CN107311677B - 一种钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料及其制备方法 - Google Patents

一种钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钛铝酸钙‑莫来石复相耐火材料及其制备方法。其技术方案是：以40~45wt%的莫来石颗粒、10~20wt%的莫来石细粉、20~30wt%的钛铝酸钙颗粒、5~10wt%的碳化硅细粉和5~10wt%的刚玉细粉为原料，外加所述原料3~4wt%的纯铝酸钙水泥、0.05~0.2wt%的减水剂和4~6wt%的水，搅拌6~8min，振动成型，室温条件下养护40~48h，于90~115℃条件下干燥20~30h，制得钛铝酸钙‑莫来石复相耐火材料。本发明具有成本低廉、工艺简单和成品率高的特点；所制备的钛铝酸钙‑莫来石复相耐火材料的显气孔率较低、抗折耐压强度较大、导热系数小和抗热震稳定性优良的特点。

Description

一种钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料及其制备方法
技术领域
本发明属于喷吹脱硫技术领域。具体涉及一种钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料及其制备方法。
背景技术
随着冶炼行业产生的大量废渣的堆积，不仅占用空间且影响环境，故将废弃物进行利用具有重大的意义。当前，在铁水脱硫过程中，脱硫枪用耐火材料主要是刚玉-莫来石质浇注料、焦宝石-莫来石-刚玉质浇注料和刚玉质浇注料等各类制品。如“SiO2微粉和Al2O3微粉加入量对莫来石-刚玉浇注料性能的影响”（李洪波,赵继增,陈奇．SiO2微粉和Al2O3微粉加入量对莫来石-刚玉浇注料性能的影响[J]．耐火材料，2007，41(6)：435-438.）一文中，采用莫来石M45、电熔莫来石、刚玉粉、SiO2微粉和Al2O3微粉作为原料，以纯铝酸钙水泥作为结合剂制备莫来石-刚玉浇注料，虽然降低了制品的显气孔率，提高了体积密度和强度，但是其抗热震性能较差，且引入的莫来石较多，提高了材料的成本；再如“SiAlON对刚玉-莫来石质脱硫喷枪性能的影响”（江山,张德国等．SiAlON对刚玉-莫来石质脱硫喷枪性能的影响[J]．耐火材料,2006,40(3): 234-235.）一文中，只有当SiAlON的添加量很大时，制品才有较好的高温强度和抗渣性能，故材料的成本很高。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种成本低廉、成品率高和工艺简单的钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料的制备方法，用该方法制备的钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料显气孔率较低、抗折耐压强度较大、导热系数小和抗热震稳定性优良。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：以40~45wt%的莫来石颗粒、10~20wt%的莫来石细粉、20~30wt%的钛铝酸钙颗粒、5~10wt%的碳化硅细粉和5~10wt%的刚玉细粉为原料，外加所述原料3~4wt%的纯铝酸钙水泥、0.05~0.2wt%的减水剂和4~6wt%的水，搅拌6~8min，振动成型，室温条件下养护40~48h，于90~115℃条件下干燥20~30h，制得钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料。
所述莫来石颗粒的主要化学成分是：Al2O3含量≥61.8wt%，SiO2含量≥36.5wt%，Fe2O3含量≥1.01wt%；所述莫来石颗粒：密度为3.16g/cm3，显气孔率为14.5%，粒度为≤8mm。
所述莫来石细粉的主要化学成分是：Al2O3含量≥61.8wt%，SiO2含量≥36.5wt%，Fe2O3含量≥1.01wt%；所述莫来石细粉的粒度为≤0.088mm。
所述钛铝酸钙颗粒的主要化学成分是：Al2O3含量≥74.18wt%，CaO含量≥11.69wt%，TiO2含量≥11.08wt%，Fe2O3含量≥1.03wt%，MgO≤1.51wt%，SiO2含量≤0.42wt%；所述钛铝酸钙颗粒的密度为3.28g/cm3，钛铝酸钙颗粒的粒度≤3mm。
所述碳化硅细粉的SiC含量≥98.78wt%；所述碳化硅颗细粉的粒度为≤0.088mm。
所述刚玉细粉的Al2O3含量≥96.6wt%；所述刚玉细粉的粒度为≤0.088mm。
所述减水剂为萘系减水剂或为聚羧酸类减水剂。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明选用的原料钛铝酸钙来源丰富，成本低廉，且制备该原料的工艺流程简单，无需特殊的处理技术与设备，故制备钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料的工艺简单和成本低廉。
2、本发明利用钛铝酸钙原料本身的多物相性，如：原料中的CA6物相较低的热膨胀系数以及与氧化铝任何比例的配合使用，另外其片状的晶形可作为增韧相提高材料的强度；再如：原料中的金红石相可作为助烧剂，促进莫来石的烧结。此外，试样中的CA2、CA6等物相均可以和由纯铝酸钙水泥引入的CaO反应，降低了CaO对材料高温性能的影响。
3、本发明利用钛铝酸钙原料的优良特性，如：高的熔点、高的耐火度、低的磨损量、较低的热膨胀系数、较低的热导率和优良的抗热震性能。降低钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料的显气孔率和导热系数，提高了钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料的抗折耐压强度和抗热震稳定性。
本发明所制备的钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料经检测：成品率为99.0~99.5%；体积密度为2.65~2.75g·cm-3；显气孔率为12~15%；抗折强度15~18MPa；耐压强度为115~125MPa；导热系数为1.58~1.68W·m-1·K-1(1000℃)；热膨胀系数为4.65×10-6~ 5.15×10-6℃-1(1400℃)；热震（∆T=1100℃，水冷3次）后强度保持率为60~70%。
因此，本发明具有成本低廉、工艺简单和成品率高的特点；所制备的钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料的显气孔率较低、抗折耐压强度较大、导热系数小和抗热震稳定性优良的特点。
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，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的原料和同意描述如下，实施例中不再赘述：
所述莫来石颗粒的主要化学成分是：Al2O3含量≥61.8wt%，SiO2含量≥36.5wt%，Fe2O3含量≥1.01wt%；所述莫来石颗粒：密度为3.16g/cm3，显气孔率为14.5%，粒度≤8mm。
所述莫来石细粉的主要化学成分是：Al2O3含量≥61.8wt%，SiO2含量≥36.5wt%，Fe2O3含量≥1.01wt%；所述莫来石细粉的粒度≤0.088mm。
所述钛铝酸钙颗粒的主要化学成分是：Al2O3含量≥74.18wt%，CaO含量≥11.69wt%，TiO2含量≥11.08wt%，Fe2O3含量≥1.03wt%，MgO≤1.51wt%，SiO2含量≤0.42wt%；所述钛铝酸钙颗粒的密度为3.28g/cm3，钛铝酸钙颗粒的粒度≤3mm。
所述碳化硅细粉的SiC含量≥98.78wt%；所述碳化硅颗细粉的粒度≤0.088mm。
所述刚玉细粉的Al2O3含量≥96.6wt%；所述刚玉细粉的粒度≤0.088mm。
所述减水剂为萘系减水剂或为聚羧酸类减水剂。
实施例1
一种钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以40~42wt%的莫来石颗粒、10~14wt%的莫来石细粉、26~30wt%的钛铝酸钙颗粒、8~10wt%的碳化硅细粉和8~10wt%的刚玉细粉为原料，外加所述原料3~4wt%的纯铝酸钙水泥、0.05~0.2wt%的萘系减水剂和4~4.7wt%的水，搅拌6~8min，振动成型，室温条件下养护40~43h，于90~115℃条件下干燥20~30h，制得钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料。
本实施例所制备的钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料经检测：成品率为99.0~99.5%；体积密度为2.69~2.73g·cm-3；显气孔率为12.5~13.5%；抗折强度16~17.5MPa；耐压强度为119~123MPa；导热系数为1.6~1.64W·m-1·K-1(1000℃)；热膨胀系数为4.75×10-6~4.95×10-6℃-1(1400℃)；热震（∆T=1100℃，水冷3次）后强度保持率为62~66%。
实施例2
一种钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以41~43wt%的莫来石颗粒、12~16wt%的莫来石细粉、24~28wt%的钛铝酸钙颗粒、7~9wt%的碳化硅细粉和6~8wt%的刚玉细粉为原料，外加所述原料3~4wt%的纯铝酸钙水泥、0.05~0.2wt%的聚羧酸类减水剂和4.4~5.1wt%的水，搅拌6~8min，振动成型，室温条件下养护42~44h，于90~115℃条件下干燥20~30h，制得钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料。
本实施例所制备的钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料经检测：成品率为99.0~99.5%；体积密度为2.71~2.75g·cm-3；显气孔率为12~13%；抗折强度17~18MPa；耐压强度为121~125MPa；导热系数为1.58~1.62W·m-1·K-1(1000℃)；热膨胀系数为4.65×10-6~4.85×10-6℃-1(1400℃)；热震（∆T=1100℃，水冷3次）后强度保持率为66~70%。
实施例3
一种钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以42~44wt%的莫来石颗粒、14~18wt%的莫来石细粉、22~26wt%的钛铝酸钙颗粒、5~7wt%的碳化硅细粉和7~9wt%的刚玉细粉为原料，外加所述原料3~4wt%的纯铝酸钙水泥、0.05~0.2wt%的萘系减水剂和4.8~5.5wt%的水，搅拌6~8min，振动成型，室温条件下养护43~46h，于90~115℃条件下干燥20~30h，制得钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料。
本实施例所制备的钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料经检测：成品率为99.0~99.5%；体积密度为2.67~2.71g·cm-3；显气孔率为13~14%；抗折强度为15.5~16.5MPa；耐压强度为117~121MPa；导热系数为1.64~1.68W·m-1·K-1(1000℃)；热膨胀系数为4.85×10-6~ 5.05×10-6℃-1(1400℃)；热震（∆T=1100℃，水冷3次）后强度保持率为64~68%。
实施例4
一种钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以43~45wt%的莫来石颗粒、16~20wt%的莫来石细粉、20~24wt%的钛铝酸钙颗粒、6~8wt%的碳化硅细粉和5~7wt%的刚玉细粉为原料，外加所述原料3~4wt%的纯铝酸钙水泥、0.05~0.2wt%的聚羧酸类减水剂和5.2~6wt%的水，搅拌6~8min，振动成型，室温条件下养护44~48h，于90~115℃条件下干燥20~30h，制得钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料。
本实施例所制备的钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料经检测：成品率为99.0~99.5%；体积密度为2.65~2.69g·cm-3；显气孔率为13.5~15%；抗折强度15~16MPa；耐压强度为115~119MPa；导热系数为1.62~1.66W·m-1·K-1(1000℃)；热膨胀系数为4.95×10-6~5.15×10-6℃-1(1400℃)；热震（∆T=1100℃，水冷3次）后强度保持率为60~64%。
本具体实施方式与现有技术相比具有以下优点：
1、本具体实施方式选用的原料钛铝酸钙来源丰富，成本低廉，且制备该原料的工艺流程简单，无需特殊的处理技术与设备，故制备钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料的工艺简单和成本低廉。
2、本具体实施方式利用钛铝酸钙原料本身的多物相性，如：原料中的CA6物相较低的热膨胀系数以及与氧化铝任何比例的配合使用，另外其片状的晶形可作为增韧相提高材料的强度；再如：原料中的金红石相可作为助烧剂，促进莫来石的烧结。此外，试样中的CA2、CA6等物相均可以和由纯铝酸钙水泥引入的CaO反应，降低了CaO对材料高温性能的影响。
3、本具体实施方式利用钛铝酸钙原料的优良特性，如：高的熔点、高的耐火度、低的磨损量、较低的热膨胀系数、较低的热导率和优良的抗热震性能，降低钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料的显气孔率和导热系数，提高了钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料的抗折耐压强度和抗热震稳定性。
本具体实施方式所制备的钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料经检测：成品率为99.0~99.5%；体积密度为2.65~2.75g·cm-3；显气孔率为12~15%；抗折强度15~18MPa；耐压强度为115~125MPa；导热系数为1.58~1.68W·m-1·K-1(1000℃)；热膨胀系数为4.65×10-6~5.15×10-6℃-1(1400℃)；热震（∆T=1100℃，水冷3次）后强度保持率为60~70%。
因此，本具体实施方式具有成本低廉、工艺简单和成品率高的特点；所制备的钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料的显气孔率较低、抗折耐压强度较大、导热系数小和抗热震稳定性优良的特点。

Claims (8)

1.一种钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料的制备方法，其特征在于：以40~45wt%的莫来石颗粒、10~20wt%的莫来石细粉、20~30wt%的钛铝酸钙颗粒、5~10wt%的碳化硅细粉和5~10wt%的刚玉细粉为原料，外加所述原料3~4wt%的纯铝酸钙水泥、0.05~0.2wt%的减水剂和4~6wt%的水，搅拌6~8min，振动成型，室温条件下养护40~48h，于90~115℃条件下干燥20~30h，制得钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料；
所述莫来石颗粒的粒度≤8mm；
所述莫来石细粉的粒度≤0.088mm；
所述钛铝酸钙颗粒的粒度≤3mm；
所述碳化硅颗细粉的粒度≤0.088mm；
所述刚玉细粉的粒度≤0.088m。
2.根据权利要求1所述的钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料的制备方法，其特征在于所述莫来石颗粒的主要化学成分是：Al2O3含量≥61.8wt%，SiO2含量≥36.5wt%，Fe2O3含量≥1.01wt%；所述莫来石颗粒：密度为3.16g/cm3，显气孔率为14.5%。
3.根据权利要求1所述的钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料的制备方法，其特征在于所述莫来石细粉的主要化学成分是：Al2O3含量≥61.8wt%，SiO2含量≥36.5wt%，Fe2O3含量≥1.01wt%。
4.根据权利要求1所述的钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料的制备方法，其特征在于所述钛铝酸钙颗粒的主要化学成分是：Al2O3含量≥74.18wt%，CaO含量≥11.69wt%，TiO2含量≥11.08wt%，Fe2O3含量≥1.03wt%，MgO≤1.51wt%，SiO2含量≤0.42wt%；所述钛铝酸钙颗粒的密度为3.28g/cm3。
5.根据权利要求1所述的钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料的制备方法，其特征在于所述碳化硅细粉的SiC含量≥98.78wt%。
6.根据权利要求1所述的钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料的制备方法，其特征在于所述刚玉细粉的Al2O3含量≥96.6wt%m。
7.根据权利要求1所述的钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料的制备方法，其特征在于所述减水剂为萘系减水剂或为聚羧酸类减水剂。
8.一种钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料，其特征在于所述钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料是根据权利要求1~7项中任一项所述的钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料的制备方法所制备的钛铝酸钙-莫来石复相耐火材料。
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