CN110540414A - 一种纳米微孔刚玉的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微孔刚玉制备方法，包括以下步骤：将多种原料混合研磨成一定细度的粉体后进行制坯，坯体在1700~1950℃条件下烧结后即制得微孔刚玉。采用原料质量组分和种类为：60~100%工业氧化铝，0~20%α‑氧化铝，0~30%γ‑氧化铝，0~10%氢氧化铝，0~3%聚乙烯醇。本发明提供的微孔刚玉制备方法简单，可工业化生产，产品主要特征为刚玉晶体内部含有大量亚微米、纳米级封闭气孔，热导率低，具有较好的抗热震性、抗渣侵蚀性和节能保温性能，耐火度高，可代替烧结刚玉。

Description

一种纳米微孔刚玉的制备方法

技术领域

本发明属于刚玉质耐火材料技术领域，具体涉及一种微孔刚玉制备方法。

背景技术

随着炼钢技术的发展，钢包由原来功能单一的盛装钢水容器转变为功能复杂的炉外精炼设备，其内衬耐火材料不仅要承受很高的温度，而且需要抵抗钢液和熔渣的冲刷和侵蚀。长期以来追求耐火材料的致密高强一定程度上可提高钢包内衬的抗冲刷性和抗侵蚀性，但对抗热震性不利，而在耐火材料损毁方式中尤以热剥落对耐火材料使用寿命影响较大。

耐火材料微孔化是当今耐火材料技术领域发展的趋势，其宗旨是在保持耐火材料强度和抗侵蚀能力等基本性能不降低的基础上，通过提高材料内部封闭微气孔，降低材料热导率和结构热应力，提高材料抗热震性能并具有一定保温性能，特别是用于工作衬可减少热工设备热损失，降低能耗，从而有利于实现长寿高效和节能降耗一体化；虽然目前的轻质耐火材料节能效果好，但由于其强度低，不能起到抵抗侵蚀冲刷的作用，多使用在非工作层，很难使用在诸如钢包内衬等直接与高温熔体接触的工作层。

发明内容

本发明提供了一种微孔刚玉的制备方法，其特征在于：制备得到的微孔刚玉的闭气孔率为3~15%，晶体内部含有大量亚微米、纳米级封闭气孔，热导率相比烧结刚玉和板状刚玉降低10~50%，具有更好的抗热震性、抗渣侵蚀性和节能保温性能。

为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是：将多种组分原料混合研磨成一定细度的粉体后进行制坯，坯体在1700~1950℃条件下烧结后即制得微孔刚玉。

所采用原料的种类和质量比例为：60~100%工业氧化铝，0~20%α-氧化铝，0~30%γ-氧化铝，0~10%氢氧化铝，0~3%聚乙烯醇。

各组分原料按比例在混合机内混合1~20min后进入球磨机研磨成平均粒径2~10μm的粉料，粉料经制坯设备制成球状或其他形状，采用0~10%浓度的聚乙烯醇水溶液作为结合剂，坯体质量10~50g，含水量10-30%，坯体经干燥塔烘干后进入竖窑经1700~1950℃烧结1~3h，烧后熟坯经破碎后即可得到微孔刚玉。

所述的工业氧化铝的Al2O3含量≥99%，其粒径≤0.2mm，比表面积介于60~100m²/g。

所述的α-氧化铝的Al2O3含量≥99%，其粒径≤0.2mm，α相含量50~100%。

所述的γ-氧化铝的Al2O3含量≥99%，其粒径≤0.2mm，γ相含量50~100%。

所述的氢氧化铝的Al2O3含量≥64%，其粒径≤0.2mm。

所述的聚乙烯醇为工业级聚乙烯醇，含量大于99%，其粒径≤5mm。

所述的球磨机为间隙式或连续式球磨机，各组分原料在球磨机内充分研磨成平均粒径2~10μm的混合均匀的粉料。

所述的制坯工艺为成球或压坯，制坯时采用0~10%浓度的聚乙烯醇水溶液作为结合剂。

选用高温竖窑或其他高温窑炉在1700~1950℃烧结1~3h，制得的微孔刚玉闭气孔率为3~15%，晶体内部含有大量亚微米、纳米级封闭气孔，热导率相比烧结刚玉和板状刚玉降低10~50%。

在制坯过程中，所采用的用于限制刚玉尺寸的模具采用以下结构形式：所述模具包括内层和外层，所述内层和外层之间形成夹层，所述内层形成模腔；

所述模具上设置有将粉料注入至所述模腔内注料孔，以及将水注入至所述模腔内的注水孔；所述模具上还设置有将高压介质注入至所述夹层内的压力调节孔；

所述模具采用弹性材料制成使内层在压力的作用下产生变形，所述内层形成的模腔尺寸随着注入粉料的量以及夹层内介质压力的变化而变化。

本发明提供的微孔刚玉制备方法简单，适宜工业化生产，产品主要特征为刚玉晶体内部含有大量亚微米、纳米级封闭气孔，热导率低，具有较好的抗热震性、抗渣侵蚀性和节能保温性能，耐火度高，可使用在耐火材料中代替烧结刚玉或板状刚玉。

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，为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的原料和工艺参数统一描述如下，实施例中不再重复：工业氧化铝的Al2O3含量≥99%，粒径≤0.2mm；氢氧化铝的Al2O3含量≥64%，粒径≤0.2mm；α-氧化铝的Al2O3含量≥99%，粒径≤0.2mm；γ-氧化铝的Al2O3含量≥99%，粒径≤0.2mm；工业级聚乙烯醇，含量大于99%，粒径≤5mm。

实施例1

一种微孔刚玉及其制备方法。该微孔刚玉的原料及质量百分含量是：70~100%的工业氧化铝、0~10%的氢氧化铝、0~20%α-氧化铝，0~30%γ-氧化铝，并添加0~2%的聚乙烯醇作为烧结助剂。

混合粉料球磨机内研磨1-5h，粉料在成球机中成球，成球结合剂为0~6%浓度的聚乙烯醇水溶液，球坯直径为20-30mm，经干燥塔烘干后在竖窑中经1700~1950℃烧结1~5h，烧后熟球坯经破碎后即可得到微孔刚玉成品。

实施例2

一种微孔刚玉及其制备方法。该微孔刚玉的原料及质量百分含量是：60~100%的工业氧化铝、0~10%的氢氧化铝、0~20%α-氧化铝，并添加0~3%的聚乙烯醇作为烧结助剂。

混合粉料球磨机内研磨1-5h，粉料在成球机中成球，成球结合剂为0~3%浓度的聚乙烯醇水溶液，球坯直径为20-30mm，经干燥塔烘干后在竖窑中经1700~1950℃烧结1~5h，烧后熟球坯经破碎后即可得到微孔刚玉成品。

实施例3

一种微孔刚玉及其制备方法。该微孔刚玉的原料及质量百分含量是：80~100%的工业氧化铝、0~10%的氢氧化铝、0~10%γ-氧化铝，并添加0~1%的聚乙烯醇作为烧结助剂。

混合粉料球磨机内研磨1-5h，粉料在成球机中成球，成球结合剂为0~10%浓度的聚乙烯醇水溶液，球坯直径为20-30mm，经干燥塔烘干后在竖窑中经1700~1950℃烧结1~5h，烧后熟球坯经破碎后即可得到微孔刚玉成品。

本发明在制坯过程中，所采用的用于限制刚玉尺寸的模具采用以下结构形式：所述模具包括内层和外层，所述内层和外层之间形成夹层，所述内层形成模腔；

所述模具上设置有将粉料注入至所述模腔内注料孔，以及将水注入至所述模腔内的注水孔；所述模具上还设置有将高压介质注入至所述夹层内的压力调节孔；

所述模具采用弹性材料制成使内层在压力的作用下产生变形，所述内层形成的模腔尺寸随着注入粉料的量以及夹层内介质压力的变化而变化。

通过上述模具结构形式：粉料在成型过程中采用实时施压且模腔尺寸随着球体尺寸的逐渐增大而产生变化，因此使得最终形成的微孔刚玉各部密度均匀、具有更好的抗热震性、抗渣侵蚀性和节能保温性能。

本发明模具内层的材料采用变形量较大且具备高强度的材料制成，本发明可在模具上设置压力监测装置，实时监测夹层内高压气体的压力，以控制内层的变形量。

Claims (10)

1.一种微孔刚玉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将原料中各组分在球磨机研磨均匀后制坯，坯体质量为10~50g，然后在1700~1950℃条件下烧结1~3h即得到微孔刚玉；

上述原料种类和质量组分为：60~100%工业氧化铝，0~20%α-氧化铝，0~30%γ-氧化铝，0~10%氢氧化铝。

2.根据权利要求1所述的一种微孔刚玉制备方法，其特征在于，所述的工业氧化铝的Al2O3含量≥99%，其粒径≤0.2mm，比表面积介于60~100m²/g。

3.根据权利要求1所述的一种微孔刚玉制备方法，其特征在于，所述的α-氧化铝的Al2O3含量≥99%，其粒径≤0.2mm，α相含量50~100%。

4.根据权利要求1所述的一种微孔刚玉制备方法，其特征在于，所述的γ-氧化铝的Al2O3含量≥99%，其粒径≤0.2mm，γ相含量50~100%。

5.根据权利要求1所述的一种微孔刚玉制备方法，其特征在于，所述的氢氧化铝的Al2O3含量≥64%，其粒径≤0.2mm。

6.根据权利要求1所述的一种微孔刚玉制备方法，其特征在于，所述的聚乙烯醇为工业级聚乙烯醇，含量大于99%，其粒径≤5mm。

7.根据权利要求1所述的一种微孔刚玉制备方法，其特征在于，所述的球磨机为间隙式或连续式球磨机，各组分原料在球磨机内充分研磨成平均粒径2~10μm的混合均匀的粉料。

8.根据权利要求1所述的一种微孔刚玉制备方法，其特征在于，所述的制坯工艺为成球或压坯，制坯时采用0~10%浓度的聚乙烯醇水溶液作为结合剂。

9.根据权利要求1所述的一种微孔刚玉制备方法，其特征在于，选用高温竖窑或其他高温窑炉在1700~1950℃烧结1~3h，制得的微孔刚玉闭气孔率为3~15%，晶体内部含有大量亚微米、纳米级封闭气孔，热导率相比烧结刚玉和板状刚玉降低10~50%。

10.根据权利要求1所述的一种微孔刚玉的制备方法，其特征在于，在制坯过程中，所采用的用于限制刚玉尺寸的模具采用以下结构形式：所述模具包括内层和外层，所述内层和外层之间形成夹层，所述内层形成模腔；

所述模具上设置有将粉料注入至所述模腔内注料孔，以及将水注入至所述模腔内的注水孔；所述模具上还设置有将高压介质注入至所述夹层内的压力调节孔；

所述模具采用弹性材料制成使内层在压力的作用下产生变形，所述内层形成的模腔尺寸随着注入粉料的量以及夹层内介质压力的变化而变化。