CN104496502A - 一种含铝铬渣的铝尖晶石碳砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐火材料，特别涉及一种含铝铬渣的铝尖晶石碳砖及其制备方法，所述铝尖晶石碳砖按重量份，包括50～65份粒径≤5mm的棕刚玉颗粒，5～20份粒径≤3mm的铝铬渣颗粒，5～15份180～220目的棕刚玉细粉，5～10份180～220目的铝铬渣细粉，6～15份180～220目的电熔镁砂细粉，0.3～1.0份300～340目的金属铝粉，6～12份石墨，2～4份结合剂。本发明提供的铝尖晶石碳砖强度高、化学性能稳定、抗渣侵蚀性能优异，添加铝铬渣成分，高温下与镁砂细粉反应形成尖晶石结构，增强了铝尖晶石碳砖的抗冲刷能力及抗渣性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐火材料，特别涉及一种含铝铬渣的铝尖晶石碳砖及其制备方法。
背景技术
镁铝尖晶石、镁铬尖晶石熔点高，化学及热稳定性能优异，抗碱性渣能力强，是制作高级耐火材料的优质材料。但是天然镁铝尖晶石数量少，市场上大部分镁铝尖晶石、镁铬尖晶石目前只能人工合成，其制备需要以高纯工业氧化铝、高品位活性氧化镁及铬铁矿为原料，在很高温度下采用固相烧成，工艺条件十分苛刻。
铝铬渣是铝热法冶炼金属铬产生的工业副产品，其主要成分为氧化铝和氧化铬，杂质成分中含有少量的氧化铁及碱金属氧化物，铝铬渣如果长期堆积不处理，势必会造成Cr6+污染周围环境，而单一的铝铬渣制备的产品膨胀较大，且抗热震性能较差。目前有关铝铬渣在耐火材料中的文献资料较少，新乡伯马股份有限公司陈花朵研究了铝铬渣在水口座砖中的应用，开发了一种低成本、高寿命的水口座砖，但铝铬渣的加入量较少。辽宁科技大学郑丽君研究了镁铝尖晶石对镁铝铬质耐火材料的影响，结果表明粒度3mm～2mm的镁铝尖晶石能提高镁铝铬材料的热震性能，但目前未见有相关的产品。
关于铝铬渣在钢包砖中的应用极少，本发明将铝铬渣引入至钢包铝镁碳砖中，利用石墨优良的抗热震能力，解决了铝镁铬质产品热震性能差的问题，同时利用铝铬渣与棕刚玉在高温下化合反应，生成无污染的化合产物，减少了铝铬渣对环境的污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种含铝铬渣的铝尖晶石碳砖及其制备方法。
为达到上述目的，具体采用如下的技术方案：
一种含铝铬渣的铝尖晶石碳砖，按重量份计，包括50～65份粒径≤5mm的棕刚玉颗粒，5～20份粒径≤3mm的铝铬渣颗粒，5～15份180～220目的棕刚玉细粉，5～10份180～220目的铝铬渣细粉，6～15份180～220目的电熔镁砂细粉，0.3～1.0份300～340目的金属铝粉，6～12份石墨，2～4份结合剂。
其中，棕刚玉颗粒和铝铬渣颗粒组成骨料，刚玉细粉、铝铬渣细粉、电熔镁砂细粉和金属铝粉共磨，混合均匀，组成共磨粉。
为了使铝尖晶石碳砖具有更优良的性能，按粒径大小，所述棕刚玉颗粒分为3mm≤粒径≤5mm、1mm≤粒径＜3mm，粒径＜1mm三种，按重量比其比例为(10～20)：(20～30)：(10～20)。
优选地，所述棕刚玉颗粒由15份3mm≤粒径≤5mm、25份1mm≤粒径＜3mm、15-18份粒径＜1mm的棕刚玉颗粒组成。
本发明所述的棕刚玉颗粒和棕刚玉细粉化学组分的质量百分含量均为：Al2O3≥95.0％，CaO≤0.8％，SiO2≤0.8％，Fe2O3≤0.6％，密度均≥3.80g/㎝3。
为了使铝尖晶石碳砖具有更优良的性能，按粒径大小，所述铝铬渣颗粒分为1mm＜粒径≤3mm、粒径≤1mm两种，按重量比其比例为(5～10)：(7～15)。
优选地，所述铝铬渣颗粒由5份1mm＜粒径≤3mm、7-10份粒径≤1mm的电熔镁砂颗粒组成。
本发明所述的铝铬渣颗粒和铝铬渣细粉化学组分的质量百分含量均为：Al2O3≥80.0％，Cr2O3≥11.0％。
本发明所述的电熔镁砂化学组分的质量百分含量为：MgO≥97％，CaO≤1.0％，SiO2≤1.2％。
本发明所述的金属铝粉化学组分的质量百分含量为：Al≥98.5％。
为了使铝尖晶石碳砖具有更优良的性能，本发明所述石墨为石墨-194，固含量≥93.35％，挥发分≤1.5％。
本发明所述结合剂为酚醛树脂，酚醛树脂的化学组分的质量百分含量为固含量≥80％，残碳≥46％，游离酚≤10％，水分≤3.0％，PH值为6.8～7.5。
具体的，本发明的含铝铬渣的铝尖晶石碳砖，按重量份计，包括10～20份3mm≤粒径≤5mm的棕刚玉颗粒，20～30份1mm≤粒径＜3mm的棕刚玉颗粒，10～20份粒径＜1mm的棕刚玉颗粒，5～10份1mm＜粒径≤3mm的铝铬渣颗粒，7～15份粒径≤1mm的铝铬渣颗粒，5～15份180～220目的棕刚玉细粉，5～10份180～220目的铝铬渣细粉，6～15份180～220目的电熔镁砂细粉，0.3～1.0份300～340目的金属铝粉，6～12份的石墨-194，2～4份的酚醛树脂。
作为本发明的最佳实施方式，本发明的含铝铬渣的铝尖晶石碳砖，按重量份计，包括15份3mm≤粒径≤5mm的棕刚玉颗粒，25份1mm≤粒径＜3mm的棕刚玉颗粒，15～18份粒径＜1mm的棕刚玉颗粒，5份1mm＜粒径≤3mm的铝铬渣颗粒，7～10份粒径≤1mm的铝铬渣颗粒，5～7.5份180～220目的棕刚玉细粉，6-8份180～220目的铝铬渣细粉，6-8份180～220目的电熔镁砂细粉，0.5～1.0份300～340目的金属铝粉，8份的石墨-194，2～4份的酚醛树脂。
本发明根据铝铬渣的化学组成、微观结构及性能特点，利用镁铝尖晶石、镁铬尖晶石生成过程中的微膨胀性能及石墨优异的抗热震能力，将铝铬渣成功地应用至铝尖晶石碳砖中，减少了铝铬渣对环境的污染，同时降低了生产成本。
本发明提供的铝尖晶石碳砖强度高、化学性能稳定、抗渣侵蚀性能优异，高温下铝铬渣中的主要成分为Cr2O3、Al2O3，与镁砂细粉反应，生成的镁铝铬尖晶石晶须穿插于刚玉颗粒之间，减少了铝尖晶石碳砖气孔率，能有效减少熔渣侵蚀制品的气孔通道；提高了制品的致密度及抗渣性能，且尖晶石晶须强度高，化学性质稳定，抗碱性渣能力强，本发明在铝尖晶石碳砖中加入适量铝铬渣，增强了铝尖晶石碳砖的抗冲刷能力及抗渣性能。
本发明还提供了上述含铝铬渣的铝尖晶石碳砖的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按配比量，将棕刚玉细粉、铝铬渣细粉、电熔镁砂细粉和金属铝粉共磨，混合均匀，制成共磨粉；
(2)按配比量，将棕刚玉颗粒和铝铬渣颗粒干混2～5分钟，然后在2分钟内一次性缓慢加入结合剂及石墨，最后加入步骤(1)所得共磨粉混合20～30分钟，出料，然后经压制成型，热处理，出窑拣选，即得铝尖晶石碳砖。
具体的，半成品(出料后)在630吨压砖机上成型，成型操作要遵守四角扒料，先轻后重的原则进行操作。
其中热处理需24小时以上，其中进窑口温度不得高于60℃，烘烤时间8小时以上，100-120℃烘烤8小时以上，200～250℃烘烤时间8小时以上。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1-3
实施例1-3所采用的配料及份数如下表所示：
实施例4-6
实施例4-6所采用的配料及份数如下表所示：
实施例7
本实施例为含铝铬渣的铝尖晶石碳砖的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按配比量，将棕刚玉细粉、铝铬渣细粉、电熔镁砂细粉和金属铝粉共磨，混合均匀，制成共磨粉；
(2)按配比量，将棕刚玉颗粒和铝铬渣颗粒干混3分钟，然后在2分钟内一次性缓慢加入结合剂(酚醛树脂)及石墨，最后加入步骤(1)所得共磨粉混合30分钟，出料温度为50-60℃，半成品在630吨压砖机上成型，成型操作要遵守四角扒料，先轻后重的原则进行操作。然后热处理24小时以上，其中进窑口温度不得高于60℃，烘烤时间8小时以上，110℃烘烤时间8小时以上，200～250℃烘烤时间8小时以上，出窑拣选，即得铝尖晶石碳砖。
对比例
以市售濮阳高温耐火股份公司某市场所用铝尖晶石碳砖为对比例，其组成为棕刚玉78％、电熔镁砂10％、石墨10％、SiC细粉2％、结合剂采用酚醛树脂，加入量3.0％。
实验例
对实施例1-6制备得到的铝尖晶石碳砖进行性能制备检测，数据如下：
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例 |
| Al2O3+Cr2O3百分含量 | 78.8 | 79.2 | 81.3 | 75.52 |
| MgO百分含量 | 7.58 | 7.84 | 5.56 | 8.58 |
| C％百分含量 | 7.76 | 7.48 | 7.80 | 9.56 |
| 200℃烘后体积密度 | 3.22 | 3.28 | 3.22 | 3.16 |
| 显气孔率(200℃×24h) | 4.2 | 3.5 | 3.2 | 4.1 |
| 耐压强度(200℃×24h) | 78.5 | 74.2 | 84.8 | 64.4 |
| 线变化率(1600℃×3h) | +1.5 | +1.2 | +0.9 | +1.3 |
| 300吨钢包包底试用，使用寿命 | 75次 | 75次 | 70次 | 50次 |
| 项目 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 |
| Al2O3+Cr2O3百分含量 | ≥75％ | ≥75％ | ≥75％ |
| MgO百分含量 | 5.84 | 5.78 | 5.89 |
| C％百分含量 | 5.80 | 5.89 | 5.85 |
| 200℃烘后体积密度 | 3.20 | 3.24 | 3.25 |
| 显气孔率(200℃×24h) | 3.27 | 2.31 | 2.43 |
| 耐压强度(200℃×24h) | 87.5 | 83.4 | 88.9 |
| 线变化率(1600℃×3h) | +0.9 | +1.2 | +0.8 |
| 300吨钢包包底试用，使用寿命 | 70 | 75 | 75 |
从上表可以看出，本发明的铝尖晶石碳砖(Al2O3+Cr2O3)≥75％，MgO≤8％，C％≤10％。200℃烘后体积密度≥3.2g/cm3，显气孔率(200℃×24h)≤8％，耐压强度(200℃×24h)≥70MPa，线变化率(1600℃×3h)0～1.8％。本产品经过300吨钢包包底试用，使用寿命≥70次，在使用过程中稳定性好。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种含铝铬渣的铝尖晶石碳砖，其特征在于，按重量份计，包括50～65份粒径≤5mm的棕刚玉颗粒，5～20份粒径≤3mm的铝铬渣颗粒，5～15份180～220目的棕刚玉细粉，5～10份180～220目的铝铬渣细粉，6～15份180～220目的电熔镁砂细粉，0.3～1.0份300～340目的金属铝粉，6～12份石墨，2～4份结合剂。
2.根据权利要求1所述的含铝铬渣的铝尖晶石碳砖，其特征在于，按粒径，所述棕刚玉颗粒分为3mm≤粒径≤5mm、1mm≤粒径＜3mm，粒径＜1mm三种，按重量比其比例为(10～20)：(20～30)：(10～20)。
3.根据权利要求1所述的含铝铬渣的铝尖晶石碳砖，其特征在于，所述棕刚玉颗粒和棕刚玉细粉中化学组分的质量百分含量均为Al2O3≥95.0％，CaO≤0.8％，SiO2≤0.8％，Fe2O3≤0.6％；密度均≥3.80g/㎝3。
4.根据权利要求1所述的含铝铬渣的铝尖晶石碳砖，其特征在于，按粒径，所述铝铬渣颗粒分为1mm＜粒径≤3mm、粒径≤1mm两种，按重量比其比例为(5～10)：(7～15)。
5.根据权利要求1所述的含铝铬渣的铝尖晶石碳砖，其特征在于，所述铝铬渣颗粒和铝铬渣细粉中Al2O3的质量百分含量≥80.0％，Cr2O3的质量百分含量≥11.0％。
6.根据权利要求1所述的含铝铬渣的铝尖晶石碳砖，其特征在于，所述的电熔镁砂中MgO的质量百分含量≥97％，CaO的质量百分含量≤1.0％，SiO2的质量百分含量≤1.2％。
7.根据权利要求1所述的含铝铬渣的铝尖晶石碳砖，其特征在于，所述结合剂采用酚醛树脂。
8.根据权利要求1所述的含铝铬渣的铝尖晶石碳砖，其特征在于，所述石墨为石墨-194，固含量≥93.35％，挥发分≤1.5％。
9.根据权利要求1所述的含铝铬渣的铝尖晶石碳砖，其特征在于，按重量份计，包括10～20份3mm≤粒径≤5mm的棕刚玉颗粒，20～30份1mm≤粒径＜3mm的棕刚玉颗粒，10～20份粒径＜1mm的棕刚玉颗粒，5～10份1mm＜粒径≤3mm的铝铬渣颗粒，7～15份粒径≤1mm的铝铬渣颗粒，5～15份180～220目的棕刚玉细粉，5～10份180～220目的铝铬渣细粉，6～15份180～220的电熔镁砂细粉，0.3～1.0份300～340目的金属铝粉，6～12份的石墨-194，2～4份的酚醛树脂。
10.根据权利要求1-9任一项所述含铝铬渣的铝尖晶石碳砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按配比量，将棕刚玉细粉、铝铬渣细粉、电熔镁砂细粉和金属铝粉共磨，混合均匀，制成共磨粉；
(2)按配比量，将棕刚玉颗粒和铝铬渣颗粒干混2～5分钟，然后在2分钟内缓慢加入结合剂及石墨，最后加入步骤(1)所得共磨粉混合20～30分钟，出料，然后经压制成型，热处理，出窑拣选，即得铝尖晶石碳砖。
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