CN110590340A - 一种含红柱石的高耐磨氧化铝研磨体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含红柱石的高耐磨氧化铝研磨体的制备方法，将中铝氧化铝粉末和红柱石微粉加入到球磨机中，加入增塑剂，以水为介质，球磨后的浆料进行喷雾干燥造粒，造粒料采用自动压机压制成型，然后再进行冷等静压致密化处理，最后再采用马弗炉烧结，烧结所得产品即为高耐磨氧化铝研磨体。本发明在中铝氧化铝原料基础上引入较低成本的红柱石微粉，利用红柱石热膨胀系数各向异性的特点，经烧结降温，在材料内部引入微观的压应力和微观裂纹，实现材料增强增韧，在较低成本前提下提高陶瓷研磨体的耐磨性。

Description

一种含红柱石的高耐磨氧化铝研磨体的制备方法
技术领域
本发明涉及水泥粉磨技术领域，具体是一种含红柱石的高耐磨氧化铝研磨体的制备方法。
背景技术
国内上世纪50年代曾尝试用陶瓷研磨体进行水泥粉磨，陶瓷研磨体主要化学成分为Al2O3，但由于当时陶瓷研磨体生产工艺较差、韧性不足、水泥粉磨工艺粗犷等原因，未能推广普及。近年来，陶瓷研磨体制备工艺、产品性能日益提高，水泥粉磨工艺精细化特别是辊压机预粉磨系统的成熟应用，导致球磨机破碎功能需求弱化而主要以研磨功能为主，这也使得陶瓷研磨体在水泥粉磨中的应用成为可能。
目前的水泥磨机用陶瓷研磨体适用于干法水泥终粉研磨体磨机系统工艺流程，尤其是辊压机～球磨机联合粉磨系统。近年来已在众多水泥集团及中小型水泥企业取得应用。陶瓷研磨体相对于金属研磨体具有以下优点：(1)节电，由于陶瓷研磨体较金属研磨体密度小，磨机研磨体装载量降低约20％、主机电流降幅超过20％、吨水泥节电普遍超过4kWh，最佳案例节电甚至接近10kWh。(2)耐磨，陶瓷研磨体由于其特性，球耗比金属研磨体低50％左右，使用寿命是金属研磨体的2～3倍。(3)颗粒优化，使用陶瓷研磨体后水泥颗粒组成更加合理，3～32μm颗粒含量提高2％以上，球形颗粒增多，标准稠度用水量下降1％～2％，与混凝土外加剂的相容性改善。(4)降低水泥出磨温度，降幅超过20℃。(5)环保，磨机噪音显著降低，不含重金属。(6)磨机寿命延长，陶瓷研磨体比金属研磨体重量轻接近一半，因此其对磨机衬板、隔仓板、活化环等撞击、磨损小，磨机衬板、隔仓板、活化环等使用寿命长。
陶瓷研磨体成型工艺主要分为压制成型、直接冷等静压成型和滚制成型等。通过选用超细高纯氧化铝粉作为原料，添加氧化锆等增韧材料制备的陶瓷研磨体强度及韧性均已满足水泥粉磨工况要求，但成本较高；成型工艺上，一般来说等静压球和压制成型破球率更低，而等静压球成本略高，滚制成型耐磨性更好。陶瓷研磨体在配方设计上主要是添加烧结助剂提高材料的致密度，以及添加氧化锆等组分对材料进行增强增韧，添加氧化锆利用相变增韧机理可显著提高研磨体的耐磨性，但成本显著增高。目前水泥磨机用陶瓷研磨体的主要研究问题是在低成本的基础上，增加研磨体的耐磨性。
红柱石为高铝质原料，化学式为Al2O3·SiO2，红柱石的理论组成中Al2O3占62.93％；SiO2占37.07％。属于典型的硅酸铝质原材料。在高温下都可转化为莫来石，红柱石因其体积膨胀率最小等优良性能而被大量使用。红柱石大约在1200℃时，开始向莫来石转化，到1600℃时，红柱石完全转化为莫来石，红柱石转化成为莫来石初始温度的高低，与红柱石本身的纯度、颗粒大小、杂质的种类及数量的多少密切相关，同时也会影响红柱石制品的使用性能。
发明内容
针对水泥粉磨用高耐磨氧化铝研磨体在应用中耐磨性较低的问题，本发明提供一种含红柱石的高耐磨氧化铝研磨体的制备方法，在中铝氧化铝原料基础上引入较低成本的红柱石微粉，利用红柱石热膨胀系数各向异性的特点，经烧结降温，在材料内部引入微观的压应力和微观裂纹，实现材料增强增韧，在较低成本的前提下，提高陶瓷研磨体的耐磨性。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种含红柱石的高耐磨氧化铝研磨体的制备方法，包括以下步骤：
(1)将中铝氧化铝粉末和红柱石微粉加入到球磨机中，加入增塑剂，以水为介质，球磨10h，出浆，过筛80目；
(2)将步骤(1)所得浆料进行喷雾干燥造粒，得到造粒料；
(3)将步骤(2)所得造粒料采用自动压机压制成型，得到研磨体生坯，采用不透气的塑料材料包封研磨体生坯，之后在200Mpa下进行冷等静压致密化处理；
(4)将步骤(3)所得冷等静压处理后的研磨体采用马弗炉烧结，先在400℃保温1-2h，然后升温至1340-1400℃，保温时间1-2h；烧结所得产品即为所述的高耐磨氧化铝研磨体。
进一步地，步骤(1)中红柱石微粉的加入量占中铝氧化铝粉末和红柱石微粉总质量的3-12％，红柱石微粉的粒度为150-250目。
进一步地，步骤(1)中水的加入量为中铝氧化铝粉末和红柱石微粉总质量的一半。
进一步地，步骤(1)中增塑剂选用聚乙烯醇，增塑剂的添加量占中铝氧化铝粉末和红柱石微粉总质量的6％。
进一步地，步骤(2)喷雾干燥造粒时浆料泵送压力为0.1-0.3MPa，热风进口温度160℃-180℃，出口温度70-100℃，造粒料过50-200目后再进行步骤(3)。
更进一步地，所得造粒料的含水率为1-4％。
进一步地，步骤(3)中成型研磨体生坯为上、下球冠中部圆柱的形状，圆柱的直径D为16.8mm，研磨体生坯高度H为16.8mm，研磨体生坯密度控制在1.5-2g/cm3。
进一步地，步骤(3)中冷等静压致密化处理后的研磨体密度为2-2.1g/cm3。
进一步地，步骤(4)所得高耐磨氧化铝研磨体的体密度为3.6-3.7g/cm3，弯曲强度为400-450MPa，磨耗小于0.005％。
前述的含红柱石的高耐磨氧化铝研磨体的制备方法，所得高耐磨氧化铝研磨体在水泥粉磨中的应用。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用的掺杂成分为红柱石微粉，成本低，利用红柱石微粉热膨胀系数各向异性的特点，烧结降温后在陶瓷研磨体材料内部形成残余压应力和微裂纹，进而提高材料的强度和韧性，在较低成本的前提下，提高陶瓷研磨体的耐磨性。
(2)本发明成型方式为自动压机致密化联合冷等静压致密化的组合成型方法，其中自动压机成型主要赋予研磨体生坯尺寸形状，避免单向压制密度过高产生压制裂纹。而进一步的冷等静压使陶瓷球研磨体生坯密度进一步提高，赋予生坯均匀并较高的致密度，从而提高研磨体工作中的耐磨性。最终所得高耐磨氧化铝研磨体相比不添加红柱石的研磨体弯曲强度显著提高，磨耗明显降低，充分说明本发明所制备出的氧化铝研磨体耐磨性好，强度高，可用作水泥粉磨的研磨体。
附图说明
图1是本发明所得含红柱石的高耐磨氧化铝研磨体的形状。
图2是本发明的生产工艺流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种含红柱石的高耐磨氧化铝研磨体的制备方法，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
本发明一种含红柱石的高耐磨氧化铝研磨体的制备方法包括：
(1)将中铝氧化铝粉末(含氧化铝80wt％)和150～250目的红柱石微粉加入到球磨机中，加入增塑剂聚乙烯醇，以水为介质，球磨10h，出浆，过筛80目；其中，红柱石微粉的加入量占中铝氧化铝粉末和红柱石微粉总质量的3～12％；增塑剂的加入量占中铝氧化铝粉末和红柱石微粉总质量的6％，水的加入量为中铝氧化铝粉末和红柱石微粉总质量的一半。
(2)将步骤(1)所得浆料进行喷雾干燥造粒，喷雾干燥造粒时浆料泵送压力为0.1～0.3MPa，热风进口温度160℃～180℃，出口温度70～100℃，造粒料过50～200目筛，所得造粒料的含水率为1～4％。
(3)将步骤(2)所得造粒料采用自动压机压制成型，得到研磨体生坯，生坯为上、下球冠中部圆柱的形状，如图1所示。圆柱的直径D为16.8mm，研磨体生坯高度H为16.8mm，研磨体生坯密度控制在1.5～2g/cm3；采用不透气的塑料材料包封研磨体生坯，之后在200Mpa下进行冷等静压致密化处理；保压时间5min，冷等静压致密化处理后的研磨体密度为2～2.1g/cm3。
(4)将步骤(3)所得冷等静压处理后的研磨体采用马弗炉烧结，先在400℃保温1～2h，然后升温至1340～1400℃，保温时间1～2h；烧结所得产品即为所述的水泥粉磨用高耐磨氧化铝研磨体，其体密度为3.6～3.7g/cm3，弯曲强度为400～450MPa，磨耗小于0.005％。
所得高耐磨氧化铝研磨体可应用于水泥粉磨中。
下面以具体实施例详细说明。
实施例1
一、将9700g中铝氧化铝粉末(含氧化铝80wt％)和300g红柱石微粉(粒度250目)加入到球磨机中，加水5000g，另加占中铝氧化铝粉末和红柱石微粉总质量6％的增塑剂聚乙烯醇，球磨10h，出浆，过筛80目；
二、喷雾干燥造粒，浆料泵送压力0.15MPa，热风进口温度160℃，出口温度70℃，造粒料过80目筛，所得造粒料的含水率为3％。
三、采用自动压机压制成型，得到研磨体生坯，生坯形状为上下球冠中部圆柱的近球形，模具直径16.8mm，压制高度16.8mm，模压密度1.6g/cm3(即研磨体生坯密度)；然后采用不透气的塑料材料包封研磨体生坯，在200Mpa下进行冷等静压致密化处理，保压时间5min，冷等静压致密化处理后的研磨体密度为2.1g/cm3。
四、采用马弗炉烧结致密化，先在400℃保温2h，有利于增塑剂脱除，然后升温至1340℃，保温时间2小时。烧结所得即为所述的水泥粉磨用高耐磨氧化铝研磨体，其体密度为3.7g/cm3，弯曲强度400MPa，磨耗0.005％。
实施例2
一、将9400g中铝氧化铝粉末(含氧化铝80wt％)和600g红柱石微粉(粒度200目)加入到球磨机中，加水5000g，另加占中铝氧化铝粉末和红柱石微粉总质量6％的增塑剂聚乙烯醇，球磨10h，出浆，过筛80目；
二、喷雾干燥造粒，浆料泵送压力0.2MPa，热风进口温度160℃，出口温度70℃，造粒料过120目筛，所得造粒料的含水率为4％。
三、采用自动压机压制成型，得到研磨体生坯，生坯形状为上下球冠中部圆柱的近球形，模具直径16.8mm，压制高度16.8mm。模压密度1.6g/cm3(即研磨体生坯密度)；然后采用不透气的塑料材料包封研磨体生坯，在200Mpa下进行冷等静压致密化处理，保压时间5min，冷等静压致密化处理后的研磨体密度为2.1g/cm3。
四、采用马弗炉烧结致密化，先在400℃保温2h，有利于增塑剂脱除，然后升温至1360℃，保温时间2小时。烧结所得即为所述的水泥粉磨用高耐磨氧化铝研磨体，其体密度为3.7g/cm3，弯曲强度410MPa，磨耗0.005％。
实施例3
一、将8800g中铝氧化铝粉末(含氧化铝80wt％)和1200g红柱石微粉(粒度250目)加入到球磨机中，加水5000g，另加占中铝氧化铝粉末和红柱石微粉总质量6％的增塑剂聚乙烯醇，球磨10h，出浆，过筛80目；
二、喷雾干燥造粒，浆料泵送压力0.3MPa，热风进口温度180℃，出口温度100℃，造粒料过200目筛，所得造粒料的含水率为1％。
三、采用自动压机压制成型，得到研磨体生坯，生坯形状为上下球冠中部圆柱的近球形，模具直径16.8mm，压制高度16.8mm。模压密度1.55g/cm3(即研磨体生坯密度)；然后采用不透气的塑料材料包封研磨体生坯，在200Mpa下进行冷等静压致密化处理，保压时间5min，冷等静压致密化处理后的研磨体密度为2.05g/cm3。
四、采用马弗炉烧结致密化，先在400℃保温2h，有利于增塑剂脱除，然后升温至1380℃，保温时间2小时。烧结所得即为所述的水泥粉磨用高耐磨氧化铝研磨体，其体密度为3.65g/cm3，弯曲强度450MPa，磨耗0.004％。
实施例4(未掺杂红柱石微粉对照组)
一、将10000g中铝氧化铝粉末(含氧化铝80wt％)加入到球磨机中，加水5000g，另加占中铝氧化铝粉末质量6％的增塑剂聚乙烯醇，球磨10h，出浆，过筛80目；
二、喷雾干燥造粒，浆料泵送压力0.2MPa，热风进口温度180℃，出口温度100℃，造粒料过150目筛，所得造粒料的含水率为1％。
三、采用自动压机压制成型，得到研磨体生坯，生坯形状为上下球冠中部圆柱的近球形，模具直径16.8mm，压制高度16.8mm。模压密度1.6g/cm3(即研磨体生坯密度)；然后采用不透气的塑料材料包封研磨体生坯，在200Mpa下进行冷等静压致密化处理，保压时间5min，冷等静压致密化处理后的研磨体密度为2.1g/cm3。
四、采用马弗炉烧结致密化，先在400℃保温2h，有利于增塑剂脱除，然后升温至1380℃，保温时间2小时。烧结所得即为不掺杂红柱石微粉的研磨体，其体密度为3.7g/cm3，弯曲强度330MPa，磨耗0.009％。
相比对照组，本发明实施例1～实施例3所得高耐磨氧化铝研磨体的弯曲强度显著提高，磨耗明显降低，充分说明本发明所制备出的氧化铝研磨体耐磨性好，强度高，可用作水泥粉磨的研磨体。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述公开的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种含红柱石的高耐磨氧化铝研磨体的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将中铝氧化铝粉末和红柱石微粉加入到球磨机中，加入增塑剂，以水为介质，球磨10h，出浆，过筛80目；
(2)将步骤(1)所得浆料进行喷雾干燥造粒，得到造粒料；
(3)将步骤(2)所得造粒料采用自动压机压制成型，得到研磨体生坯，采用不透气的塑料材料包封研磨体生坯，之后在200Mpa下进行冷等静压致密化处理；
(4)将步骤(3)所得冷等静压处理后的研磨体采用马弗炉烧结，先在400℃保温1～2h，然后升温至1340～1400℃，保温时间1～2h；烧结所得产品即为所述的高耐磨氧化铝研磨体。
2.如权利要求1所述的含红柱石的高耐磨氧化铝研磨体的制备方法，其特征在于步骤(1)中红柱石微粉的加入量占中铝氧化铝粉末和红柱石微粉总质量的3-12％，红柱石微粉的粒度为150-250目。
3.如权利要求1所述的含红柱石的高耐磨氧化铝研磨体的制备方法，其特征在于步骤(1)中水的加入量为中铝氧化铝粉末和红柱石微粉总质量的一半。
4.如权利要求1所述的含红柱石的高耐磨氧化铝研磨体的制备方法，其特征在于步骤(1)中增塑剂选用聚乙烯醇，增塑剂的添加量占中铝氧化铝粉末和红柱石微粉总质量的6％。
5.如权利要求1所述的含红柱石的高耐磨氧化铝研磨体的制备方法，其特征在于步骤(2)喷雾干燥造粒时浆料泵送压力为0.1-0.3MPa，热风进口温度160℃-180℃，出口温度70-100℃，造粒料过50-200目后再进行步骤(3)。
6.如权利要求5所述的含红柱石的高耐磨氧化铝研磨体的制备方法，其特征在于所得造粒料的含水率为1-4％。
7.如权利要求1所述的含红柱石的高耐磨氧化铝研磨体的制备方法，其特征在于步骤(3)中成型研磨体生坯为上、下球冠中部圆柱的形状，圆柱的直径D为16.8mm，研磨体生坯高度H为16.8mm，研磨体生坯密度控制在1.5-2g/cm3。
8.如权利要求1所述的含红柱石的高耐磨氧化铝研磨体的制备方法，其特征在于步骤(3)中冷等静压致密化处理后的研磨体密度为2-2.1g/cm3。
9.如权利要求1所述的含红柱石的高耐磨氧化铝研磨体的制备方法，其特征在于步骤(4)所得高耐磨氧化铝研磨体的体密度为3.6-3.7g/cm3，弯曲强度为400-450MPa，磨耗小于0.005％。
10.如权利要求1-9任一权利要求所述的含红柱石的高耐磨氧化铝研磨体的制备方法，所得高耐磨氧化铝研磨体在水泥粉磨中的应用。
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