5%的烧结镁砂，烧结后刚玉尖晶石复合体只存在于刚玉或尖晶石独立晶体的中间，加上原位反应带来的晶格缺陷，形成了晶体表面及晶间较多微裂纹，影响了耐火材料在高温下的服役性能，使得刚玉尖晶石复合材料的优异性能得不到充分发挥。

发明内容

本发明在克服现有技术缺陷，目的提供一种含镁改性刚玉复相材料及其制备方法，让刚玉晶体包裹尖晶石，形成固溶体，实现真正意义的复合为复相，该复相材料具有杂质含量低、高温性能好、抗渣侵蚀和抗冲刷抗渗透能力强，热震稳定性好，热膨胀系数略低于刚玉等优点，适用于制备高效节能、长寿命高温工业窑炉和容器内衬，作为基础原料更适用于钢包内衬、滑板、透气砖以及连铸三大件。

为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是：确定该材料主要化学成分为Al₂O₃﹥95%，MgO﹤5%，Al₂O₃＋MgO﹥99%。工艺路线为以80～100%工业氧化铝、0～20%的工业氢氧化铝或0～10%的煅烧氧化铝为铝源，以0～10%水镁石或煅烧水镁石，0～5%轻烧氧化镁或重烧氧化镁，0～10%菱镁矿等工业镁盐为镁源，并添加0.5～5%的铝溶胶作结合剂或促烧剂，经球磨机均匀混合并细磨加工，风选分级，粉体经成球或压坯等工艺成型，干燥后再经1700～1950℃竖窑或回转窑中快速烧成，破碎后即可得到含镁改性刚玉复相材料。

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，通过风选分级，能及时将合格粉体排出，减少了过粉碎现象，同时产品粒度均匀，产品细度可调节。实现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1700~1950℃条件下竖窑或回转窑中快速烧成，烧后产物经破碎后即可得到含镁改性刚玉复相材料。

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；煅烧氧化铝微粉的Al2O3含量>99.5wt%，α-Al2O3晶相>90wt%，其粒径<0.045mm；铝溶胶其PH值为2-4；水镁石或煅烧水镁石，为拣选的高纯矿物，煅烧（1100℃）后的MgO＞97%，其粒径＜0.1mm；轻烧氧化镁和重烧氧化镁的MgO含量＞97%，其粒径＜0.1mm；菱镁矿为拣选的高纯矿物，煅烧（1100℃）后的MgO＞97%，其粒径＜0.1mm；球磨机中为刚玉质衬砖和磨球。

由于采用上述技术方案，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，以煅烧氧化铝的α-Al₂O₃晶体作为刚玉晶核，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，有利于氧化镁与氧化铝发生反应生成镁铝尖晶石，而镁铝尖晶石在氧化铝晶粒之间具有“钉扎”，可阻止氧化铝晶粒异常长大，同时，伴随镁铝尖晶石在材料中产生的膨胀应力，可促进氧化铝的烧结，少量尖晶石易被刚玉晶体所包裹，而形含尖晶石的刚玉固溶体，从而获得既致密但导热系数较小的改性刚玉复相材料。

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。本发明所制备的含镁改性刚玉复相材料其体积密度大于3.45 g/cm3，略低于烧结刚玉。

因此，该法所制备的含镁改性刚玉复相材料具有膨胀系数低、强度高、热震性好、抗渣侵蚀、耐冲刷性强、抗渗透性好等特点，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；煅烧氧化铝微粉的Al2O3含量>99.5wt%，α-Al2O3晶相>90wt%，其粒径<0.045mm；铝溶胶其PH值为2-4；水镁石或煅烧水镁石，为拣选的高纯矿物，煅烧（1100℃）后的MgO＞97%，其粒径＜0.1mm；轻烧氧化镁和重烧氧化镁的MgO含量＞97%，其粒径＜0.1mm；菱镁矿为拣选的高纯矿物，煅烧（1100℃）后的MgO＞97%，其粒径＜0.1mm；球磨机中为刚玉质衬砖和磨球。

实施例1

一种含镁改性刚玉复相材料及其制备方法。该含镁改性刚玉复相材料的原料及质量百分含量是：80~90wt%工业氧化铝、0～10%的煅烧氧化铝， 0～5%重烧氧化镁，并添加0.5～5%的铝溶胶作结合剂或促烧剂；

在球磨机均匀混合并细磨加工，风选分级后，在卧式成球机中成球，球坯大小为25-30mm，再在1700~1950℃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含镁改性刚玉复相材料产品。

本实施例所制得的含镁改性刚玉复相材料其体积密度介于3.45~3.55g/cm³。

实施例2

一种含镁改性刚玉复相材料及其制备方法。该含镁改性刚玉复相材料的原料及质量百分含量是：85~100wt%工业氧化铝、5~10wt%工业氢氧化铝、5～10%菱镁矿、1～3%的铝溶胶；

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1850~1950℃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含镁改性刚玉复相材料。

本实施例所制得的含镁改性刚玉复相材料其体积密度介于3.45~3.50g/cm³。

实施例3

一种含镁改性刚玉复相材料及其制备方法。该含镁改性刚玉复相材料的原料及质量百分含量是： 90~100wt%工业氧化铝、0~5wt%煅烧氧化铝，3～5%煅烧水镁石。

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1800~1900℃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含镁改性刚玉复相材料。

本实施例所制得的含镁改性刚玉复相材料其体积密度介于3.5~3.55g/cm³。

实施例4

一种含镁改性刚玉复相材料及其制备方法。该含镁改性刚玉复相材料的原料及质量百分含量是：80~90wt%工业氧化铝、0～10%的煅烧氧化铝，0～5%轻烧氧化镁，0～5%菱镁矿；

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含镁改性刚玉复相材料。

本实施例所制得的含镁改性刚玉复相材料其体积密度介于3.5~3.58g/cm³。

本发明具体制备方法，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，以煅烧氧化铝的α-Al₂O₃晶体作为刚玉晶核，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，有利于氧化镁与氧化铝发生反应生成镁铝尖晶石，而镁铝尖晶石在氧化铝晶粒之间具有“钉扎”，可阻止氧化铝晶粒异常长大，同时，伴随镁铝尖晶石在材料中产生的膨胀应力，可促进氧化铝的烧结，少量尖晶石易被刚玉晶体所包裹，而形含尖晶石的刚玉固溶体，从而获得既致密但导热系数较小的改性刚玉复相材料。

本发明所制备的含镁改性刚玉复相材料其体积密度介于3.45~3.58g/cm³，主要化学成分（wt）：Al₂O₃﹥95%，MgO﹤5%（Al₂O₃＋MgO﹥99%），主要物相为刚玉包裹尖晶石相。

因此本发明所制备的含镁改性刚玉复相材料具有膨胀系数低、强度高、热震性好、抗渣侵蚀、耐冲刷性强、抗渗透性好等特点，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。

Claims

1.一种含镁改性刚玉复相材料制备方法，其特征在于，以80～100%工业氧化铝、0～20%的工业氢氧化铝或0～10%的煅烧氧化铝中的一组或任意组合为铝源，以0～10%水镁石或煅烧水镁石，0～5%轻烧氧化镁或重烧氧化镁，0～10%菱镁矿中的一组或任意组合为镁源，并添加0.5～5%的铝溶胶作结合剂或促烧剂，经球磨机均匀混合并细磨加工，风选分级，粉体经成球或压坯等工艺成型，干燥后再经1700～1950℃竖窑或回转窑中快速烧成；该材料主要化学成分为Al₂O₃﹥95%，MgO﹤5%，Al₂O₃＋MgO﹥99%。

2.根据权利要求1所述的一种含镁改性刚玉复相材料制备方法，其特征在于，所述的工业氧化铝的Al₂O₃含量＞99.5%，其粒径＜0.2mm。

3.根据权利要求1所述的一种含镁改性刚玉复相材料制备方法，其特征在于，所述的工业氢氧化铝的Al(OH)₃含量＞98%，其粒径＜0.2mm。

4.根据权利要求1所述的一种含镁改性刚玉复相材料制备方法，其特征在于，所述的铝溶胶，其pH值为2～4，作为成型中的结合剂或作为烧结时的促烧剂。

5.根据权利要求1所述的一种含镁改性刚玉复相材料制备方法，其特征在于，所述的煅烧氧化铝的Al₂O₃含量＞99.5%，其α-晶相＞90%，粒径＜0.2mm。

6.根据权利要求1所述的一种含镁改性刚玉复相材料制备方法，其特征在于，所述的水镁石或煅烧水镁石，为拣选的高纯矿物，煅烧（1100℃）后的MgO＞97%，其粒径＜0.1mm。

7.根据权利要求1所述的一种含镁改性刚玉复相材料制备方法，其特征在于，所述的轻烧氧化镁和重烧氧化镁的MgO含量＞97%，其粒径＜0.1mm。

8.根据权利要求1所述的一种含镁改性刚玉复相材料制备方法，其特征在于，所述的菱镁矿为拣选的高纯矿物，煅烧（1100℃）后的MgO＞97%，其粒径＜0.1mm。

9.根据权利要求1所述的一种含镁改性刚玉复相材料制备方法，其特征在于，选用高温竖窑或回转窑在1700-1950℃实现快速烧结，形成少量尖晶石晶体固熔于刚玉大晶体内，彼此固溶复相。