CN113149670A - 一种一步法制备致密二铝酸钙耐火熟料的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
一种一步法制备致密二铝酸钙耐火熟料的工艺方法，其成分按重量百分比含Al2O376.11～77.68％，CaO 20.89～21.32％，重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉1～3％；相对密度为91.6～93.9％，显气孔率为3.7～4.9％；制备方法为：(1)将铝矾土、石灰石和重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉分别磨细后混合；(2)将混合物料压制成生球，然后进行煅烧制成熟料。本发明采用重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉作为促烧结剂，在煅烧过程重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉固溶到二铝酸钙相中形成固溶体，从而提高了二铝酸钙相的烧结活性，促进二铝酸钙相的长大，从而可在较低的煅烧温度和较短的保温时间条件下获得致密二铝酸钙耐火熟料，有效降低了生产能耗，提高了生产效率，促进了节能减排。
Description
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种一步法致密二铝酸钙耐火熟料的工艺方法。
背景技术
二铝酸钙（CA2）熔点高，在还原、碱性氛中稳定性高，抗化学侵蚀能力强等优良特性，且其自身热膨胀系数低，在与其它高熔点、高膨胀系数材料复合时可以很好的降低复相材料的热膨胀系数，具有相当好的热震稳定性，因此是非常好的抗高温，抗侵蚀，可用于高温炉衬、包衬等部位，性能良好的新型耐火材料，在冶金、水泥、玻璃、石油化工等高温行业有着很好的应用前景。同时CA2具有较小的真密度（Al2O3，4.10 g/cm3；CA6，3.79 g/cm3；CA2，2.88 g/cm3），可见如能向目前广泛使用的氧化铝质耐火材料中引入部分世界范围内资源丰富的石灰石替代部分刚玉原料生产CA2轻量化耐火材料，不仅可以显著降低耐火材料的生产成本，还可通过降低体积密度，有效实现耐火材料的轻量化，有利于减少高温炉衬和包衬的蓄热损失，促进节能减排。
在固相合成制备致密二铝酸钙耐火熟料的过程中，由于各组元之间反应所伴随的体积膨胀效应抑制了烧结及致密化过程，难于通过一次煅烧获得致密的耐火熟料；同时，由于二铝酸钙晶相的烧结活性低，即使通过两次煅烧，也难以获得致密熟料；此外，由于反应过程中二铝酸钙晶相间易枝晶互联形成多孔结构，进一步影响了二铝酸钙耐火材料的烧结致密化行为。发明专利CN105906355A、CN109456069A公开的致密二铝酸钙耐火熟料的制备方法，其工艺过程是采用二步法的生产工艺即一步预烧消除体积膨胀效应，二步烧成致密化的生产方式，其工艺过程复杂，能耗较大，生产成本较高。
发明内容
针对目前二铝酸钙耐火熟料制备技术上存在的上述问题，本发明提供了一种一步法制备致密二铝酸钙耐火熟料的工艺方法，其原理是在混料过程中加入促烧剂重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉添加剂后进行煅烧，在煅烧过程通过重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉固溶入二铝酸钙晶相中，形成固溶体，强有力的提高了二铝酸钙相的烧结活性，有效促进了二铝酸钙相的长大，可通过一步法在较低的煅烧温度和较短的保温时间条件下实现二铝酸钙耐火熟料的良好烧结，获得致密二铝酸钙耐火熟料，提高生产效率，促进节能减排。
本发明的致密二铝酸钙耐火熟料，其成分按重量百分比含Al2O3 76.11~77.68%，CaO 20.89~21.32%，重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉1~3%；相对密度为91.6~93.9%，显气孔率为3.7~4.9%。
本发明的致密二铝酸钙耐火熟料的制备方法，按以下步骤进行：
（1）将铝矾土和石灰石分别破碎并磨细至粒度≤88目，配加重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉后在混砂机中进行混合制成混合物料；其中铝矾土占混合物料总重量的66.51%~71.84%，石灰石占混合物料总重量的27.46%~31.23%，重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉占混合物料总重量的0.7%~2.3%；
（2）将混合物料通过压球机在120~150MPa的压力下压制成生球；
（3）将生球在1600~1650℃条件下保温2~3小时，进行煅烧，获得致密二铝酸钙耐火熟料。
上述的铝矾土中Al2O3的重量含量≥76.3%，石灰石中CaO的重量含量≥50.4%。
上述的La2O3、TiO2微粉纯度≥98.00%，粒度≤10μm。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
本发明的致密二铝酸钙耐火熟料采用重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉作为促烧结剂，在煅烧过程重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉固溶到二铝酸钙相中，使二铝酸钙相发生晶格畸变，活性大大提高，促进其烧结与致密化行为，从而可在较低的煅烧温度和较短的保温时间条件下通过一步法获得致密二铝酸钙耐火熟料，大幅提高了生产效率，降低了生产能耗和生产成本。
附图说明
图1为一步法制备致密二铝酸钙耐火熟料工艺流程；
图2为产品XRD分析。
具体实施方式
本发明实施例中混合物料采用的设备为S1110型混砂机。
本发明实施例中压制成球采用的设备为GY650-180 型压球机。
本发明实施例中煅烧采用的设备为高温竖窑。
本发明实施例中采用的铝矾土、石灰石和La2O3、TiO2微粉为市售产品。
实施例1
本实施例中采用的原料铝矾土中Al2O3的重量百分含量76.3%，采用石灰石中CaO的重量百分含量54.8%。
制备的致密二铝酸钙耐火熟料成分按重量百分比含Al2O3 77.68%，CaO 21.32%，重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉1%；相对密度为91.6%，显气孔率为4.9%；制备方法按以下步骤进行：
（1）将铝矾土和石灰石分别破碎并磨细至粒度≤88目，配加重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉后在混砂机中进行混合制成混合物料；其中铝矾土占混合物料总重量的71.84%，石灰石占混合物料总重量的27.46%%，重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉占混合物料总重量的0.7%；
（2）将混合物料通过压球机在150MPa的压力下压制成生球；
（3）将生球在1650℃条件下保温3小时，进行煅烧，获得致密二铝酸钙耐火熟料。
在不添加重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉的情况下，按上述方式进行对比实验，获得对比实验的烧结熟料；将获得的致密二铝酸钙耐火熟料与对比实验的烧结熟料分别进行SEM分析，结果表明，无添加剂条件下烧结试样内部组织松散，气孔较多，相比之下，由于添加剂重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉的加入，试样的气孔显著减少，显微结构明显致密，可清晰观察到其主晶相CA2的存在，从微观结构上进一步说明了添加剂重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉对二铝酸钙的烧结起到了有效的促进作用；将获得的致密二铝酸钙耐火熟料进行EDS分析，结果表明，添加的重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉主要存在于体系内部二铝酸钙晶相当中，形成了固溶体，会促使二铝酸钙晶相发生晶格畸变，活性提高，说明添加剂重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉的加入有效促进了二铝酸钙的烧结与致密化行为。
实施例2
本实施例中采用的原料铝矾土中Al2O3的重量百分含量77.4%，采用石灰石中CaO的重量百分含量53.9%。
制备的致密二铝酸钙耐火熟料成分按重量百分比含Al2O3 77.44%，CaO 21.26%，重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉1.3%；相对密度为91.9%，显气孔率为4.7%；制备方法按以下步骤进行：
（1）将铝矾土和石灰石分别破碎并磨细至粒度≤88目，配加重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉后在混砂机中进行混合制成混合物料；其中铝矾土占混合物料总重量的71.06%，石灰石占混合物料总重量的28.01%%，重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉占混合物料总重量的0.9%；
（2）将混合物料通过压球机在150MPa的压力下压制成生球；
（3）将生球在1650℃条件下保温3小时，进行煅烧，获得致密二铝酸钙耐火熟料。
实施例3
本实施例中采用的原料铝矾土中Al2O3的重量百分含量78.6%，采用石灰石中CaO的重量百分含量53.4%。
制备的致密二铝酸钙耐火熟料成分按重量百分比含Al2O3 77.28%，CaO 21.22%，重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉1.5%；相对密度为92.2%，显气孔率为4.6%；制备方法按以下步骤进行：
（1）将铝矾土和石灰石分别破碎并磨细至粒度≤88目，配加重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉后在混砂机中进行混合制成混合物料；其中铝矾土占混合物料总重量的70.45%，石灰石占混合物料总重量的28.47%%，重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉占混合物料总重量的1.1%；
（2）将混合物料通过压球机在140MPa的压力下压制成生球；
（3）将生球在1600℃条件下保温2.5小时，进行煅烧，获得致密二铝酸钙耐火熟料。
实施例4
本实施例中采用的原料铝矾土中Al2O3的重量百分含量79.8%，采用石灰石中CaO的重量百分含量52.6%。
制备的致密二铝酸钙耐火熟料成分按重量百分比含Al2O3 76.89%，CaO 21.11%，重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉2%；相对密度为92.6%，显气孔率为4.4%；制备方法按以下步骤进行：
（1）将铝矾土和石灰石分别破碎并磨细至粒度≤88目，配加重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉后在混砂机中进行混合制成混合物料；其中铝矾土占混合物料总重量的69.58%，石灰石占混合物料总重量的28.98%%，重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉占混合物料总重量的1.4%；
（2）将混合物料通过压球机在140MPa的压力下压制成生球；
（3）将生球在1600℃条件下保温2.5小时，进行煅烧，获得致密二铝酸钙耐火熟料。
实施例5
本实施例中采用的原料铝矾土中Al2O3的重量百分含量80.7%，采用石灰石中CaO的重量百分含量52.1%。
制备的致密二铝酸钙耐火熟料成分按重量百分比含Al2O3 76.73%，CaO 21.07%，重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉2.2%；相对密度为92.9%，显气孔率为4.2%；制备方法按以下步骤进行：
（1）将铝矾土和石灰石分别破碎并磨细至粒度≤88目，配加重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉后在混砂机中进行混合制成混合物料；其中铝矾土占混合物料总重量的69.04%，石灰石占混合物料总重量的29.36%%，重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉占混合物料总重量的1.6%；
（2）将混合物料通过压球机在130MPa的压力下压制成生球；
（3）将生球在1650℃条件下保温2小时，进行煅烧，获得致密二铝酸钙耐火熟料。
实施例6
本实施例中采用的原料铝矾土中Al2O3的重量百分含量82.4%，采用石灰石中CaO的重量百分含量51.6%。
制备的致密二铝酸钙耐火熟料成分按重量百分比含Al2O3 76.5%，CaO 21%，重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉2.5%；相对密度为93.2%，显气孔率为4.1%；制备方法按以下步骤进行：
（1）将铝矾土和石灰石分别破碎并磨细至粒度≤88目，配加重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉后在混砂机中进行混合制成混合物料；其中铝矾土占混合物料总重量的68.24%，石灰石占混合物料总重量的29.92%%，重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉占混合物料总重量的1.8%；
（2）将混合物料通过压球机在130MPa的压力下压制成生球；
（3）将生球在1650℃条件下保温2小时，进行煅烧，获得致密二铝酸钙耐火熟料。
实施例7
本实施例中采用的原料铝矾土中Al2O3的重量百分含量84.6%，采用石灰石中CaO的重量百分含量51.2%。
制备的致密二铝酸钙耐火熟料成分按重量百分比含Al2O3 76.34%，CaO 20.96%，重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉2.7%；相对密度为93.6%，显气孔率为3.9%；制备方法按以下步骤进行：
（1）将铝矾土和石灰石分别破碎并磨细至粒度≤88目，配加重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉后在混砂机中进行混合制成混合物料；其中铝矾土占混合物料总重量的67.41%，石灰石占混合物料总重量的30.58%%，重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉占混合物料总重量的2%；
（2）将混合物料通过压球机在120MPa的压力下压制成生球；
（3）将生球在1600℃条件下保温2.5小时，进行煅烧，获得致密二铝酸钙耐火熟料。
实施例8
本实施例中采用的原料铝矾土中Al2O3的重量百分含量86.2%，采用石灰石中CaO的重量百分含量50.4%。
制备的致密二铝酸钙耐火熟料成分按重量百分比含Al2O3 76.11%，CaO 20.89%，重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉3%；相对密度为93.9%，显气孔率为3.7%；制备方法按以下步骤进行：
（1）将铝矾土和石灰石分别破碎并磨细至粒度≤88目，配加重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉后在混砂机中进行混合制成混合物料；其中铝矾土占混合物料总重量的66.51%，石灰石占混合物料总重量的31.23%%，重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉占混合物料总重量的2.3%；
（2）将混合物料通过压球机在120MPa的压力下压制成生球；
（3）将生球在1600℃条件下保温2.5小时，进行煅烧，获得致密二铝酸钙耐火熟料。
Claims (3)
1.一种制备致密二铝酸钙耐火熟料的工艺方法，其特征在于成分按重量百分比含Al2O376.11～77.68％，CaO 20.89～21.32％，重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉1～3％；相对密度为91.6～93.9％，显气孔率为3.7～4.9％。其制备方法特征在于按以下步骤进行：
(1)将铝矾土和石灰石分别破碎并磨细至粒度≤88目，配加重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉后在混砂机中进行混合制成混合物料；其中铝矾土占混合物料总重量的66.51％～71.84％，石灰石占混合物料总重量的27.46％～31.23％，重量比为1:1的La2O3与TiO2混合微粉占混合物料总重量的0.7％～2.3％；
(2)将混合物料通过压球机在120～150MPa的压力下压制成生球；
(3)将生球在1600～1650℃条件下保温2～3小时，进行煅烧，获得致密二铝酸钙耐火熟料。
2.根据权利要求1所述的致密二铝酸钙耐火熟料的工艺方法，La2O3、TiO2微粉纯度≥98.00％，粒度≤10μm。
3.根据权利要求1所述的致密二铝酸钙耐火熟料的工艺方法，其特征在于所述的铝矾土中Al2O3的重量含量≥76.3％，石灰石中CaO的重量含量≥50.4％。
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