CN108046782A - 刚玉-铝尖晶石浇注料及其制备方法以及刚玉-铝尖晶石的制备方法 - Google Patents

刚玉-铝尖晶石浇注料及其制备方法以及刚玉-铝尖晶石的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于刚玉‑铝尖晶石浇注料技术领域，尤其涉及一种刚玉‑铝尖晶石浇注料及其制备方法以及刚玉‑铝尖晶石的制备方法：以粒径依次为3～5mm、1～3mm和0.1～1mm的刚玉‑铝尖晶石颗粒为骨料，以粒径小于0.074mm的刚玉‑铝尖晶石细粉、铝尖晶石细粉、刚玉细粉、硅微粉、α‑Al2O3微粉为基质，以铝酸盐水泥为结合剂；将基质、结合剂混合，再加入所述骨料，搅拌混匀，即可得到浇注料。本发明工艺简单，所制制品平均孔径为纳米级，具备导热系数低、抗介质侵蚀渗透性能好和热震稳定性高的效果，适用于高炉主沟和渣沟等部位。

Description

刚玉-铝尖晶石浇注料及其制备方法以及刚玉-铝尖晶石的制 备方法
技术领域
本发明属于刚玉-铝尖晶石浇注料技术领域，尤其涉及一种刚玉-铝尖晶石浇注料及其制备方法以及刚玉-铝尖晶石的制备方法。
背景技术
刚玉-铝尖晶石浇注料广泛应用于高炉铁沟等部位，具有施工方便、高温力学性能强和抗渣性能好等的优点，在广泛的运用中，还存在以下问题有待改进：
(1)导热系数较高，由于现有刚玉浇注料采用致密刚玉骨料制备，导热系数较大，通过铁沟时散热较多，致使铁水温度下降较快，消耗大量能源；
(2)热震稳定性较差，在铁沟工作过程中，温度剧变致使刚玉浇注料承受巨大的热应力，破坏材料结构，产生剥落损毁；
(3)成分分布不均，而在铝尖晶石浇注料中，尖晶石一般分布在基质中，造成尖晶石在材料中分布不均，容易因尖晶石热膨胀系数造成内应力。
因此，需要采用刚玉-铝尖晶石骨料代替现有刚玉浇注料中致密刚玉骨料来克服上述问题。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单和平均孔径为纳米级的刚玉-铝尖晶石浇注料的制备方法，用该方法制备的刚玉-铝尖晶石浇注料导热系数低、抗介质侵蚀渗透性能好和热震稳定性高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
所述刚玉-铝尖晶石浇注料由骨料、基质和结合剂组成，以所述骨料、所述基质和所述结合剂总重量为基准，所述骨料为26～40重量％的粒径为3～5mm 刚玉-铝尖晶石颗粒、12～20重量％的粒径为1～3mm的刚玉-铝尖晶石颗粒和 10～20重量％的粒径为0.1～1mm的刚玉-铝尖晶石颗粒；所述基质为以3～5 重量％的粒径小于0.074mm的刚玉-铝尖晶石细粉、6～12重量％的铝尖晶石细粉、8～12重量％的刚玉细粉、2～5重量％的硅微粉、5～8重量％的α-Al2O3微粉；所述结合剂为2～5重量％的铝酸盐水泥。
在本发明中，所述铝尖晶石细粉的粒径小于0.074mm；所述铝尖晶石细粉的Al2O3含量为70～90重量％。
在本发明中，所述刚玉细粉的粒径小于0.074mm；所述刚玉细粉的Al2O3含量大于98.5重量％。
在本发明中，所述硅微粉的粒径小于0.074mm；所述硅微粉的Si02含量大于96重量％。
在本发明中，所述α-Al2O3微粉的粒径小于0.005mm；所述α-Al2O3微粉的 Al2O3含量大于99重量％。
在本发明中，所述铝酸盐水泥的粒径小于0.074mm；所述铝酸盐水泥的 Al2O3含量为66～72重量％。
第二方面本发明还提供一种制备所述刚玉-铝尖晶石浇注料的方法，该方法包括以下步骤：
将所述基质、所述结合剂混合，再加入所述骨料，搅拌均匀。
第三方面本发明还提供一种制备所述刚玉-铝尖晶石的方法，该方法包括以下步骤：
(1)将氢氧化铝细粉置于高温炉内，先以1～2℃/min的速率升温至400～550℃，保温3～6小时，再以2～3.6℃/min的速率升温至1200～1600℃，保温 3～6小时，冷却，得到氧化铝粉体；
(2)将所述氧化铝粉体在220～300℃条件下保温3～6h，冷却，在80～ 180MPa条件下机压成型，于110℃条件下干燥24～36小时；然后置于高温炉内，以2～4℃/min的速率升温至1200～1600℃，保温3～5h，再以4～6℃/min的速率升温至1500～1700℃，保温2～6h，冷却，即得刚玉-铝尖晶石。
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)本发明采用的刚玉-铝尖晶石：利用氢氧化铝细粉在400～550℃条件下分解产生纳米级气孔，形成氧化铝微晶，利用其在1200～1600℃时会发生表面扩散和物质传输过程，从而使氧化铝微晶之间产生颈部链接，以限制烧结中后期的颗粒重排，得到高孔隙率的氧化铝粉体，降低了刚玉-铝尖晶石浇注料的导热系数，一方面会使氧化铝颗粒间的气孔纳米化，增强纳米孔径的刚玉-铝尖晶石的强度，降低化刚玉-铝尖晶石浇注料的透气度和导热系数，另一方面氧化铝原位反应生成尖晶石，由于尖晶石生成在氧化铝颗粒的颈部，形成氧化铝颗粒颈部间的连接，阻止了氧化铝颗粒在高温烧结过程中的重排，提高了刚玉-铝尖晶石浇注料的抗渣侵蚀渗透性能和热震稳定性；
(2)本发明在刚玉-铝尖晶石浇注料的制备过程中：采用纳米孔径的刚玉-铝尖晶石颗粒为骨料，骨料中的纳米级气孔不仅可以有效降低浇注料的导热系数，还能吸收温度剧变产生的热应力，阻挡裂纹的进一步扩展，提高浇注料的抗热震性能，同时可以有效阻挡熔渣的侵蚀和渗透；在骨料和基质中引入预合成的铝尖晶石，既能有效吸收溶渣中的铁离子增加渗透熔渣粘度，又能使铝尖晶石在刚玉-铝尖晶石浇注料中分布更加均匀，改善刚玉与铝尖晶石物相间的应力分布情况，提高刚玉-铝尖晶石浇注料的抗渣性能和抗剥落性能；基质中刚玉细粉、硅微粉和α-Al2O3微粉原位生成具有一定体积膨胀的铝尖晶石，堵塞细粉之间的孔隙，使气孔孔径纳米化，能有效提高刚玉-铝尖晶石浇注料的抗渣渗透性能；
(3)本发明所制备的刚玉铝尖晶石浇注料经检测：线变化率为±0.5％；体积密度为2.6～2.75g/cm3；耐压强度为60～80MPa；抗渣侵蚀渗透性能好；热震稳定性高。
因此，本发明的工艺简单，所制备的刚玉-铝尖晶石浇注料平均孔径为纳米级，具备导热系数低、抗介质侵蚀渗透性能好和热震稳定性高的优点，适用于高炉主沟和渣沟等部位。
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中的骨料、基质和结合剂统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述刚玉-铝尖晶石陶瓷经破碎和筛分，分别得到：
粒径为3～5mm的纳米孔径的刚玉-铝尖晶石颗粒；
粒径为1～3mm的纳米孔径的刚玉-铝尖晶石颗粒；
粒径为0.1～1mm的纳米孔径的刚玉-铝尖晶石颗粒；
粒径小于0.074mm的纳米孔径的刚玉-铝尖晶石细粉。
所述刚玉-铝尖晶石颗粒：显气孔率为15～45％，体积密度为1.60～ 2.70g/cm3，平均孔径为200～950nm，物相组成为刚玉和铝尖晶石。
所述铝尖晶石细粉的粒径小于0.074mm；所述铝尖晶石细粉的Al2O3含量为 70～90重量％。
所述刚玉细粉的粒径小于0.074mm；所述刚玉细粉的Al2O3含量大于98.5 重量％。
所述硅微粉的粒径小于0.074mm；所述硅微粉的SiO2含量大于96重量％。
所述α-Al2O3微粉的粒径小于0.005mm；所述α-Al2O3微粉的Al2O3含量大于99重量％。
所述铝酸盐水泥的粒径小于0.074mm；所述铝酸盐水泥的Al2O3含量为66～ 72重量％。
所述氢氧化铝细粉的粒径小于0.088mm；所述氢氧化铝细粉的Al2O3含量为 60～66重量％。
实施例1
一种刚玉-铝尖晶石浇注料及其制备方法及其刚玉-铝尖晶石颗粒的制备方法，
所述刚玉-铝尖晶石浇注料由骨料、基质和结合剂组成，以所述骨料、所述基质和所述结合剂总重量为基准，所述骨料为28～32重量％的粒径为3～5mm 刚玉-铝尖晶石颗粒、15～19重量％的粒径为1～3m的刚玉-铝尖晶石颗粒和 12～18重量％的粒径为0.1～1mm的刚玉-铝尖晶石颗粒；所述基质为以4～5 重量％的粒径小于0.074mm的刚玉-铝尖晶石细粉、10～12重量％的铝尖晶石细粉、8～9重量％的刚玉细粉、2～4重量％的硅微粉、5～6重量％的α-Al2O3微粉；所述结合剂为2～3重量％的铝酸盐水泥。
将所述基质、所述结合剂混合，再加入所述骨料，搅拌均匀。
(1)将氢氧化铝细粉置于高温炉内，先以1.2℃/min的速率升温至400℃，保温3小时，再以2℃/min的速率升温至1200℃，保温3小时，冷却，得到氧化铝粉体；
(2)将所述氧化铝粉体在220℃条件下保温3h，冷却，在80MPa条件下机压成型，于110℃条件下干燥24小时；然后置于高温炉内，以2℃/min的速率升温至1200℃，保温3h，再以4℃/min的速率升温至1500℃，保温2h，冷却，即得刚玉-铝尖晶石。
本实施例中刚玉-铝尖晶石颗粒：显气孔率为29～38％；体积密度为1.70～ 2.5g/cm3；平均孔径为550～600nm；物相组成为刚玉和铝尖晶石。
本实施例所制备的刚玉-铝尖晶石浇注料经检测：线变化率为+0.35％；体积密度为2.63g/cm3；耐压强度为63MPa；抗渣侵蚀渗透性能好；热震稳定性高。
实施例2
一种刚玉-铝尖晶石浇注料及其制备方法及其刚玉-铝尖晶石颗粒的制备方法，
所述刚玉-铝尖晶石浇注料由骨料、基质和结合剂组成，以所述骨料、所述基质和所述结合剂总重量为基准，所述骨料为29～32重量％的粒径为3～5mm 刚玉-铝尖晶石颗粒、18～19重量％的粒径为1～3m的刚玉-铝尖晶石颗粒和 15～18重量％的粒径为0.1～1mm的刚玉-铝尖晶石颗粒；所述基质为以4～5 重量％的粒径小于0.074mm的刚玉-铝尖晶石细粉、10～12重量％的铝尖晶石细粉、8～9重量％的刚玉细粉、2～4重量％的硅微粉、5～6重量％的α-Al2O3微粉；所述结合剂为2～3重量％的铝酸盐水泥。
将所述基质、所述结合剂混合，再加入所述骨料，搅拌均匀。
(1)将氢氧化铝细粉置于高温炉内，先以1.5℃/min的速率升温至450℃，保温4小时，再以2℃/min的速率升温至1300℃，保温5小时，冷却，得到氧化铝粉体；
(2)将所述氧化铝粉体在220℃条件下保温3h，冷却，在80MPa条件下机压成型，于110℃条件下干燥24小时；然后置于高温炉内，以3℃/min的速率升温至1300℃，保温3h，再以4℃/min的速率升温至1550℃，保温2h，冷却，即得刚玉-铝尖晶石。
本实施例中刚玉-铝尖晶石颗粒：显气孔率为20～32％；体积密度为1.68～2.55g/cm3；平均孔径为500～630nm；物相组成为刚玉和铝尖晶石。
本实施例所制备的刚玉-铝尖晶石浇注料经检测：线变化率为+0.35％；体积密度为2.66g/cm3；耐压强度为65MPa；抗渣侵蚀渗透性能好；热震稳定性高。
实施例3
一种刚玉-铝尖晶石浇注料及其制备方法及其刚玉-铝尖晶石颗粒的制备方法，
所述刚玉-铝尖晶石浇注料由骨料、基质和结合剂组成，以所述骨料、所述基质和所述结合剂总重量为基准，所述骨料为30～32重量％的粒径为3～5mm 刚玉-铝尖晶石颗粒、18～19重量％的粒径为1～3m的刚玉-铝尖晶石颗粒和 16～18重量％的粒径为0.1～1mm的刚玉-铝尖晶石颗粒；所述基质为以4～5 重量％的粒径小于0.074mm的刚玉-铝尖晶石细粉、9～12重量％的铝尖晶石细粉、8～9重量％的刚玉细粉、3～4重量％的硅微粉、5～6重量％的α-Al2O3微粉；所述结合剂为2～3重量％的铝酸盐水泥。
将所述基质、所述结合剂混合，再加入所述骨料，搅拌均匀。
(1)将氢氧化铝细粉置于高温炉内，先以1.5℃/min的速率升温至500℃，保温4小时，再以2℃/min的速率升温至1350℃，保温6小时，冷却，得到氧化铝粉体；
(2)将所述氧化铝粉体在220℃条件下保温3h，冷却，在80MPa条件下机压成型，于110℃条件下干燥24小时；然后置于高温炉内，以3℃/min的速率升温至1400℃，保温3h，再以4℃/min的速率升温至1550℃，保温2h，冷却，即得刚玉-铝尖晶石。
本实施例中刚玉-铝尖晶石颗粒：显气孔率为26～32％；体积密度为1.68～2.67g/cm3；平均孔径为550～670nm；物相组成为刚玉和铝尖晶石。
本实施例所制备的刚玉-铝尖晶石浇注料经检测：线变化率为+0.30％；体积密度为2.70g/cm3；耐压强度为70MPa；抗渣侵蚀渗透性能好；热震稳定性高。
实施例4
一种刚玉-铝尖晶石浇注料及其制备方法及其刚玉-铝尖晶石颗粒的制备方法，
所述刚玉-铝尖晶石浇注料由骨料、基质和结合剂组成，以所述骨料、所述基质和所述结合剂总重量为基准，所述骨料为30～32重量％的粒径为3～5mm 刚玉-铝尖晶石颗粒、15～19重量％的粒径为1～3m的刚玉-铝尖晶石颗粒和 12～18重量％的粒径为0.1～1mm的刚玉-铝尖晶石颗粒；所述基质为以4～5 重量％的粒径小于0.074mm的刚玉-铝尖晶石细粉、11～12重量％的铝尖晶石细粉、6～9重量％的刚玉细粉、2～4重量％的硅微粉、5～6重量％的α-Al2O3微粉；所述结合剂为2～5重量％的铝酸盐水泥。
将所述基质、所述结合剂混合，再加入所述骨料，搅拌均匀。
(1)将氢氧化铝细粉置于高温炉内，先以1.8℃/min的速率升温至400℃，保温3小时，再以2℃/min的速率升温至1400℃，保温3小时，冷却，得到氧化铝粉体；
(2)将所述氧化铝粉体在220℃条件下保温4h，冷却，在80MPa条件下机压成型，于110℃条件下干燥30小时；然后置于高温炉内，以3℃/min的速率升温至1300℃，保温3h，再以4℃/min的速率升温至1600℃，保温2h，冷却，即得刚玉-铝尖晶石。
本实施例中刚玉-铝尖晶石颗粒：显气孔率为32～38％；体积密度为1.70～ 2.6g/cm3；平均孔径为610～650nm；物相组成为刚玉和铝尖晶石。
本实施例所制备的刚玉-铝尖晶石浇注料经检测：线变化率为+0.22％；体积密度为2.71g/cm3；耐压强度为72MPa；抗渣侵蚀渗透性能好；热震稳定性高。
实施例5
一种刚玉-铝尖晶石浇注料及其制备方法及其刚玉-铝尖晶石颗粒的制备方法，
所述刚玉-铝尖晶石浇注料由骨料、基质和结合剂组成，以所述骨料、所述基质和所述结合剂总重量为基准，所述骨料为31～32重量％的粒径为3～5mm 刚玉-铝尖晶石颗粒、16～19重量％的粒径为1～3m的刚玉-铝尖晶石颗粒和 12～15重量％的粒径为0.1～1mm的刚玉-铝尖晶石颗粒；所述基质为以4～5 重量％的粒径小于0.074mm的刚玉-铝尖晶石细粉、11～12重量％的铝尖晶石细粉、8～9重量％的刚玉细粉、2～3重量％的硅微粉、5～6重量％的α-Al2O3微粉；所述结合剂为3～5重量％的铝酸盐水泥。
将所述基质、所述结合剂混合，再加入所述骨料，搅拌均匀。
(1)将氢氧化铝细粉置于高温炉内，先以1.8℃/min的速率升温至480℃，保温3小时，再以2.5℃/min的速率升温至1350℃，保温5小时，冷却，得到氧化铝粉体；
(2)将所述氧化铝粉体在220℃条件下保温3h，冷却，在80MPa条件下机压成型，于110℃条件下干燥24小时；然后置于高温炉内，以2℃/min的速率升温至1400℃，保温3h，再以4℃/min的速率升温至1600℃，保温4h，冷却，即得刚玉-铝尖晶石。
本实施例中刚玉-铝尖晶石颗粒：显气孔率为29～33％；体积密度为1.85～ 2.4g/cm3；平均孔径为580～650nm；物相组成为刚玉和铝尖晶石。
本实施例所制备的刚玉-铝尖晶石浇注料经检测：线变化率为+0.28％；体积密度为2.73g/cm3；耐压强度为75MPa；抗渣侵蚀渗透性能好；热震稳定性高。
本具体实施方式与现有技术相比有如下积极效果：
本发明采用的刚玉-铝尖晶石：利用氢氧化铝细粉在400～550℃条件下分解产生纳米级气孔，形成氧化铝微晶，利用其在1200～1600℃时会发生表面扩散和物质传输过程，从而使氧化铝微晶之间产生颈部链接，以限制烧结中后期的颗粒重排，得到高孔隙率的氧化铝粉体，降低了刚玉-铝尖晶石浇注料的导热系数，一方面会使氧化铝颗粒间的气孔纳米化，增强纳米孔径的刚玉-铝尖晶石的强度，降低化刚玉-铝尖晶石浇注料的透气度和导热系数，另一方面氧化铝原位反应生成尖晶石，由于尖晶石生成在氧化铝颗粒的颈部，形成氧化铝颗粒颈部间的连接，阻止了氧化铝颗粒在高温烧结过程中的重排，提高了刚玉-铝尖晶石浇注料的抗渣侵蚀渗透性能和热震稳定性。
(2)本发明在刚玉-铝尖晶石浇注料的制备过程中：采用纳米孔径的刚玉-铝尖晶石颗粒为骨料，骨料中的纳米级气孔不仅可以有效降低浇注料的导热系数，还能吸收温度剧变产生的热应力，阻挡裂纹的进一步扩展，提高浇注料的抗热震性能，同时可以有效阻挡熔渣的侵蚀和渗透；在骨料和基质中引入预合成的铝尖晶石，既能有效吸收溶渣中的铁离子增加渗透熔渣粘度，又能使铝尖晶石在刚玉-铝尖晶石浇注料中分布更加均匀，改善刚玉与铝尖晶石物相间的应力分布情况，提高刚玉-铝尖晶石浇注料的抗渣性能和抗剥落性能；基质中刚玉细粉、硅微粉和α-Al2O3微粉原位生成具有一定体积膨胀的铝尖晶石，堵塞细粉之间的孔隙，使气孔孔径纳米化，能有效提高刚玉-铝尖晶石浇注料的抗渣渗透性能。
(3)本发明所制备的刚玉铝尖晶石浇注料经检测：线变化率为±0.5％；体积密度为2.6～2.75g/cm3；耐压强度为60～80MPa；抗渣侵蚀渗透性能好；热震稳定性高。
因此，本发明工艺简单，所制备的刚玉-铝尖晶石浇注料平均孔径为纳米级，导热系数低、抗介质侵蚀渗透性能好和热震稳定性高，适用于高炉主沟和渣沟等部位。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明的精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种刚玉-铝尖晶石浇注料，其特征在于，所述刚玉-铝尖晶石浇注料由骨料、基质和结合剂组成，以所述骨料、所述基质和所述结合剂总重量为基准，所述骨料为26～40重量％的粒径为3～5mm刚玉-铝尖晶石颗粒、12～20重量％的粒径为1～3mm的刚玉-铝尖晶石颗粒和10～20重量％的粒径为0.1～1mm的刚玉-铝尖晶石颗粒；所述基质为以3～5重量％的粒径小于0.074mm的刚玉-铝尖晶石细粉、6～12重量％的铝尖晶石细粉、8～12重量％的刚玉细粉、2～5重量％的硅微粉、5～8重量％的α-Al2O3微粉；所述结合剂为2～5重量％的铝酸盐水泥。
2.根据权利要求1所述的刚玉-铝尖晶石浇注料，其特征在于，所述铝尖晶石细粉的粒径小于0.074mm；所述铝尖晶石细粉的Al2O3含量为70～90重量％。
3.根据权利要求1所述的刚玉-铝尖晶石浇注料，其特征在于，所述刚玉细粉的粒径小于0.074mm；所述刚玉细粉的Al2O3含量大于98.5重量％。
4.根据权利要求1所述的刚玉-铝尖晶石浇注料，其特征在于，所述硅微粉的粒径小于0.074mm；所述硅微粉的Si02含量大于96重量％。
5.根据权利要求1所述的刚玉-铝尖晶石浇注料，其特征在于，所述α-Al2O3微粉的粒径小于0.005mm；所述α-Al2O3微粉的Al2O3含量大于99重量％。
6.根据权利要求1所述的刚玉-铝尖晶石浇注料，其特征在于，所述铝酸盐水泥的粒径小于0.074mm；所述铝酸盐水泥的Al2O3含量为66～72重量％。
7.一种制备权利要求1～6中任意一项所述刚玉-铝尖晶石浇注料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将所述基质、所述结合剂混合，再加入所述骨料，搅拌均匀。
8.一种制备权利要求1～7中任意一项所述刚玉-铝尖晶石的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将氢氧化铝细粉置于高温炉内，先以1～2℃/min的速率升温至400～550℃，保温3～6小时，再以2～3.6℃/min的速率升温至1200～1600℃，保温3～6小时，冷却，得到氧化铝粉体；
(2)将所述氧化铝粉体在220～300℃条件下保温3～6h，冷却，在80～180MPa条件下机压成型，于110℃条件下干燥24～36小时；然后置于高温炉内，以2～4℃/min的速率升温至1200～1600℃，保温3～5h，再以4～6℃/min的速率升温至1500～1700℃，保温2～6h，冷却，即得刚玉-铝尖晶石。
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