CN109320218B - 一种铝锆耐火材料砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种铝锆尖晶石耐火材料砖及其制备方法，以100份计其重量组成为:铝矾土熟料40‑60份、白刚玉20‑37份、氧化锆粉8‑12份、α氧化铝粉2‑5份、磷酸二氢铝5‑8份、0.5%的纳米级ZrO2和0.5%的质量分数为88%的纳米级生铝矾土；所选原料经过破碎研磨、过筛、混碾、压制成型、煅烧后制得。本发明的铝锆尖晶石耐火材料砖具有较好的热稳定性、易烧结、杂质少，烧结后形成可良好的固相结构，在高温烧成时形成稳定的内部显微结构，提高了产品的抗折强度和耐压强度，改善了碱性耐火材料抗震性较差的弊端，并具有很好的耐磨性。
Description
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域。
背景技术
传统耐火材料是以天然矿石（如耐火黏土、硅石、白云石等）为原料制造的，随着技术进步，耐火材料制造时，采取工业原料和人工合成原料的也日益增多，因此，市面上耐火材料种类较多。耐火材料按照矿物组成分为：氧化硅质、硅酸铝质、镁质、白云石质、尖晶石质、含碳质、含锆质及特殊耐火材料。
而无机非金属耐火材料的不足在于，机械韧性差，在使用时，通常耐火材料是不需要移动的，但其较差的机械韧性也影响其高温时的抗热震性，在急冷、急热或使用间隙，耐火材料极易在热胀冷缩作用下开裂、剥落等，从而影响材料的完整性，降低了耐火材料的使用寿命。
目前，有色冶炼中铅、铜冶炼一般采用阳极炉、转炉、底吹炉、侧吹炉冶炼，在炉内衬中使用的耐火材料为镁铬或铝铬耐火材料，上述两者具有良好的抗侵蚀性，但热稳定性及抗渣性较差，且含铬质耐火材料对环境污染较为严重，制造成本较高，易水化，减少使用时间，在渣线、渣口使用时，寿命较短、更换频繁、人工劳动强度大、降低企业生产效率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种铝锆耐火材料砖，同时提供其相应的制备方法是本发明的另一发明目的。
本发明采用的技术方案是：一种铝锆耐火材料砖，其由以下重量份的原料组成：铝矾土熟料40-60份、白刚玉20-37份、锆质材料8-12份、辅料2-5份、结合剂5-8份、添加剂1-5份；所述结合剂为磷酸二氢铝。
优选的,其由以下重量份的原料组成: 铝矾土熟料50-60份、白刚玉25-37份、锆质材料9-11份、辅料3-5份、磷酸二氢铝6-8份、添加剂1-3份。
优选的，所述添加剂由纳米级ZrO2和质量分数为85-90%的纳米级生铝矾土按质量比为(1-3):(1-3)混合制成。
优选的，所述锆质材料为氧化锆，辅料为α氧化铝粉。
优选的，所述铝矾土熟料中三氧化二铝的含量≥88%。
本发明还提供铝锆耐火材料砖的制备方法，包括以下步骤：
S1：配料，将铝矾土熟料和白刚玉分别进行破碎研磨、过筛，得铝矾土熟料粉和白刚玉粉，将两者混合，得初混配料；
S2：将步骤S1中初混配料进行混碾，混碾时，添加锆质材料、辅料和添加剂，混合均匀，再加入结合剂进行混碾20-40分钟，得制胚泥料，将制胚泥料压制成型，得砖粗胚；
S3：于90-110℃下，将步骤S2中砖粗胚干燥48-96h，得砖半成品；
S4：于1500-1800℃下，将步骤S3中砖半成品煅烧110-130h，得耐火材料砖。
进一步的，在步骤S2中，先将磷酸二氢铝溶于水中，制成质量分数为40%-45%的磷酸二氢铝溶液，混碾时，先添加锆质材料，辅料和添加剂，再添加磷酸二氢铝溶液。
进一步的，步骤S1中，将铝矾土熟料粉分级过筛后，铝矾土熟料粉由粒径为0-3mm、3-5mm、5-10mm按质量比为（25-35）：（35-45）：（25-35）混合组成。
本发明的有益效果是：
1、利用优质铝矾土、白刚玉作为主要原料，该基质材料具有较好的热稳定性、易烧结、杂质少；加入锆质材料和α氧化铝粉，便于材料烧结，且在材料中形成较好的铝锆固相结构，材料中含锆成分，使得产品吸收释放外部热量较快、能较好的适应温度的变化，改善了碱性耐火材料热震性较差的弊端；结合剂中磷酸二氢铝和基质材料中的Al2O3、ZrO2相结合，形成稳定的内部显微结构，有效降低产品气孔率，提高产品的热稳定性、抗折强度、耐压强度；
2、制造成本低，使用后的废料易烧结，可再次回收利用，提高企业经济效益；
3、本发明的制备方法简单、易操作，便于推广使用。
具体实施方式
以下通过具体实施例，对本发明做进一步的解释。
实施例1
一种铝锆耐火材料砖，其由以下重量份的原料组成：
铝矾土熟料50份、白刚玉25份、氧化锆10份、α氧化铝粉3份、结合剂6份、添加剂1份。结合剂为磷酸二氢铝；添加剂包括纳米级ZrO20.5份和质量分数为88%的纳米级生铝矾土0.5份。
一种铝锆耐火材料砖的制备方法，包括以下步骤：
S1：配料，将选取的铝矾土熟料和白刚玉分别破碎研磨，将破碎研磨处理后的铝矾土熟料进行分级过筛处理：使粒径为5-10mm的占铝矾土熟料总量的30%，粒径为3-5mm得占铝矾土熟料粉总量的40%，粒径为0-3mm的占铝矾土熟料粉总量的30%；将破碎研磨处理后的白刚玉粉过120目筛，将选取的氧化锆粉和α氧化铝粉过220目筛；将选取的添加剂过320目筛；把得到的铝矾土熟料粉和白刚玉粉混合均匀，得到初混配料；
S2：将步骤S1中初混配料放入混练机中混碾，在混碾过程中加入氧化锆粉和α氧化铝粉和添加剂，混合均匀，再加入质量分数为40%的磷酸二氢铝溶液，混碾30分钟，得制胚泥料，将制胚泥料压制成型，得砖粗胚；
S3：于110℃下，将步骤S2中砖粗胚干燥72h，得砖半成品；
S4：于1650℃下，将步骤S3中砖半成品煅烧120h，得到耐火材料砖。
实施例2
一种铝锆耐火材料砖，其由以下重量份的原料组成：铝矾土熟料45份、白刚玉25份、氧化锆9份、α氧化铝粉2份结合剂5份、添加剂2份。结合剂为磷酸二氢铝5份；添加剂包括纳米级ZrO20.5份和质量分数为85-91%的纳米级生铝矾土1.5份。
一种铝锆耐火材料砖的制备方法，包括以下步骤：
S1：配料，将选取的铝矾土熟料和白刚玉分别破碎研磨，将破碎研磨处理后的铝矾土熟料进行分级过筛处理：使粒径为5-10mm的占铝矾土熟料粉总量的25%，粒径为3-5mm得占铝矾土熟料总量的35%，粒径为0-3mm的占铝矾土熟料粉总量的25%；将破碎研磨处理后的白刚玉粉过120目筛，将选取的氧化锆粉和α氧化铝粉过220目筛；将选取的添加剂过320目筛；把得到的铝矾土熟料粉和白刚玉粉混合均匀，得到初混配料；
S2：将步骤S1中初混配料放入混练机中混碾，在混碾过程中加入氧化锆粉和α氧化铝粉和添加剂，混合均匀，再加入质量分数为45%的磷酸二氢铝溶液，混碾30分钟，得制胚泥料，将制胚泥料压制成型，得砖粗胚；
S3：于100℃下，将步骤S2中砖粗胚干燥96h，得砖半成品；
S4：于1680℃下，将步骤S3中砖半成品煅烧130h，得到耐火材料砖。
实施例3
一种铝锆耐火材料砖，其由以下重量份的原料组成：
铝矾土熟料50份、白刚玉30份、氧化锆11份、α氧化铝粉4份、结合剂7份、添加剂3份。结合剂为磷酸二氢铝7份；添加剂包括纳米级ZrO21份和质量分数为85-91%的纳米级生铝矾土2份。
一种铝锆耐火材料砖的制备方法，包括以下步骤：
S1：配料，将选取的铝矾土熟料和白刚玉分别破碎研磨，将破碎研磨处理后的铝矾土熟料进行分级过筛处理：使粒径为5-10mm的占铝矾土熟料粉总量的35%，粒径为3-5mm得占铝矾土熟料总量的45%，粒径为0-3mm的占铝矾土熟料粉总量的35%；将破碎研磨处理后的白刚玉粉过120目筛，将选取的氧化锆粉和α氧化铝粉过220目筛；将选取的添加剂过320目筛；把得到的铝矾土熟料和白刚玉粉混合均匀，得到初混配料；
S2：将步骤S1中初混配料放入混练机中混碾，在混碾过程中加入氧化锆粉和α氧化铝粉和添加剂，混合均匀，再加入质量分数为40%的磷酸二氢铝溶液，混碾30分钟，得制胚泥料，将制胚泥料压制成型，得砖粗胚；
S3：于90℃下，将步骤S2中砖粗胚干燥72h，得砖半成品；
S4：于1730℃下，将步骤S3中砖半成品煅烧110h，得到耐火材料砖。
对比例1
一种铝锆耐火材料砖，其由以下重量份的原料组成：
铝矾土熟料50份、白刚玉25份、氧化锆10份、α氧化铝粉3份和磷酸二氢铝6份；
一种铝锆耐火材料砖的制备方法，包括以下步骤：
S1：配料，将选取的铝矾土熟料和白刚玉分别破碎研磨，将破碎研磨处理后的铝矾土熟料进行分级过筛处理：使粒径为5-10mm的占铝矾土熟料粉总量的30%，粒径为3-5mm得占铝矾土熟料粉总量的40%，粒径为0-3mm的占铝矾土熟料粉总量的30%；将破碎研磨处理后的白刚玉粉过120目筛，将选取的氧化锆粉和α氧化铝粉过220目筛；把得到的铝矾土熟料粉和白刚玉粉混合均匀，得到初混配料；
S2：将步骤S1中初混配料放入混练机中混碾，在混碾过程中加入氧化锆粉和α氧化铝粉，混合均匀，再加入质量分数为40%的磷酸二氢铝溶液，混碾30分钟，得制胚泥料，将制胚泥料压制成型，得砖粗胚；
S3：于110℃下，将步骤S2中砖粗胚干燥72h，得砖半成品；
S4：于1680℃下，将步骤S3中砖半成品煅烧120h，得到耐火材料砖。
对比例2
一种铝锆耐火材料砖，其由以下重量份的原料组成：
铝矾土熟料50份、白刚玉25份、氧化锆10份、磷酸二氢铝6份；
一种铝锆耐火材料砖的制备方法，包括以下步骤：
S1：配料，将选取的铝矾土熟料和白刚玉分别破碎研磨，将破碎研磨处理后的铝矾土熟料进行分级过筛处理：使粒径为5-10mm的占铝矾土熟料粉总量的30%，粒径为3-5mm得占铝矾土熟料粉总量的40%，粒径为0-3mm的占铝矾土熟料粉总量的30%；将破碎研磨处理后的白刚玉粉过120目筛，将选取的氧化锆粉过220目筛；把得到的铝矾土熟料粉和白刚玉粉混合均匀，得到初混配料；
S2：将步骤S1中初混配料放入混练机中混碾，在混碾过程中加入氧化锆粉，混合均匀，再加入质量分数为40%的磷酸二氢铝溶液，混碾30分钟，得制胚泥料，将制胚泥料压制成型，得砖粗胚；
S3：于110℃下，将步骤S2中砖粗胚干燥72h，得砖半成品；
S4：于1650℃下，将步骤S3中砖半成品煅烧120h，得到耐火材料砖。
实施例4 性能测试
将上述实施例1-3和对比例1-2制得的耐火材料砖样品进行测试，得到产品的各项理化指标，具体结果如下表所示：
表1：实施例1-3耐火材料砖的理化指标
表2：对比例1-2耐火材料砖的理化指标
通过对对比例1和对比例2的检测数据与实施例1-3的检测数据对比分析可以发现：在不添加添加剂的情况下，对比例1的耐压强度相比于实施例减少了10MPa，而气孔率增加了1%，耐压强度的减少降低了产品的抗冲刷性和耐磨性，气孔率的增大会导致制品的抗侵蚀性能大幅降低，产品的热振稳定次数也有所减少；
在不添加添加剂和α氧化铝粉的情况下，对比例2的耐压强度相比于实施例减少了15MPa，而气孔率增加了2%，产品的抗冲刷性、耐磨性、抗侵蚀性都有所降低，在使用过程中有出现炸裂和剥落现象，影响产品使用效果。
由此可知，本发明提供的耐火材料砖的制备方法有效提高了耐火材料砖的耐压强度，降低了产品的气孔率，具有较好的热稳定性、易烧结、杂质少，烧结后形成可良好的固相结构，在高温烧成时形成稳定的内部显微结构，提高了产品的抗折强度和耐压强度，改善了碱性耐火材料抗震性较差的弊端。
Claims (7)
1.一种铝锆耐火材料砖， 其特征在于， 由以下重量份数的原料组成: 铝矾土熟料40-60份、白刚玉20-37份、锆质材料8-12份、结合剂5-8份、添加剂1-5份、辅料2-5份，所述结合剂为磷酸二氢铝；所述添加剂纳米级ZrO2和质量分数为85-90%的纳米级生铝矾土按质量比为(1-3):(1-3)混合制成。
2.根据权利要求1所述的铝锆耐火材料砖，其特征在于，由以下重量份的原料组成:铝矾土熟料50-60份、白刚玉25-37份、锆质材料9-11份、辅料3-5份、磷酸二氢铝6-8份、添加剂1-3份。
3.根据权利要求1所述的铝锆耐火材料砖，其特征在于，所述锆质材料为氧化锆，辅料为α氧化铝粉。
4.根据权利要求1所述的铝锆耐火材料砖，其特征在于，所述铝矾土熟料中三氧化二铝的含量≥88%。
5.制备权利要求1-4任一项所述的铝锆耐火材料砖的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：配料，将铝矾土熟料和白刚玉分别进行破碎研磨、过筛，得铝矾土熟料粉和白刚玉粉，将两者混合，得初混配料；
S2：将步骤S1中初混配料进行混碾，混碾时，添加锆质材料、辅料和添加剂，混合均匀，再加入结合剂进行混碾20-40分钟，得制胚泥料，将制胚泥料压制成型，得砖粗胚；
S3：于90-110℃下，将步骤S2中砖粗胚干燥48-96h，得砖半成品；
S4：于1500-1800℃下，将步骤S3中砖半成品煅烧110-130h，得耐火材料砖。
6.如权利要求5所述的制备铝锆耐火材料砖的方法，其特征在于， 步骤S2中，先将磷酸二氢铝溶于水中，制成质量分数为40%-45%的磷酸二氢铝溶液，混碾时，先添加锆质材料，辅料和添加剂，再添加磷酸二氢铝溶液。
7.如权利要求5所述的制备铝锆耐火材料砖的方法，其特征在于， 步骤S1中，将铝矾土熟料粉分级过筛后，铝矾土熟料粉由粒径为0-3mm、3-5mm、5-10mm按质量比为（25-35）：（35-45）：（25-35）混合组成。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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