CN110372405A - 用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体涉及一种用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料及其制备方法。所述的用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料，包括以下质量百分比的原料：0.2mm≤粒径≤10mm的合成致密二铝酸钙颗粒55‑85％，粒径≤0.08mm的合成致密二铝酸钙细粉或铝酸钙水泥细粉15‑45％，粒径≤0.044mm的α‑氧化铝细粉0‑15％粒径≤0.08mm的硅酸盐化合物细粉0‑7％。本发明的用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料，对熔炼金属铝和铝合金的炉衬的寿命提高、热效率提高，以及合金品质的提高有显著效果；本发明还提供其制备方法，便于大规模工业生产。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体涉及一种用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
铝和铝合金广泛应用于建材、机械、电力、交通等各工业领域，我国铝工业也是继钢铁之后的第二大金属工业。铝合金冶炼工艺中，尽管熔炼铝液或合金温度低只有700-1000℃，但其中的镁、硅与锰等都很活泼，很容易和炉衬材料中的一些元素反应，如Al+SiO2→Al2O3+Si，造成炉衬材料的损毁，因此炉衬材料需要具备：(1)耐急冷急热性能好和良好的化学稳定性；(2)不易产生炉瘤和不易被金属液润湿和渗透；(3)良好的抗冲刷性和较高的致密度和体积稳定性。
当前改进炉衬材料的方法为：1、在炉衬材料中加入与铝液不润湿的组元，比如BaSO4、TiO2、碳化物、氮化物等；2、降低炉衬材料中的像如SiO2、Na2O、K2O等杂质含量；3、降低炉衬材料中的气孔孔径，提高致密度。目前市场上使用的炉衬材料为氧化铝质或高铝材质，氧化铝导热率高、热膨胀高，作为炉衬不节能和热稳定性不好，高铝材质在实际使用中，铝液会渗透进入基质与其发生反应，侵蚀炉衬材料的速度很快，使用寿命和铝合金质量都会受到较大负面影响。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料，具有与高温金属铝和金属铝合金熔液不润湿、无渗透、无化学反应、导热系数低、热膨胀率低的特点，对熔炼金属铝和铝合金的炉衬的寿命提高、热效率提高，以及合金品质的提高有显著效果；本发明还提供其制备方法，简单易行、科学合理、便于大规模工业生产。
本发明所述的用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料，包括以下质量百分比的原料：
合成致密二铝酸钙的主晶相为二铝酸钙，气孔率≤25％、体积密度≥2.35g/cm3；其化学成分中：Al2O3为70-80％，CaO为15-30％，SiO2为0.1-5％。
优选地，合成致密二铝酸钙的化学成分中：Al2O3为70-75％，CaO为20-25％，SiO2为0.1-2％。
合成致密二铝酸钙为市售产品，由电熔法或烧结法生产，物理和化学指标需满足以上要求。
铝酸钙水泥为市售产品拉法基水泥SECAR68或拉法基水泥SECAR71。
硅酸盐化合物为硅酸钙、粘土、硅灰中的一种或多种。
合成致密二铝酸钙颗粒的粒径分布如下，以占陶瓷材料原料总质量的百分比计：
5mm≤粒径≤10mm0-20％，
3mm≤粒径＜5mm10-25％，
1mm≤粒径＜3mm10-30％，
0.2mm≤粒径＜1mm15-35％。
采用合成致密二铝酸钙作为主要陶瓷原料，主要是利用合成致密二铝酸钙具有与高温金属铝液和金属铝合金熔液不润湿、无渗透、无化学反应、导热系数低、热膨胀率低的特点，在用于金属铝和铝合金熔炼炉衬，将有利于熔炼使用寿命的提高、节能降耗和提高品质。
本发明的陶瓷材料可以采用合成致密二铝酸钙为全部或部分原料，包含颗粒状原料和细粉状原料，也可添加少量硅酸盐化合物细粉和α氧化铝细粉为辅助原料。其中，促烧结剂硅酸盐化合物细粉的加入，可促进烧结、降低烧结温度，烧成后产生的钙长石包覆在铝酸钙表面，可延缓水化速度；α-氧化铝细粉的加入可以调整强化基质，提高材料的高温性能。
本发明所述的用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料的制备方法，步骤如下：
(1)成型：将所有原料称重，通过挤压成型或浇注成型，得到成型坯体；
(2)养护、干燥：将成型后的坯体脱模后经过常温下1-2天的养护，在80-110℃下干燥12-24h；
(3)烧成：将干燥后的坯体在1200-1500℃温度下保温6-24h，制得用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料。
机压成型的具体操作为：将颗粒状原料加入混炼机中混炼1-2min，再加入纸浆废液继续混炼2-3min，最后加入细粉状原料进行3-5min混炼，得到均匀的泥料，将泥料倒入模具，进行机压成型得到成型坯体。
纸浆废液的加入量为陶瓷材料原料总质量的3-5％。
机压成型的吨位为500-1000吨。
浇注成型的具体操作为：各种颗粒状原料和细粉状原料同时加入锥式机中进行均化1-5min，再放入混炼机，加水、分散剂、缓凝剂进行混炼，之后进行浇注成型，得到成型坯体。
水的加入量为陶瓷材料原料总质量的1-8％；分散剂的加入量为陶瓷材料原料总质量的0.1-1％；缓凝剂的加入量为陶瓷材料原料总质量的0.005-0.5％。
分散剂为聚丙烯酸钠或有机高效分散剂HDA-1、FDN。
缓凝剂为草酸或柠檬酸。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
(1)本发明的主要原料为二铝酸钙为主矿物相的陶瓷材料，具有与高温金属铝液和金属铝合金熔液不润湿、无渗透、无化学反应、导热系数低、热膨胀率低的特点，用于金属铝和铝合金熔炼炉衬，有利于使用寿命的提高、节能降耗和提高品质；
(2)本发明采用的设备和生产操作流程简单，制备的产品属于铝熔炼炉中新型陶瓷材料，本陶瓷材料为二铝酸钙材质，耐金属铝液或铝合金熔液侵蚀和渗透，使用寿命长、热效率高，对提高合金的品质正面的作用，具有广泛的实际推广价值。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不仅限于此，该领域专业人员对本发明技术方案所作的改变，均应属于本发明的保护范围内。
实施例中，体积密度和气孔率采用GB/T2997-2000致密定形耐火制品体积密度、显气孔率和真气孔率试验方法测定；常温耐压强度采用GB/T5072-2008耐火材料常温耐压强度试验方法测定；用坩埚实验法测定耐火材料抗铝液润湿性能。
实施例中采用的原料指标如表1所示。
表1原料指标
实施例中采用的原料组成和制备条件如表2所示，其中陶瓷原料的总质量百分比为100％，纸浆废料、水、分散剂、缓凝剂的用量以陶瓷原料总质量的百分比计。
表2实施例1-6采用的原料组成和制备条件
实施例1
一种用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料，原料配比如表2所示，制备方法如下：
(1)成型：按照表2的原料配比进行各种原料粒度的称量，将称好的各个级配二铝酸钙颗粒状原料同时加入混炼机中进行混炼1-2min，再加入纸浆废液继续混炼2-3min，细粉状原料进行3-5min混炼，得到均匀的泥料，按照规格书要求准备好模具、称量好泥料单重，将泥料倒入模具，进行500吨位的机压成型得到成型坯体；
(2)养护、干燥：将成型后的坯体脱模后经过常温下1天的养护，在80℃下干燥24h；
(3)烧成：将干燥后的坯体按照规定砖码进行装窑，在1380℃温度下保温10h，制得用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料。
实施例2
一种用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料，原料配比如表2所示，制备方法如下：
(1)成型：按照表2的原料配比进行各种原料粒度的称量，将称好的各种颗粒状原料和细粉状原料同时加入锥式机中进行均化3min，再放入混炼机，加水、分散剂、缓凝剂进行混炼，之后进行浇注成型，得到成型坯体；
(2)养护、干燥：将成型后的坯体脱模后经过常温下2天的养护，在110℃下干燥12h；
(3)烧成：将干燥后的坯体按照规定砖码进行装窑，在1350℃温度下保温6h，制得用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料。
实施例3
一种用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料，原料配比和制备条件如表2所示，其余制备方法与实施例1相同。
实施例4
一种用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料，原料配比和制备条件如表2所示，其余制备方法与实施例1相同。
实施例5
一种用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料，原料配比和制备条件如表2所示，其余制备方法与实施例1相同。
将实施例1-5制备的用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料进行性能测试，结果如表3所示。
表3实施例1-5制备的用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料性能测试结果
Claims (10)
1.一种用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料，其特征在于，包括以下质量百分比的原料：
2.根据权利要求1所述的用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料，其特征在于：合成致密二铝酸钙的主晶相为二铝酸钙，气孔率≤25％、体积密度≥2.35g/cm3；其化学成分中：Al2O3为70-80％，CaO为15-30％，SiO2为0.1-5％。
3.根据权利要求1所述的用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料，其特征在于：铝酸钙水泥为拉法基水泥SECAR68或拉法基水泥SECAR71。
4.根据权利要求1所述的用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料，其特征在于：硅酸盐化合物为硅酸钙、粘土、硅灰中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料，其特征在于：合成致密二铝酸钙颗粒的粒径分布如下，以占陶瓷材料原料总质量的百分比计：
6.一种权利要求1-5任一项所述的用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)成型：将所有原料称重，通过挤压成型或浇注成型，得到成型坯体；
(2)养护、干燥：将成型后的坯体脱模后经过常温下1-2天的养护，在80-110℃下干燥12-24h；
(3)烧成：将干燥后的坯体在1200-1500℃温度下保温6-24h，制得用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料。
7.根据权利要求6所述的用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料的制备方法，其特征在于，机压成型的具体操作为：将颗粒状原料加入混炼机中混炼1-2min，再加入纸浆废液继续混炼2-3min，最后加入细粉状原料进行3-5min混炼，得到均匀的泥料，将泥料倒入模具，进行机压成型得到成型坯体。
8.根据权利要求6所述的用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料的制备方法，其特征在于，浇注成型的具体操作为：各种颗粒状原料和细粉状原料同时加入锥式机中进行均化1-5min，再放入混炼机，加水、分散剂、缓凝剂进行混炼，之后进行浇注成型，得到成型坯体。
9.根据权利要求7所述的用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料的制备方法，其特征在于：纸浆废液的加入量为陶瓷材料原料总质量的3-5％。
10.根据权利要求8所述的用于铝合金熔炼炉衬的新型陶瓷材料的制备方法，其特征在于：水的加入量为陶瓷材料原料总质量的1-8％；分散剂的加入量为陶瓷材料原料总质量的0.1-1％；缓凝剂的加入量为陶瓷材料原料总质量的0.005-0.5％。
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|---|---|---|---|---|
| CN111187089A (zh) * | 2020-03-03 | 2020-05-22 | 无锡市天寅耐火材料有限公司 | 一种二铝酸钙不沾铝浇注料 |
| CN113883892A (zh) * | 2020-07-02 | 2022-01-04 | 罗文洲 | 一种多功能电磁真空熔炼系统 |
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