CN112919890B - 轻质莫来石-氧化铝空心球-钛酸铝匣钵及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轻质莫来石‑氧化铝空心球‑钛酸铝匣钵及其制备方法和应用，涉及耐火材料领域，以重量份数计，将苏州二号泥8‑12份，α‑氧化铝粉8‑12份，α‑氧化铝微粉4‑6份，钛酸铝粉6‑8份，电熔莫来石粉13‑21份，粒径为0.2‑1mm的氧化铝空心球15‑25份，粒径为1‑2mm的氧化铝空心球4～6份，粒径不大于1mm的轻质莫来石颗粒5‑15份，粒径为1‑2mm的轻质莫来石颗粒10‑20份放入搅拌机中充分混合，加入结合剂纸浆废液，经充分搅拌后形成有一定粘结性的混合料，将混合料倒入模具，加压成型，入窑烧成，制得的匣钵具有重量轻、产品使用寿命长，性价比高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及耐火材料领域，具体为轻质莫来石-氧化铝空心球-钛酸铝匣钵及其制备方法和应用。
背景技术
目前，适用于1500℃以上温度的高温匣钵均是由电熔莫来石和刚玉制备，例如，中国专利申请CN201810903009.1公开了“一种高温烧制用匣钵”，以氧化铝粉、高岭土粉、粘土粉、白刚玉、石英和莫来石等为原料，经过混合成型后进行高温烧制而成。较市面上预先合成的石英，莫来石，再混合成型的匣钵，生成的成品相更均匀，颜色以及热震稳定性更好，生成的相热膨胀系数小，因而它具有极高的热震稳定性，而且加入了石英，可以提高热震性能，且批量生产时能保持产品的抗裂性、均匀性和质量的稳定性，适于在温差较大环境中。存在的不足是使用寿命短和不稳定的问题，以荧光粉烧结为例，目前寿命在10～30次之间。
发明内容
本发明的目的之一在于提供了一种重量轻、性价比高和使用寿命长的轻质莫来石-氧化铝空心球-钛酸铝匣钵，采用高纯轻质高强莫来石颗粒取代电熔莫来石，采用氧化铝空心球取代刚玉颗粒，引入低膨胀钛酸铝粉，通过压制工艺成型，经高温烧结后使用，可大幅度提高产品使用寿命。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
轻质莫来石-氧化铝空心球-钛酸铝匣钵，其特征在于，主要由以下重量份的原料制备而成：苏州二号泥8-12份，α-氧化铝粉8-12份，α-氧化铝微粉4-6 份，钛酸铝粉6-8份，电熔莫来石粉13-21份，粒径为0.2-1mm的氧化铝空心球 15-25份，粒径为1-2mm的氧化铝空心球4-6份，粒径不大于1mm的轻质莫来石颗粒5-15份，粒径为1-2mm的轻质莫来石颗粒10-20份以及结合剂。
进一步地，所述苏州二号泥的Al2O3含量为33-35％，Fe2O3含量≤0.80％，K2O+ Na2O含量≤0.80％，细度320目筛余＜10％；所述α-氧化铝粉的Al2O3含量大于 95％，细度320目筛余＜10％；所述α-氧化铝微粉的Al2O3含量大于95％，粒度中位直径D50＜2μm；所述钛酸铝的Al2O3含量＞54％，二氧化钛含量＞42％，细度320目筛余＜10％；所述电熔莫来石粉的Al2O3含量68-73％，细度320目筛余＜10％；所述氧化铝空心球的氧化铝含量＞99％；
进一步地，所述轻质莫来石颗粒，体积密度≤2g/cm3，Al2O3含量≥60％，SiO2含量≤37％，Al2O3+SiO％含量≥97％，Fe2O3+TiO2含量≤2％；
进一步地，所述结合剂为纸浆废液，其固形物质量百分比浓度为20～25％。
进一步地，以重量份数计，原料组份为：苏州二号泥10份，α-氧化铝粉 10份，α-氧化铝微粉5份，钛酸铝粉7份，电熔莫来石粉18份，粒径为0.2-1mm 的氧化铝空心球20份，粒径为1-2mm的氧化铝空心球5份，粒径不大于1mm的轻质莫来石颗粒10份，粒径为1-2mm的轻质莫来石颗粒15份。
本发明的另一个目的在于提供了轻质莫来石-氧化铝空心球-钛酸铝匣钵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按上述重量份数比例称取各原料放入搅拌机中充分混合，加入结合剂纸浆废液，经充分搅拌后形成具有粘结性的混合料，将混合料倒入模具，加压成型，入窑烧成后即可得到轻质莫来石-氧化铝空心球- 钛酸铝匣钵。
进一步地，在原料中加入结合剂纸浆废液，形成纸浆废液重量含量为6-8％的混合料，经充分搅拌后备用，把混合料倒入模具，加压成型，脱模之后入干燥窑烘干，送入窑中烧成。
进一步地，烧成温度控制在1350℃-1550℃之间，保温时间为4-8小时。
另外，本发明还提供了上述的轻质莫来石-氧化铝空心球-钛酸铝匣钵在烧结温度高于1500℃产品烧结中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)轻质莫来石颗粒采用高纯黏土与氧化铝粉引入锯末作为造孔剂，经高温烧结后破碎制备，内含丰富的孔洞，在实际应用中，急冷急热产生的应力，能得到有效释放，产生的微裂纹及宏观裂纹，由于孔洞的存在，可以让其转向而消除裂纹扩展，从而表现出良好的抗热震性能，引入轻质莫来石能有效提高产品的抗热震性能，进一步提高烧结温度高于1500℃产品烧结用匣钵的寿命。
(2)氧化铝空心球比刚玉颗粒具有更好的抗热震性能，产品熔点在2100℃，同时也具有良好的抗热震性能，其引入能有效提高产品的使用温度；
(3)钛酸铝主要以离子键和共价键作为结合键，从显微结构和状态上来看，内部有晶体相和气孔，钛酸铝的熔点高达1860℃，而且具有低的热膨胀系数和高的抗热震性，从而为使用温度在1500℃以上的长寿命匣钵生产奠定基础。
本发明与传统产品相比，具有匣钵重量轻、产品使用寿命长，性价比高的优点。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种轻质莫来石-氧化铝空心球-钛酸铝匣钵，其主要由以下重量份的原料制备而成：苏州二号泥8-12份，α-氧化铝粉8-12份，α-氧化铝微粉4-6份，钛酸铝粉6-8份，电熔莫来石粉13-21份，粒径为0.2-1mm的氧化铝空心球15-25份，粒径为1-2mm的氧化铝空心球4-6份，粒径不大于1mm的轻质莫来石颗粒5-15份，粒径为1-2mm的轻质莫来石颗粒10-20份以及结合剂。
其中，苏州二号泥的Al2O3含量为33-35％，Fe2O3含量≤0.80％，K2O+Na2O 含量≤0.80％，细度320目筛余＜10％；所述α-氧化铝粉的Al2O3含量大于95％，细度320目筛余＜10％；所述α-氧化铝微粉的Al2O3含量大于95％，粒度中位直径D50＜2μm；所述钛酸铝的Al2O3含量＞54％，二氧化钛含量＞42％，细度320 目筛余＜10％；所述电熔莫来石粉的Al2O3含量68-73％，细度320目筛余＜10％；所述氧化铝空心球的氧化铝含量＞99％。
所述轻质莫来石颗粒采用高纯黏土与氧化铝粉引入锯末作为造孔剂，经高温烧结后破碎体积密度≤2g/cm3，Al2O3含量≥60％，SiO2含量≤37％，Al2O3+SiO％含量≥97％，Fe2O3+TiO2含量≤2％。
作为结合剂的纸浆废液，其固形物质量百分比浓度为20～25％。
实施例1
本发明提供了一种轻质莫来石-氧化铝空心球-钛酸铝匣钵，以重量份数计，称取苏州二号泥12份，α-氧化铝粉8份，α-氧化铝微粉4份，钛酸铝粉8份，电熔莫来石粉13份，粒径为0.2-1mm的氧化铝空心球25份，粒径为1-2mm氧化铝空心球6份，粒径不大于1mm的轻质莫来石颗粒5份，粒径为1-2mm的轻质莫来石颗粒19份，放入搅拌机中充分混合，加入结合剂纸浆废液，形成纸浆废液重量含量为6％的混合料，经充分搅拌后备用，把混合料倒入模具，加压成型，脱模之后入干燥窑烘干，送入窑中烧成，所用的煅烧窑炉，可以是梭式窑、隧道窑、倒焰窑或滚道窑，烧成温度控制在1450℃，保温时间为6小时，所得成品的性能指标见表1。
实施例2-实施例7，参考实施例1，各实施例的原料配方和成品性能指标见表1。
表1
实施例8-10,原料配方和实施例3相同,烧成后保温时间6小时，烧成温度和成品性能指标见表2。
表2
| 实施例3 | 实施例8 | 实施例9 | 实施例10 | |
| 密度,g/cm<sup>3</sup> | 2.17 | 2.15 | 2.20 | 2.22 |
| 烧成温度，℃ | 1450 | 1350 | 1500 | 1550 |
| 使用次数，次 | 62 | 48 | 56 | 47 |
由此可见，本制备方法中最佳的烧成温度为1450±50℃
实施例11-13,原料配方和实施例3相同,烧成温度为1450℃，保温时间和成品性能指标见表3。
表3
| 实施例3 | 实施例11 | 实施例12 | 实施例13 | |
| 密度,g/cm<sup>3</sup> | 2.17 | 2.17 | 2.19 | 2.17 |
| 保温时间，h | 6 | 4 | 8 | 5 |
| 使用次数，次 | 62 | 58 | 56 | 60 |
Claims (9)
1.轻质莫来石-氧化铝空心球-钛酸铝匣钵，其特征在于，主要由以下重量份的原料制备而成：苏州二号泥8-12份，α-氧化铝粉8-12份，α-氧化铝微粉4-6份，钛酸铝粉6-8份，电熔莫来石粉13-21份，粒径为0.2-1mm的氧化铝空心球15-25份，粒径为1-2mm的氧化铝空心球4-6份，粒径不大于1mm的轻质莫来石颗粒5-15份，粒径为1-2mm的轻质莫来石颗粒10-20份以及结合剂；所述α-氧化铝粉的细度320目筛余＜10％，所述α-氧化铝微粉的粒度中位直径D50＜2μm。
2.如权利要求1所述的轻质莫来石-氧化铝空心球-钛酸铝匣钵，其特征在于，所述苏州二号泥的Al2O3含量为33-35%，Fe2O3含量≤0.80% ，K2O+ Na2O含量≤0.80%，细度320目筛余＜10％；所述α-氧化铝粉的Al2O3含量大于95％；所述α-氧化铝微粉的Al2O3含量大于95％；所述钛酸铝的Al2O3含量＞54%，二氧化钛含量＞42%，细度320目筛余＜10％；所述电熔莫来石粉的Al2O3含量68-73%，细度320目筛余＜10％；所述氧化铝空心球的氧化铝含量＞99%。
3.如权利要求1所述的轻质莫来石-氧化铝空心球-钛酸铝匣钵，其特征在于，所述轻质莫来石颗粒，体积密度≤2g/cm3，Al2O3含量≥60%，SiO2含量≤37%，Al2O3+SiO%含量≥97%，Fe2O3+TiO2含量≤2%。
4.如权利要求1所述的轻质莫来石-氧化铝空心球-钛酸铝匣钵，其特征在于，所述结合剂为纸浆废液，其固形物质量百分比浓度为20～25%。
5.如权利要求1所述的轻质莫来石-氧化铝空心球-钛酸铝匣钵， 其特征在于，以重量份数计，原料组份为：苏州二号泥10份，α-氧化铝粉10份，α-氧化铝微粉5份，钛酸铝粉7份，电熔莫来石粉18份，粒径为0.2-1mm的氧化铝空心球20份，粒径为1-2mm的氧化铝空心球5份，粒径不大于1mm的轻质莫来石颗粒10份，粒径为1-2mm的轻质莫来石颗粒15份。
6.权利要求1-5任一所述的轻质莫来石-氧化铝空心球-钛酸铝匣钵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按上述重量份数比例称取各原料放入搅拌机中充分混合，加入结合剂纸浆废液，经充分搅拌后形成具有粘结性的混合料，将混合料倒入模具，加压成型，入窑烧成后即可得到轻质莫来石-氧化铝空心球-钛酸铝匣钵。
7.根据权利要求6所述的轻质莫来石-氧化铝空心球-钛酸铝匣钵的制备方法，其特征在于，在原料中加入结合剂纸浆废液，形成纸浆废液重量含量为6-8%的混合料，经充分搅拌后备用，把混合料倒入模具，加压成型，脱模之后入干燥窑烘干，送入窑中烧成。
8.根据权利要求6所述的轻质莫来石-氧化铝空心球-钛酸铝匣钵的制备方法，其特征在于，烧成温度控制在1350℃-1550℃之间，保温时间为4-8小时。
9.权利要求1-5任一所述的轻质莫来石-氧化铝空心球-钛酸铝匣钵在烧结温度高于1500℃产品烧结中的应用。
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