CN106083077B - 一种致密ca2-ca6复相轻质耐火熟料及其制备方法 - Google Patents

一种致密ca2-ca6复相轻质耐火熟料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种致密CA2‑CA6复相轻质耐火熟料及其制备方法,其成分按重量百分比含Al2O3 77.2~84.6%,CaO 11.4~20.8%,MnO 2.0~4.0%;其相对密度为91.3~95.2%,显气孔率为2.6~3.8%。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,在煅烧过程中一氧化锰固溶到CA2、CA6晶相中形成固溶体,促使CA2、CA6相发生晶格畸变,活性提高,有效促进了CA2‑CA6复相轻质耐火熟料的烧结与致密化行为,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CA2‑CA6复相轻质耐火熟料。

Description

一种致密CA2-CA6复相轻质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CA2-CA6复相轻质耐火熟料及其制备方法。
背景技术
二铝酸钙(CaO·2Al2O3,简称CA2)和六铝酸钙(CaO·6Al2O3,简称CA6)是CaO-Al2O3二元系统中重要的高熔点化合物。其中,CA2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;CA6在含铁熔渣中的溶解度低,在还原气氛(CO)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,因此是非常好的抗高温,抗侵蚀,抗金属液和熔渣渗入,且CA6与Al2O3有很好的化学相容性和相近的热膨胀性,可以和氧化铝以任何比例配合使用。将CA2和CA6黄金搭档、强强联合、复合搭配可制备出性能更加优越用于高温炉衬或包衬的CA2-CA6复相耐火材料,在冶金、水泥、玻璃等高温行业有着十分广泛的应用前景。
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(4.10g/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CA6的真密度为(3.79 g/cm3),而CA2具有更小的真密度(2.88 g/cm3),可见如能用石灰石替代部分刚玉生产CA2-CA6复相轻质耐火材料,不仅可以显著降低生产成本,还可通过降低体积密度,实现耐火材料的轻量化,有利于减少高温炉衬或包衬的蓄热损失,促进节能减排。
在固相合成制备致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料的过程中,由于CaO-Al2O3系耐火材料在高温条件下内部存在很多化学反应,且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,难以通过一次煅烧获得致密的耐火熟料;同时,由于CA6相的烧结活性低,即使通过两次煅烧,也难以获得致密熟料,因此一般要求烧成温度不低于1700℃;此外,由于反应过程中CA6晶相间易枝晶搭桥互联形成网状多孔结构,进一步影响了CA2-CA6复相轻质耐火材料的烧结致密化。
发明内容
针对目前CaO-Al2O3系耐火熟料制备技术上存在的上述问题,本发明提供了一种制备致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料及其制备方法,目的是通过在制备过程中加入一氧化锰微粉,然后进行煅烧,在较低的煅烧温度和较短的保温时间条件下实现CA2-CA6耐火熟料的良好烧结,获得致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料。
本发明的致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料,其成分按重量百分比含Al2O3 77.2~84.6%,CaO 11.4~20.8%,MnO 2.0~4.0%;其相对密度为91.3~95.2%,显气孔率为2.6~3.8%。
本发明的致密CA2-CA6复相轻质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71.1~82.5%,石灰石占混合物料总重量的17.5~28.9%;
(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1200~1250℃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2.0~4.0%;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1550~1600℃条件下保温2~3小时,进行第二次煅烧,获得致密二铝酸钙六铝酸钙耐火熟料。
上述的铝矾土中Al2O3的重量含量≥73.8%,石灰石中CaO的重量含量≥50.2%。
上述的一氧化锰微粉纯度≥98.0%,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CA2-CA6复相轻质耐火熟料采用一氧化锰微粉作为促烧结剂,在煅烧过程中一氧化锰能固溶到CaO-Al2O3烧结体系当中,使体系内部晶相发生晶格畸变,活性提高,加速晶间扩散和晶间反应,促进烧结与致密化行为,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CA2-CA6复相轻质耐火熟料。
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85.6%,采用石灰石中CaO的重量百分含量54.5%。
制备的致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料成分按重量百分比含Al2O3 84.6%,CaO11.4%,MnO 4.0%;相对密度为91.3%,显气孔率为3.8%;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82.5%,石灰石占混合物料总重量的17.5%;
(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1250℃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4.0%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1600℃条件下保温3小时,进行第二次煅烧,获得致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料;
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CA2-CA6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、CA6的存在,从微观结构上进一步说明了添加剂MnO对Al2O3-CaO系耐火材料的烧结起到了有效的促进作用。将获得的致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料进行EDS分析,结果表明,添加的MnO存在于体系内部CA2、CA6晶相当中,形成了固溶体,会促使CA2、CA6相发生晶格畸变,活性提高,说明MnO的加入有效促进了CA2-CA6复相轻质耐火熟料的烧结与致密化行为。
实施例2
本实施例中采用的原料组成同实施例1。
制备的致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料成分按重量百分比含Al2O3 83.4%,CaO12.9%,MnO 3.7%;相对密度为91.6%,显气孔率为3.7%;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80.4%,石灰石占混合物料总重量的19.6%;
(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3.7%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140MPa 的压力下压制成球,获得二次球料;
(4)将二次球料在1600℃条件下保温3小时,进行第二次煅烧,获得致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料。
实施例3
本实施例中采用的铝矾土中Al2O3的重量含量73.8%,采用的石灰石中CaO的重量含量52.6%。
制备的致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料成分按重量百分比含Al2O3 82.7%, CaO13.8%,MnO 3.5%;其相对密度为92.1%,显气孔率为3.5%;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81.0%,石灰石占混合物料总重量的19.0%;
(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1250℃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3.5%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140MPa 的压力下压制成球,获得二次球料;
(4)将二次球料在1600℃条件下保温2小时,进行第二次煅烧,获得致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料。
实施例4
本实施例中采用的原料组成同实施例3。
制备的致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料成分按重量百分比含Al2O3 81.7%, CaO15.1%,MnO 3.2%;其相对密度为92.8%,显气孔率为3.4%;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79.4%,石灰石占混合物料总重量的20.6%;
(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3.2%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110MPa 的压力下压制成球,获得二次球料;
(4)将二次球料在1600℃条件下保温3小时,进行第二次煅烧,获得致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料。
实施例5
本实施例中采用的铝矾土中Al2O3的重量含量77.1%,采用的石灰石中CaO的重量含量50.2%。
制备的致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料成分按重量百分比含Al2O3 79.6%,CaO17.4%,MnO 3.0%;其相对密度为93.1%,显气孔率为3.2%;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74.9%,石灰石占混合物料总重量的25.1%;
(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1250℃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3.0%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1550℃条件下保温3小时,进行第二次煅烧,获得致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料。
实施例6
本实施例中采用的原料组成同实施例5。
制备的致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料成分按重量百分比含Al2O3 79.1%,CaO18.2%,MnO 2.7%;其相对密度为93.9%,显气孔率为3.0%;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73.9%,石灰石占混合物料总重量的26.1%;
(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2.7%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120MPa 的压力下压制成球,获得二次球料;
(4)将二次球料在1550℃条件下保温2小时,进行第二次煅烧,获得致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料。
实施例7
本实施例中采用的铝矾土中Al2O3的重量含量81.2%,采用的石灰石中CaO的重量含量53.8%。
制备的致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料成分按重量百分比含Al2O3 78.2%,CaO19.5%,MnO 2.3%;其相对密度为94.6%,显气孔率为2.7%;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72.6%,石灰石占混合物料总重量的27.4%;
(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1250℃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2.3%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130MPa 的压力下压制成球,获得二次球料;
(4)将二次球料在1550℃条件下保温2小时,进行第二次煅烧,获得致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料。
实施例8
本实施例中采用的原料组成同实施例7。
制备的致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料成分按重量百分比含Al2O3 77.2%,CaO20.8%,MnO 2.0%;其相对密度为95.2%,显气孔率为2.6%;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71.1%,石灰石占混合物料总重量的28.9%;
(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2.0%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100MPa 的压力下压制成球,获得二次球料;
(4)将二次球料在1550℃条件下保温2小时,进行第二次煅烧,获得致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料。

Claims (3)

1.一种致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料的制备方法,其特征在于该致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料的成分组成按重量百分比为含Al2O3 77.2~84.6%,CaO 11.4~20.8%,MnO 2.0~4.0%;产品特征为相对密度为91.3~95.2%,显气孔率为2.6~3.8%;其制备方法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71.1~82.5%,石灰石占混合物料总重量的17.5~28.9%;
(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1200~1250℃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2.0~4.0%;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1550~1600℃条件下保温2~3小时,进行第二次煅烧,获得致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料。
2.根据权利要求1所述的致密CA2-CA6复相轻质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≥98.0%,粒度≤10μm。
3.根据权利要求1所述的致密CA2-CA6复相轻质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≥73.8%,石灰石中CaO的重量含量≥50.2%。
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