CN106431433B

CN106431433B - 一种致密颗粒镁钙材料及其制备方法

Info

Publication number: CN106431433B
Application number: CN201610823568.2A
Authority: CN
Inventors: 魏耀武; 张奇; 李楠
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2016-09-14
Filing date: 2016-09-14
Publication date: 2019-03-19
Anticipated expiration: 2036-09-14
Also published as: CN106431433A

Abstract

本发明涉及一种致密颗粒镁钙材料及其制备方法。其技术方案是：将轻烧白云石水化，过滤，烘干，得到镁钙氢氧化物粉体。按镁钙氢氧化物粉体∶添加剂的质量比为1∶(0.002~0.05)配料，湿磨，过滤，烘干，粉磨。将粉磨得到的镁钙氢氧化物混合粉体置于造粒设备中，在1000~3000转/分钟的条件下加入占镁钙氢氧化物混合粉体8~30wt%的水，当有颗粒形成时，调至500~1000转/分钟，待全部造成镁钙氢氧化物颗粒颗粒止。将镁钙氢氧化物颗粒置于加热炉，在1400~1800℃保温1~5小时，以0.5~5升/分钟的流速通入氮气或氩气至35℃~70℃，即得致密颗粒镁钙材料。本发明工艺简单、成本低和能耗低；制备的致密颗粒镁钙材料使用温度高、高温性能稳定和抗水化性能好。

Description

一种致密颗粒镁钙材料及其制备方法

技术领域

本发明属于耐火材料和高温陶瓷技术领域。尤其涉及一种致密颗粒镁钙材料及其制备方法。

背景技术

镁钙材料在上世纪就成功应用于冶金行业，并对冶金行业技术的进步起到了积极作用，但因制品易发生水化，在使用中受到了一定的限制。上世纪60年代后，碱性炼钢转炉在全世界范围内迅速推广，作为碱性耐火材料的镁钙质材料受到了重视，从而有了较快的发展。在镁钙原料的制作方面，由单一的焦炭竖窑一步煅烧发展成为二步煅烧白云石熟料、人工合成煅烧白云石熟料和电熔镁白云石熟料等，生产的镁钙砂质量不断提高。近年，炼钢技术向高级化和洁净化方面发展。随着对杂质含量低的洁净钢需求日益增加，人们还希望耐火材料不污染钢水，最好具有一定洁净钢水的能力。这种情况下，热力学稳定和抗碱性渣侵蚀强的含游离氧化钙的镁钙材料受到了国内外普遍重视，特别是其所具有净化钢水的功能，使其成为现代钢铁工业中重要的基础材料，具有广泛的开发应用前景。

镁钙砂是制备镁钙制品的主要原料。镁钙砂的制备方法主要包括一步和两步煅烧法。一步煅烧法是将天然白玉石直接在高温中煅烧，为了得到气孔率小于6%的镁钙砂，煅烧温度在1850℃以上。二步煅烧法是指将轻烧白云石粉碎和高压成球后再经高温煅烧制得，煅烧温度在1600~1800℃。将一步或二步煅烧法制得镁钙材料坯体，进行破碎即可得到镁钙砂颗粒。

可以看出，现有镁钙颗粒的制备方法不仅成本和能耗高，并且工艺复杂。关键是在现有的技术路线中，经高温处理后的镁钙坯体表面的烧结层在破碎过程中被严重破坏，破碎后暴露出了新的表面，从而导致镁钙颗粒极易水化，给镁钙原料的储备和氧化钙基材料的生产带来了极大困难。

发明内容

本发明旨在克服现有技术不足，目的是提供一种工艺简单、成本和能耗较低的致密颗粒镁钙材料的制备方法，用该方法制备的致密颗粒镁钙材料使用温度高、高温性能稳定和抗水化性能好。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：先将轻烧白云石水化，过滤，再将过滤后的浆体烘干，得到镁钙氢氧化物粉体。按所述镁钙氢氧化物粉体∶添加剂的质量比为1∶(0.002~0.05)配料，湿磨，过滤，烘干，粉磨，即得镁钙氢氧化物混合粉体。

将所述镁钙氢氧化物混合粉体置于造粒设备的料桶中，在转子转速为1000~3000转/分钟的条件下，向所述料筒中加入所述混合粉体8~30wt%的水，当开始有镁钙氢氧化物颗粒形成时，将转子转速调至500~1000转/分钟；待全部造成镁钙氢氧化物颗粒时，结束造粒。在整个造粒过程中，转子和料筒始终保持反向运行。

将所述镁钙氢氧化物颗粒置于加热炉中，于1400~1800℃条件下保温1~5小时，然后以0.5~5升/分钟的流速向炉内通入氮气或氩气至35℃~70℃，即得致密颗粒镁钙材料。

所述轻烧白云石的主要化学成分是：CaO含量≥30wt%，MgO含量≥20wt%；所述轻烧白云石的粒径为0.1~50mm。

所述镁钙氢氧化物混合粉体的粒径为1~300μm。

所述添加剂为氢氧化锆粉末、氧化锆粉末、氧化钇和氧化镧粉末中的一种，所述添加剂的粒径为1~300μm。

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：

1）本发明直接对镁钙氢氧化物粉体造粒，高温处理后即得致密颗粒镁钙材料，可以直接使用。生产工艺较简单，成本和能耗较低。

2）本发明由于造粒设备制备的原料颗粒的粒度小，高温处理过程中，含有添加剂的镁钙氢氧化物分解彻底并达到烧结，最终得到的致密颗粒镁钙材料的烧结程度和体积密度高。

3）本发明无需对高温处理后得到的致密颗粒镁钙材料进行再次破碎加工，不会破坏镁钙颗粒表面在高温处理过程中形成的烧结层，因而，所得到的致密颗粒镁钙材料的抗水化性能好，便于存储和生产，可直接作为氧化钙基耐火材料和高温陶瓷制备的颗粒料使用。

4）本发明制备的致密颗粒镁钙材料的使用温度高达2000℃以上、真空条件下不易分解、高温性能稳定、体积密度大和抗水化性能好，是制备氧化钙基耐火材料和陶瓷等高级材料的新型原料。

本发明制备的致密颗粒镁钙材料经检测：CaO含量≥50wt%；MgO含量≥30wt%；体积密度≥2.7g/cm³。在50℃和90%湿度条件下，保持10h，于110℃烘干后，镁钙原料坯体的水化增重率≤2%。

因此，本发明具有工艺简单、成本和能耗低的特点；所制备的致密颗粒镁钙材料的使用温度高、高温性能稳定和抗水化性能好，是制备氧化钙基耐火材料和陶瓷等高级材料的新型原料。

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，现将本具体实施方式所涉及的技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：

所述镁钙氢氧化物混合粉体的粒径为1~300μm。

所述氢氧化锆粉末、氧化锆粉末、氧化钇和氧化镧粉末的粒径为1~300μm。

实施例1

一种致密颗粒镁钙材料及其制备方法。先将轻烧白云石水化，然后将过滤后的浆体烘干，得到镁钙氢氧化物粉体。再按所述镁钙氢氧化物粉体∶添加剂的质量比为1∶(0.002~0.1)配料，湿磨，过滤，烘干，粉磨，即得混合粉体。

将所述混合粉体置于造粒设备的料桶中，在转子转速为每分钟1000~1500转的条件下，向所述料筒中加入占所述混合粉体8~15wt%的水，当开始有颗粒形成时，将转子转速调至每分钟500~600转，待全部造成镁钙氢氧化物颗粒时，结束造粒。在整个造粒过程中，转子和料筒始终保持反向运行。

将所述镁钙氢氧化物颗粒置于加热炉中，于1400~1500℃条件下保温4~5小时，然后以每分钟0.5~2升的流速向炉内通入氮气至35℃~50℃，即得致密颗粒镁钙材料。

本实施例所述添加剂为氢氧化锆粉末。

本实施例制备的致密颗粒镁钙材料经检测：CaO含量≥50wt%，MgO含量≥30wt%，体积密度≥2.7g/cm³；在50℃和90%湿度条件下，保持10h，于110℃烘干后，镁钙颗粒的水化增重率≤2%。

实施例2

一种致密颗粒镁钙材料及其制备方法。先将轻烧白云石水化，然后将过滤后的浆体烘干，得到镁钙氢氧化物粉体。再按所述镁钙氢氧化物粉体∶添加剂的质量比为1∶(0.01~0.02)配料，湿磨，过滤，烘干，粉磨，即得混合粉体。

将所述混合粉体置于造粒设备的料桶中，在转子转速为每分钟1500~2000转的条件下，向所述料筒中加入占所述混合粉体15~30wt%的水，当开始有颗粒形成时，将转子转速调至每分钟600~700转，待全部造成镁钙氢氧化物颗粒时，结束造粒。在整个造粒过程中，转子和料筒始终保持反向运行。

将所述镁钙氢氧化物颗粒置于加热炉中，于1500~1600℃条件下保温3~4小时，然后以每分钟2~3升的流速向炉内通入氩气至50℃~60℃，即得致密颗粒镁钙材料。

本实施例所述添加剂为氧化锆粉末。

本实施例制备的致密颗粒镁钙材料经检测：CaO含量≥51wt%，MgO含量≥31wt%，体积密度≥2.9g/cm³；在50℃和90%湿度条件下，保持10h，于110℃烘干后，镁钙颗粒的水化增重率≤1%。

实施例3

一种致密颗粒镁钙材料及其制备方法。先将轻烧白云石水化，然后将过滤后的浆体烘干，得到镁钙氢氧化物粉体。再按所述镁钙氢氧化物粉体∶添加剂的质量比为1∶(0.02~0.03)配料，湿磨，过滤，烘干，粉磨，即得混合粉体。

将所述混合粉体置于造粒设备的料桶中，在转子转速为每分钟2000~2500转的条件下，向所述料筒中加入占所述混合粉体10~30wt%的水，当开始有颗粒形成时，将转子转速调至每分钟700~800转，待全部造成镁钙氢氧化物颗粒时，结束造粒。在整个造粒过程中，转子和料筒始终保持反向运行。

将所述镁钙氢氧化物颗粒置于加热炉中，于1600~1800℃条件下保温1~2小时，然后以每分钟3~4升的流速向炉内通入氮气至60℃~70℃，即得致密颗粒镁钙材料。

本实施例所述添加剂为氧化钇粉末。

本实施例制备的致密颗粒镁钙材料经检测：CaO含量≥52wt%，MgO含量≥32wt%，体积密度≥3.0g/cm³。在50℃和90%湿度条件下，保持10h，于110℃烘干后，镁钙颗粒的水化增重率≤0.8%。

实施例4

一种致密颗粒镁钙材料及其制备方法。先将轻烧白云石水化，然后将过滤后的浆体烘干，得到镁钙氢氧化物粉体。再按所述镁钙氢氧化物粉体∶添加剂的质量比为1∶(0.03~0.05)配料，湿磨，过滤，烘干，粉磨，即得混合粉体。

将所述混合粉体置于造粒设备的料桶中，在转子转速为每分钟2500~3000转的条件下，向所述料筒中加入占所述混合粉体20~30wt%的水，当开始有颗粒形成时，将转子转速调至每分钟800~1000转，待全部造成镁钙氢氧化物颗粒时，结束造粒；在整个造粒过程中，转子和料筒始终保持反向运行。

将所述镁钙氢氧化物颗粒置于加热炉中，于1600~1800℃条件下保温2~3小时，然后以每分钟4~5升的流速向炉内通入氮气至35℃~50℃，即得致密颗粒镁钙材料。

本实施例所述添加剂为氧化镧粉末。

本实施例制备的致密颗粒镁钙材料经检测：CaO含量≥53wt%；MgO含量≥33wt%；体积密度≥3.1g/cm³。在50℃和90%湿度条件下，保持10h，于110℃烘干后，镁钙颗粒的水化增重率≤0.5%。

本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：

1）本具体实施方式直接对镁钙氢氧化物粉体造粒，高温处理后即得致密颗粒镁钙材料,可以直接使用；生产工艺简单，成本和能耗低。

2）本具体实施方式经造粒设备制备的原料颗粒的粒度小，高温处理过程中，含有添加剂的氢氧化物分解彻底，最终得到的致密颗粒镁钙材料的烧结程度和体积密度高。

3）本具体实施方式无需对高温处理后得到的致密颗粒镁钙材料进行再次破碎加工，不会破坏镁钙颗粒表面在高温处理过程中形成的烧结层，因而，所得到的致密颗粒镁钙材料的抗水化性能好，便于存储和生产，可直接作为氧化钙基耐火材料和高温陶瓷制备的颗粒料使用。

4）本具体实施方式制备的致密颗粒镁钙材料的使用温度高达2000℃以上、真空条件下不易分解、高温性能稳定、体积密度大和抗水化性能好，是制备氧化钙基耐火材料和陶瓷等高级材料的新型原料。

本具体实施方式制备的致密颗粒镁钙材料经检测：CaO含量≥50wt%；MgO含量≥30wt%；体积密度≥2.7g/cm³。在50℃和90%湿度条件下，保持10h，于110℃烘干后，镁钙原料坯体的水化增重率≤2%。

因此，本具体实施方式具有工艺简单、成本低和能耗低的特点；所制备的致密颗粒镁钙材料的使用温度高、高温性能稳定和抗水化性能好，是制备氧化钙基耐火材料和陶瓷等高级材料的新型原料。

Claims

1.一种致密颗粒镁钙材料的制备方法，其特征在于：先将轻烧白云石水化，过滤，再将过滤后的浆体烘干，得到镁钙氢氧化物粉体；按所述镁钙氢氧化物粉体∶添加剂的质量比为1∶(0.002～0.05)配料，湿磨，过滤，烘干，粉磨，即得镁钙氢氧化物混合粉体；

将所述镁钙氢氧化物混合粉体置于造粒设备的料桶中，在转子转速为1000～3000转/分钟的条件下，向所述料筒中加入所述混合粉体8～30wt％的水，当开始有镁钙氢氧化物颗粒形成时，将转子转速调至500～1000转/分钟，待全部造成镁钙氢氧化物颗粒时，结束造粒；在整个造粒过程中，转子和料筒始终保持反向运行；

将所述镁钙氢氧化物颗粒置于加热炉中，于1400～1800℃条件下保温1～5小时，然后以0.5～5升/分钟的流速向炉内通入氮气或氩气至35℃～70℃，即得致密颗粒镁钙材料；

所述轻烧白云石的主要化学成分是：CaO含量≥30wt％，MgO含量≥20wt％；所述轻烧白云石的粒径为0.1～50mm；

所述添加剂为氢氧化锆粉末、氧化锆粉末、氧化钇和氧化镧粉末中的一种，所述添加剂的粒径为1～300μm。

2.根据权利要求1所述的致密颗粒镁钙材料的制备方法，其特征在于所述镁钙氢氧化物混合粉体的粒径为1～300μm。

3.一种致密颗粒镁钙材料，其特征在于所述致密颗粒镁钙材料是根据权利要求1～2项中任一项所述的致密颗粒镁钙材料的制备方法所制备的致密颗粒镁钙材料。