CN105906355A - 一种致密二铝酸钙耐火熟料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种致密二铝酸钙耐火熟料及其制备方法，其成分按重量百分比含Al2O3 76.11~77.68%，CaO 20.89~21.32%，MnO 1.00~3.00%；相对密度为92.10~95.70%，显气孔率为2.10~4.20%；制备方法为：（1）将铝矾土和石灰石分别磨细后混合；（2）将混合物料压制成生球，然后进行第一次煅烧制成熟料；（3）将熟料磨细后加入一氧化锰微粉，再压制成球；（4）进行第二次煅烧。本发明采用一氧化锰微粉作为促烧结剂，在煅烧过程一氧化锰固溶到二铝酸钙相中形成固溶体，从而提高了二铝酸钙相的烧结活性，促进二铝酸钙相的长大，从而可在较低的二次煅烧温度和较短的保温时间条件下获得致密二铝酸钙耐火熟料，有效降低了生产能耗，提高了生产效率，促进了节能减排。

Description

一种致密二铝酸钙耐火熟料及其制备方法
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种致密二铝酸钙耐火熟料及其制备方法。
背景技术
二铝酸钙（CA2）是CaO-Al2O3二元系统中重要的高熔点化合物（1750℃），具有在还原、碱性氛中稳定性高，抗化学侵蚀能力强等优良特性，且其自身热膨胀系数低，同时在与其它高熔点、高膨胀系数材料复合时可以很好的降低复相材料的热膨胀系数，具有相当好的热震稳定性，因此是非常好的抗高温，抗侵蚀，可用于高温炉衬、包衬等，是高温隔热保温性能良好的新型耐火材料，在冶金、水泥、玻璃、石油化工等高温行业有着很好的应用前景。
另一方面，氧化铝被广泛应用于耐火材料领域，由于氧化铝的真密度较大（4.10 g/cm3），致使含铝质耐火材料的体积密度较大，增加了耐火材料重量，不仅导致高温炉窑的蓄热损失增大，还直接增加用后耐火材料的排放量。同时受铝土矿资源问题的影响，近年来，刚玉原料价格持续攀升，含铝质耐火材料的生产成本也随之走高；而石灰石在全球范围内资源丰富，且在CaO-Al2O3二元系统中CA2具有较小的真密度（CA6，3.79 g/cm3；CA2，2.88 g/cm3），可见如能用石灰石替代部分刚玉生产CA2轻质耐火材料，不仅可以显著降低耐火材料的生产成本，还可通过降低体积密度，有效实现耐火材料的轻量化，有利于减少高温炉衬和包衬的蓄热损失，促进节能减排。
在固相合成制备致密二铝酸钙耐火熟料的过程中，由于各组元之间反应所伴随的体积膨胀效应抑制了烧结及致密化过程，难于通过一次煅烧获得致密的耐火熟料；同时，由于二铝酸钙晶相的烧结活性低，即使通过两次煅烧，也难以获得致密熟料，一般烧成温度不低于1600℃；此外，由于反应过程中二铝酸钙晶相间易枝晶互联形成多孔结构，进一步影响了二铝酸钙耐火材料的烧结致密化行为。
发明内容
针对目前二铝酸钙耐火熟料制备技术上存在的上述问题，本发明提供了一种致密二铝酸钙耐火熟料及其制备方法，是通过在二次混料过程中加入一氧化锰微粉添加剂后进行煅烧，通过在煅烧过程固溶到二铝酸钙相当中，形成固溶体，从而提高二铝酸钙相的烧结活性，促进二铝酸钙相的长大，可在较低的煅烧温度和较短的保温时间条件下实现二铝酸钙耐火熟料的良好烧结，获得致密二铝酸钙耐火熟料，提高生产效率，促进节能减排。
本发明的致密二铝酸钙耐火熟料，其成分按重量百分比含Al2O3 76.11~77.68%，CaO 20.89~21.32%，MnO 1.00~3.00%；相对密度为92.10~95.70%，显气孔率为2.10~4.20%。
本发明的致密二铝酸钙耐火熟料的制备方法，按以下步骤进行：
（1）将铝矾土和石灰石分别破碎并磨细至粒度≤88目，在混砂机中进行混合后，制成混合物料；其中铝矾土占混合物料总重量的67.79%~72.56%，石灰石占混合物料总重量的27.44%~32.21%；
（2）将混合物料通过压球机在100~150MPa 的压力下压制成生球，将生球在1150~1200℃条件下保温1~2小时，进行第一次煅烧，制成熟料；
（3）将熟料破碎并再次磨细至粒度≤88目，加入一氧化锰微粉并在混砂机中进行混合，其中一氧化锰微粉占熟料总重量的1.00~3.00%；混合均匀后通过压球机在100~150MPa 的压力下压制成球，获得二次球料；
（4）将二次球料在1400~1450℃条件下保温2~3小时，进行第二次煅烧，获得致密二铝酸钙耐火熟料。
上述的铝矾土中Al2O3的重量含量≥75.20%，石灰石中CaO的重量含量≥50.50%。
上述的一氧化锰微粉纯度≥98.00%，粒度≤10μm。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
本发明的致密二铝酸钙耐火熟料采用一氧化锰微粉作为促烧结剂，在煅烧过程一氧化锰固溶到二铝酸钙晶相中，使二铝酸钙相发生晶格畸变，活性提高，促进其烧结与致密化行为，从而可在较低的二次煅烧温度和较短的保温时间条件下获得致密二铝酸钙耐火熟料，有效提高了生产效率，降低了生产能耗和生产成本。
具体实施方式
本发明实施例中混合物料采用的设备为S1110型混砂机。
本发明实施例中压制成球采用的设备为GY650-180 型压球机。
本发明实施例中煅烧采用的设备为高温竖窑。
本发明实施例中采用的铝矾土、石灰石和一氧化锰微粉为市售产品。
实施例1
本实施例中采用的原料铝矾土中Al2O3的重量百分含量75.20%，采用石灰石中CaO的重量百分含量54.60%。
制备的致密二铝酸钙耐火熟料成分按重量百分比含Al2O3 77.68%，CaO 21.32%，MnO 1.00%；相对密度为92.10%，显气孔率为4.20%；制备方法按以下步骤进行：
（1）将铝矾土、菱镁石和石灰石分别破碎并磨细至粒度≤88目，在混砂机中进行混合后，制成混合物料，其中铝矾土占混合物料总重量的72.56%，石灰石占混合物料总重量的27.44%；
（2）将混合物料通过压球机在140MPa的压力下压制成生球，将生球在1200℃条件下保温2小时，进行第一次煅烧，制成熟料；
（3）将熟料破碎并再次磨细至粒度≤88目，加入占熟料总重量1.00%的一氧化锰微粉，在混砂机中进行二次混合后，通过压球机在150MPa的压力下压制成球，获得二次球料；
（4）将二次球料在1450℃条件下保温2小时，进行第二次煅烧，获得致密二铝酸钙耐火熟料；
在不添加一氧化锰微粉的情况下，按上述方式进行对比实验，获得对比实验的烧结熟料；将获得的致密二铝酸钙耐火熟料与对比实验的烧结熟料分别进行SEM分析，结果表明，无添加剂条件下烧结试样内部组织松散，气孔较多，相比之下，由于添加剂MnO的加入，试样的气孔显著减少，显微结构明显致密，可清晰观察到其主晶相CA2的存在，从微观结构上进一步说明了添加剂MnO对二铝酸钙的烧结起到了有效的促进作用；将获得的致密二铝酸钙耐火熟料进行EDS分析，结果表明，添加的MnO主要存在于体系内部二铝酸钙晶相当中，形成了固溶体，会促使二铝酸钙晶相发生晶格畸变，活性提高，说明MnO的加入有效促进了二铝酸钙的烧结与致密化行为。
实施例2
本实施例中采用的原料铝矾土中Al2O3的重量百分含量77.30%，采用石灰石中CaO的重量百分含量54.10%。
制备的致密二铝酸钙耐火熟料成分按重量百分比含Al2O3 77.44%，CaO 21.26%，MnO 1.30%；相对密度为92.80%，显气孔率为3.70%；制备方法按以下步骤进行：
（1）将铝矾土、菱镁石和石灰石分别破碎并磨细至粒度≤88目，在混砂机中进行混合后，制成混合物料，其中铝矾土占混合物料总重量的71.83%，石灰石占混合物料总重量的28.17%；
（2）将混合物料通过压球机在150MPa的压力下压制成生球，将生球在1200℃条件下保温1小时，进行第一次煅烧，制成一次熟料；
（3）将一次熟料破碎并再次磨细至粒度≤88目，加入占熟料总重量1.30%的一氧化锰微粉，在混砂机中进行混合，通过压球机在150MPa的压力下压制成球，获得二次球料；
（4）将二次球料在1450℃条件下保温3小时，进行第二次煅烧，获得致密二铝酸钙耐火熟料。
实施例3
本实施例中采用的原料铝矾土中Al2O3的重量百分含量79.40%，采用石灰石中CaO的重量百分含量53.70%。
制备的致密二铝酸钙耐火熟料成分按重量百分比含Al2O3 77.28%，CaO 21.22%，MnO 1.50%；相对密度为93.10%，显气孔率为3.40%；制备方法按以下步骤进行：
（1）将铝矾土、菱镁石和石灰石分别破碎并磨细至粒度≤88目，在混砂机中进行混合后，制成混合物料，其中铝矾土占混合物料总重量的71.13%，石灰石占混合物料总重量的28.87%；
（2）将混合物料通过压球机在110MPa的压力下压制成生球，将生球在1150℃条件下保温2小时，进行第一次煅烧，制成熟料；
（3）将熟料破碎并再次磨细至粒度≤88目，加入占熟料总重量1.50%的一氧化锰微粉，在混砂机中进行混合，通过压球机在130MPa的压力下压制成球，获得二次球料；
（4）将二次球料在1450℃条件下保温3小时，进行第二次煅烧，获得致密二铝酸钙耐火熟料。
实施例4
本实施例中采用的原料铝矾土中Al2O3的重量百分含量80.60%，采用石灰石中CaO的重量百分含量53.00%。
制备的致密二铝酸钙耐火熟料成分按重量百分比含Al2O3 77.05%，CaO 21.15%，MnO 1.80%；相对密度为93.70%，显气孔率为3.10%；制备方法按以下步骤进行：
（1）将铝矾土、菱镁石和石灰石分别破碎并磨细至粒度≤88目，在混砂机中进行混合后，制成混合物料，其中铝矾土占混合物料总重量的70.55%，石灰石占混合物料总重量的29.45%；
（2）将混合物料通过压球机在100MPa的压力下采用压球机压制成生球，将生球在1150℃条件下保温1小时，进行第一次煅烧，制成熟料；
（3）将熟料破碎并再次磨细至粒度≤88目，加入占熟料总重量1.80%的一氧化锰微粉，在混砂机中进行混合，通过压球机在100MPa的压力下压制成球，获得二次球料；
（4）将二次球料在1450℃条件下保温3小时，进行第二次煅烧，获得致密二铝酸钙耐火熟料。
实施例5
本实施例中采用的原料铝矾土中Al2O3的重量百分含量82.10%，采用石灰石中CaO的重量百分含量52.70%。
制备的致密二铝酸钙耐火熟料成分按重量百分比含Al2O3 76.89%，CaO 21.11%，MnO 2.00%；相对密度为94.30%，显气孔率为2.90%；制备方法按以下步骤进行：
（1）将铝矾土、菱镁石和石灰石分别破碎并磨细至粒度≤88目，在混砂机中进行混合后，制成混合物料，其中铝矾土占混合物料总重量的70.04%，石灰石占混合物料总重量的29.96%；
（2）将混合物料通过压球机在130MPa的压力下压制成生球，将生球在1200℃条件下保温2小时，进行第一次煅烧，制成熟料；
（3）将熟料破碎并再次磨细至粒度≤88目，加入占熟料总重量2.00%的一氧化锰微粉，在混砂机中进行混合，通过压球机在140MPa的压力下压制成球，获得二次球料；
（4）将二次球料在1400℃条件下保温3小时，进行第二次煅烧，获得致密二铝酸钙耐火熟料。
实施例6
本实施例中采用的原料铝矾土中Al2O3的重量百分含量84.60%，采用石灰石中CaO的重量百分含量51.80%。
制备的致密二铝酸钙耐火熟料成分按重量百分比含Al2O3 76.58%，CaO 21.02%，MnO 2.40%；相对密度为94.90%，显气孔率为2.60%；制备方法按以下步骤进行：
（1）将铝矾土、菱镁石和石灰石分别破碎并磨细至粒度≤88目，在混砂机中进行混合后，制成混合物料，其中铝矾土占混合物料总重量的69.04%，石灰石占混合物料总重量的30.96%；
（2）将混合物料通过压球机在120MPa的压力下压制成生球，将生球在1200℃条件下保温1小时，进行第一次煅烧，制成熟料；
（3）将熟料破碎并再次磨细至粒度≤88目，加入占熟料总重量2.40%的一氧化锰微粉，在混砂机中进行混合，通过压球机在130MPa的压力下压制成球，获得二次球料；
（4）将二次球料在1400℃条件下保温2小时，进行第二次煅烧，获得致密二铝酸钙耐火熟料。
实施例7
本实施例中采用的原料铝矾土中Al2O3的重量百分含量86.20%，采用石灰石中CaO的重量百分含量51.20%。
制备的致密二铝酸钙耐火熟料成分按重量百分比含Al2O3 76.34%，CaO 20.96%，MnO 2.70%；相对密度为95.20%，显气孔率为2.30%；制备方法按以下步骤进行：
（1）将铝矾土、菱镁石和石灰石分别破碎并磨细至粒度≤88目，在混砂机中进行混合后，制成混合物料，其中铝矾土占混合物料总重量的68.39%，石灰石占混合物料总重量的31.61%；
（2）将混合物料通过压球机在110MPa的压力下压制成生球，将生球在1150℃条件下保温2小时，进行第一次煅烧，制成熟料；
（3）将熟料破碎并再次磨细至粒≤88目，加入占熟料总重量2.70%的一氧化锰微粉，在混砂机中进行混合，通过压球机在120MPa的压力下压制成球，获得二次球料；
（4）将二次球料在1400℃条件下保温2小时，进行第二次煅烧，获得致密二铝酸钙耐火熟料。
实施例8
本实施例中采用的原料铝矾土中Al2O3的重量百分含量87.40%，采用石灰石中CaO的重量百分含量50.50%。
制备的致密二铝酸钙耐火熟料成分按重量百分比含Al2O3 76.11%，CaO 20.89%，MnO 3.00%；相对密度为95.70%，显气孔率为2.10%；制备方法按以下步骤进行：
（1）将铝矾土、菱镁石和石灰石分别破碎并磨细至粒度≤88目，在混砂机中进行混合后，制成混合物料，其中铝矾土占混合物料总重量的67.79%，石灰石占混合物料总重量的32.21%；
（2）将混合物料通过压球机在100MPa的压力下压制成生球，将生球在1150℃条件下保温1小时，进行第一次煅烧，制成熟料；
（3）将熟料破碎并再次磨细至粒度≤88目，加入占熟料总重量3.00%的一氧化锰微粉，在混砂机中进行混合，通过压球机在110MPa的压力下压制成球，获得二次球料；
（4）将二次球料在1400℃条件下保温2小时，进行第二次煅烧，获得致密二铝酸钙耐火熟料。

Claims (4)

1.一种致密二铝酸钙耐火熟料，其特征在于成分按重量百分比含Al2O3 76.11~77.68%，CaO 20.89~21.32%，MnO 1.00~3.00%；相对密度为92.10~95.70%，显气孔率为2.10~4.20%。
2.一种权利要求1所述的致密二铝酸钙耐火熟料的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：
（1）将铝矾土和石灰石分别破碎并磨细至粒度≤88目，在混砂机中进行混合后，制成混合物料；其中铝矾土占混合物料总重量的67.79%~72.56%，石灰石占混合物料总重量的27.44%~32.21%；
（2）将混合物料通过压球机在100~150MPa 的压力下压制成生球，将生球在1150~1200℃条件下保温1~2小时，进行第一次煅烧，制成熟料；
（3）将熟料破碎并再次磨细至粒度≤88目，加入一氧化锰微粉并在混砂机中进行混合，其中一氧化锰微粉占熟料总重量的1.0~3.0%；混合均匀后通过压球机在100~150MPa 的压力下压制成球，获得二次球料；
（4）将二次球料在1400~1450℃条件下保温2~3小时，进行第二次煅烧，获得致密二铝酸钙耐火熟料。
3.根据权利要求2所述的致密二铝酸钙耐火熟料的制备方法，其特征在于所述的一氧化锰微粉纯度≥98.00%，粒度≤10μm。
4.根据权利要求2所述的致密二铝酸钙耐火熟料的制备方法，其特征在于所述的铝矾土中Al2O3 的重量含量≥75.20%，石灰石中CaO 的重量含量≥50.50%。
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