CN111153708A - 一种热回收焦炉炉门用刚玉莫来石质复相梯度材料 - Google Patents

一种热回收焦炉炉门用刚玉莫来石质复相梯度材料 Download PDF

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Abstract

本发明专利涉及一种热回收焦炉炉门用刚玉莫来石质复相梯度材料，包括以下步骤：以刚玉骨料、焦宝石骨料、高铝水泥、硅灰、氧化铝粉、铝矾土细粉、焦宝石细粉为原料，将原料充分预混；外加原料质量5‑10%的水作为结合剂，继续搅拌；放入模具中振动浇注；待样品在模具中养护后脱模；然后将养护后的浇注料于100‑150℃的条件下干燥；最后将干燥后的浇注料于1500‑1600℃的高温中煅烧2‑6小时，即可得到一种热回收焦炉炉门用刚玉莫来石质复相梯度材料。本发明有效结合两种不同浇注料烧成预制块中的特性，在降低成本的同时，提高了材料的常温力学强度和抗热震稳定性。

Description

一种热回收焦炉炉门用刚玉莫来石质复相梯度材料
技术领域
本发明涉及窑炉设计技术领域，具体涉及一种热回收焦炉炉门用刚玉莫来石质复相梯度材料。
背景技术
目前窑炉炉门是完全由单一的低体密高铝砖装配，使用高铝砖装配窑炉炉门时间长且工艺繁琐。针对于某厂目前使用的窑炉炉门由于在使用单一的低体密铝砖过程中各个部位磨损情况不一，拉低窑炉炉门的寿命。故本发明提出一种复相梯度烧成预制块以简化炉门装配，同时延长炉门寿命。
发明内容
本发明提供了一种热回收焦炉炉门用刚玉莫来石质复相梯度材料，以刚玉骨料、焦宝石骨料、高铝水泥、硅灰、氧化铝粉、铝矾土细粉、焦宝石细粉为原料，经混合、成型、干燥、烧成得到一种热回收焦炉炉门用刚玉莫来石质复相梯度材料。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种热回收焦炉炉门用刚玉莫来石质复相梯度材料，其特征在于，以刚玉骨料、焦宝石骨料、高铝水泥、硅灰、氧化铝粉、铝矾土细粉和焦宝石细粉为原料，通过混合、成型、干燥、烧成制备刚玉莫来石质复相梯度材料，其工艺步骤具体如下：
步骤一，按重量百分比，将60~70%刚玉骨料、3~8%高铝水泥、1~5%硅灰、5~10%氧化铝粉、15~25%铝矾土细粉在搅拌机中预混5~10min，得预混物料一；按重量百分比，将60~70%焦宝石骨料、3~8%高铝水泥、1~5%硅灰、5~10%氧化铝粉、15~25%焦宝石细粉在搅拌机中预混5~10min，得预混物料二；
所述刚玉的Al2O3的含量≥99%；
所述焦宝石中Al2O3含量为44%，Fe2O3小于2%；
所述高铝水泥为氧化铝含量为50%的熟料，磨制的水硬性胶凝材料；
所述硅灰为含硅量为80~92%的硅灰；
所述氧化铝粉中Al2O3≥99.5%；
所述铝矾土为水铝石和高岭石(2SiO2·Al2O3·2H2O)相伴构成，含铝值40%以上，铝硅比值大于2.5(A/S≥2.5)；
步骤二，将预混物料一与其质量1~10%的水混合，继续搅拌10~30min，得浇注料一；将预混物料二与其质量1~10%的水混合，继续搅拌10~30min，得浇注料二；
步骤三，将浇注料一浇注至模具容积的1/3~1/2，再将浇注料二浇注满整个模具，养护24~48小时后脱模，得复相梯度材料坯体；
步骤四，将复相梯度材料坯体于100~150℃干燥24~48小时，得干燥的复相梯度材料坯体；
步骤五，将干燥的复相梯度材料坯体高温烧成，随炉自然冷却后取出，即得到刚玉莫来石质复相梯度材料。
所述步骤三中浇注方式为振动浇注。
所述步骤五中高温烧成制度为在1250~1350℃保温1~3小时，继续升温至1500~1600℃再保温2~6小时。
不规则形状的刚玉骨料、焦宝石骨料颗粒有利于颗粒之间的穿插、咬合和钉销作用，可提高结合强度，耐火骨料烧成后构成了材料的骨架，可以提高材料的热振稳定性、强度。铝矾土细粉、焦宝石细粉、有一定的流动性，可以起到填充材料空隙，提高材料的体积密度，改善施工性能；同时，细粉的活性较骨料颗粒强，能优先与材料中的添加剂反应，提高材料强度或者改善材料其它性能，硅灰增加浇注料的整体流动性，高铝水泥帮助浇注料成型，氧化铝粉对高铝水泥水化的促进作用，加速了浇注料流动性的衰减。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种热回收焦炉炉门用刚玉莫来石质复相梯度材料，结合刚玉和焦宝石两种材料的优点，复合高铝浇注料的常温抗折强度提高5~20MPa、常温耐压强度提高5~20MPa、抗热震稳定性提高10~30次。
附图说明：
图1为本发明制备的刚玉莫来石质复相梯度材料切面图。
图中：1-浇注体一，2-浇注体二。
具体实施方式
实施例1：
将65kg刚玉骨料、5kg高铝水泥、5kg硅灰、5kg氧化铝粉、20kg铝矾土细粉在搅拌机中预混10min，得预混物料一；将65kg焦宝石骨料、5kg高铝水泥、5kg硅灰、5kg氧化铝粉、20kg焦宝石细粉在搅拌机中预混10min，得预混物料二；将预混物料一与5kg水混合，继续搅拌30min，得浇注料一；将预混物料二与5kg水混合，继续搅拌30min，得浇注料二；以振动浇注的方式，将浇注料一浇注至模具容积的1/3，再将浇注料二浇注满整个模具，养护48小时后脱模，得复相梯度材料坯体；将复相梯度材料坯体于100℃干燥48小时，得干燥的复相梯度材料坯体；将干燥的复相梯度材料坯体于1250℃保温1h，继续升温至1500℃再保温3h，随炉自然冷却后取出，即得到刚玉莫来石质复相梯度材料。
按GB/T 3001-2000 测试样的常温抗折强度；按GB/T 3997.2-1998 测试样的常温耐压强度。抗热震性试验是将试样直接放入1100℃炉膛内保温20 min，取出放在常温循环水中保持3min 后取出自然放置5min。上述过程重复直至试样断裂或出现大的掉块。本实施例制备的刚玉莫来石质复相梯度材料的常温抗折强度为56Mpa，常温耐压强度为76Mpa，抗热震稳定性为50次。
实施例2：
将63kg刚玉骨料、8kg高铝水泥、4kg硅灰、7kg氧化铝粉、18kg铝矾土细粉在搅拌机中预混10min，得预混物料一；将63kg焦宝石骨料、8kg高铝水泥、4kg硅灰、7kg氧化铝粉、18kg焦宝石细粉在搅拌机中预混10min，得预混物料二；将预混物料一与5kg水混合，继续搅拌30min，得浇注料一；将预混物料二与5kg水混合，继续搅拌30min，得浇注料二；以振动浇注的方式，将浇注料一浇注至模具容积的1/3，再将浇注料二浇注满整个模具，养护48小时后脱模，得复相梯度材料坯体；将复相梯度材料坯体于100℃干燥48小时，得干燥的复相梯度材料坯体；将干燥的复相梯度材料坯体于1250℃保温1h，继续升温至1500℃再保温3h，随炉自然冷却后取出，即得到刚玉莫来石质复相梯度材料。
按GB/T 3001-2000 测试样的常温抗折强度；按GB/T 3997.2-1998 测试样的常温耐压强度。抗热震性试验是将试样直接放入1100℃炉膛内保温20 min，取出放在常温循环水中保持3min 后取出自然放置5min。上述过程重复直至试样断裂或出现大的掉块。本实施例制备的刚玉莫来石质复相梯度材料的常温抗折强度为57Mpa，常温耐压强度为82Mpa，抗热震稳定性为47次。
实施例3：
将64kg刚玉骨料、7kg高铝水泥、4kg硅灰、7kg氧化铝粉、18kg铝矾土细粉在搅拌机中预混10min，得预混物料一；将64kg焦宝石骨料、7kg高铝水泥、4kg硅灰、7kg氧化铝粉、18kg焦宝石细粉在搅拌机中预混10min，得预混物料二；将预混物料一与5kg水混合，继续搅拌30min，得浇注料一；将预混物料二与5kg水混合，继续搅拌30min，得浇注料二；以振动浇注的方式，将浇注料一浇注至模具容积的1/3，再将浇注料二浇注满整个模具，养护48小时后脱模，得复相梯度材料坯体；将复相梯度材料坯体于100℃干燥48小时，得干燥的复相梯度材料坯体；将干燥的复相梯度材料坯体于1250℃保温1h，继续升温至1500℃再保温3h，随炉自然冷却后取出，即得到刚玉莫来石质复相梯度材料。
按GB/T 3001-2000 测试样的常温抗折强度；按GB/T 3997.2-1998 测试样的常温耐压强度。抗热震性试验是将试样直接放入1100℃炉膛内保温20 min，取出放在常温循环水中保持3min 后取出自然放置5min。上述过程重复直至试样断裂或出现大的掉块。本实施例制备的刚玉莫来石质复相梯度材料的常温抗折强度为60Mpa，常温耐压强度为85Mpa，抗热震稳定性为55次。
焦宝石相对于刚玉，Al2O3所占质量分数较低，故焦宝石的高温机械性能对比刚玉较低，但刚玉价格昂贵，同时由于刚玉Al2O3质量分数高，在高温处理时，几乎没有液相生成，而焦宝石耐火度较低，高温有液相生成，适当的液相生成有助于制品的高温性能，对比两个单一材料制备的耐火材料，因为本发明选用焦宝石和刚玉两种原料作为对比例成分进行比较研究。
对比例1（焦宝石）：
将63kg焦宝石骨料、8kg高铝水泥、4kg硅灰、7kg氧化铝粉、18kg焦宝石细粉在搅拌机中预混10min，得预混物料；将预混物料与10kg水混合，继续搅拌30min，得浇注料；以振动浇注的方式，将浇注料浇注满整个模具，养护48小时后脱模，得焦宝石浇注料坯体；将焦宝石浇注料坯体于100℃干燥48小时，得干燥的焦宝石浇注料坯体；将焦宝石浇注料坯体于1250℃保温1h，继续升温至1500℃再保温3h，随炉自然冷却后取出，即得到焦宝石浇注料烧结预制块。
按GB/T 3001-2000 测试样的常温抗折强度；按GB/T 3997.2-1998 测试样的常温耐压强度。抗热震性试验是将试样直接放入1100℃炉膛内保温20 min，取出放在常温循环水中保持3min 后取出自然放置5min。上述过程重复直至试样断裂或出现大的掉块。本参对比例制备的焦宝石浇注料烧结预制块的常温抗折强度为30MPa，常温耐压强度50MPa，抗热震稳定性为35次。
对比例2（刚玉）：
将63kg刚玉骨料、8kg高铝水泥、4kg硅灰、7kg氧化铝粉、18kg铝矾土细粉在搅拌机中预混10min，得预混物料；将预混物料与10kg水混合，继续搅拌30min，得浇注料；以振动浇注的方式，将浇注料浇注满整个模具，养护48小时后脱模，得刚玉浇注料坯体；将刚玉浇注料坯体于100℃干燥48小时，得干燥的刚玉浇注料坯体；将刚玉浇注料坯体于1250℃保温1h，继续升温至1500℃再保温3h，随炉自然冷却后取出，即得到刚玉浇注料烧结预制块。
按GB/T 3001-2000 测试样的常温抗折强度；按GB/T 3997.2-1998 测试样的常温耐压强度。抗热震性试验是将试样直接放入1100℃炉膛内保温20 min，取出放在常温循环水中保持3min 后取出自然放置5min。上述过程重复直至试样断裂或出现大的掉块。本参对比例制备的焦宝石浇注料烧结预制块的常温抗折强度为56MPa，常温耐压强度70MPa，抗热震稳定性为50次。
对比实施例1、实施例2、实施例3与对比例1（焦宝石）和对比例2（刚玉）的参数可以看出：本发明制备的刚玉莫来石质复相梯度材料的各项指标都高于单一配方浇注料烧结预制块；本发明制备的刚玉莫来石质复相梯度材料在各种原料的共同配合作用下，具有良好的韧性，能够承受较大的外力作用，受到碰撞时不易碎裂，抗热震稳定性良好。刚玉莫来石质复相梯度材料大大提高了耐火浇注料的适用范围，有利于对耐火浇注料的推广。

Claims (3)

1.一种热回收焦炉炉门用刚玉莫来石质复相梯度材料，其特征在于，以刚玉骨料、焦宝石骨料、高铝水泥、硅灰、氧化铝粉、铝矾土细粉和焦宝石细粉为原料，通过混合、成型、干燥、烧成制备刚玉莫来石质复相梯度材料，其工艺步骤具体如下：
步骤一，按重量百分比计，将60~70%刚玉骨料、3~8%高铝水泥、1~5%硅灰、5~10%氧化铝粉、15~25%铝矾土细粉在搅拌机中预混5~10min，得预混物料一；按重量百分比计，将60~70%焦宝石骨料、3~8%高铝水泥、1~5%硅灰、5~10%氧化铝粉、15~25%焦宝石细粉在搅拌机中预混5~10min，得预混物料二；
所述刚玉的Al2O3的含量≥99%；
所述焦宝石中Al2O3含量为44%，Fe2O3小于2%；
所述高铝水泥为氧化铝含量为50%的熟料，磨制的水硬性胶凝材料；
所述硅灰为含硅量为80~92%的硅灰；
所述氧化铝粉中Al2O3≥99.5%；
所述铝矾土为水铝石和高岭石（2SiO2·Al2O3·2H2O）相伴构成，含铝值40%以上，铝硅比值大于2.5（A/S≥2.5）；
步骤二，将预混物料一与其质量1~10%的水混合，继续搅拌10~30min，得浇注料一；将预混物料二与其质量1~10%的水混合，继续搅拌10~30min，得浇注料二；
步骤三，将浇注料一浇注至模具容积的1/3~1/2，再将浇注料二浇注满整个模具，养护24~48小时后脱模，得复相梯度材料坯体；
步骤四，将复相梯度材料坯体于100~150℃干燥24~48小时，得干燥的复相梯度材料坯体；
步骤五，将干燥的复相梯度材料坯体高温烧成，随炉自然冷却后取出，即得到刚玉莫来石质复相梯度材料。
2.根据权利要求1所述的一种热回收焦炉炉门用刚玉莫来石质复相梯度材料，其特征在于，所述步骤三中浇注方式为振动浇注。
3.根据权利要求1所述的一种热回收焦炉炉门用刚玉莫来石质复相梯度材料，其特征在于，所述步骤五中高温烧成制度为在1250~1350℃保温1~3小时，继续升温至1500~1600℃再保温2~6小时。
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