CN113754464A - 一种镁铝尖晶石砖及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种镁铝尖晶石砖及其制备方法和应用，涉及耐火材料技术领域。本发明提供的镁铝尖晶石砖，包括以下制备原料：镁质轻质多孔骨料20～50wt％，致密镁质细粉15～30wt％，致密镁质骨料20～50wt％，致密镁铝尖晶石骨料10～30wt％，黄糊精1～3wt％，水1～3wt％。本发明提供的镁铝尖晶石砖具有气孔率高、导热率低、耐磨性好、抗侵蚀性能好的优点，可用于水泥回转窑过渡带工作层。
Description
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，具体涉及一种镁铝尖晶石砖及其制备方法和应用。
背景技术
水泥回转窑能耗节约的主要途径是节约能源随窑体散失，主要耐火材料导热系数偏高，窑筒体散热损失大，这是导致水泥熟料热耗偏高的因素之一。
水泥窑过渡带是水泥回转窑中耐火材料使用条件最为苛刻的段带，该段带温度变化频繁，火焰时进时出，窑皮时挂时掉，窑衬材料常处于无窑皮保护状态，直接暴露在高温辐射和热气流冲刷之下，该段带窑衬材料承受着熟料和碱化合物等造成的化学侵蚀、温度变化造成的热应力导致材料的热震剥落、物料的冲刷磨损和机械震动的机械应力。因此过渡带用低导热耐火材料必须首先具有良好的抗侵蚀性、抗冲刷、抗热震和抗机械应力等高温性能，在此基础上应具有尽可能低的导热系数。目前国外回转窑过渡带使用的主流材料基本上都是镁铝尖晶石砖，尽管这些材料的性能非常适合于过渡带的使用工况，但是其导热系数却非常高，500℃的导热系数达到4.3W/(m·K)，1000℃导热系数达到3.5W/(m·K)，导致水泥熟料热耗偏高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镁铝尖晶石砖及其制备方法和应用，本发明提供的镁铝尖晶石砖具有良好的抗侵蚀性、抗冲刷、抗热震和抗机械应力等高温性能，同时具有较低的导热系数，适用于水泥窑过渡带。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种镁铝尖晶石砖，包括以下制备原料：镁质轻质多孔骨料20～50wt％，致密镁质细粉15～30wt％，致密镁质骨料20～50wt％，致密镁铝尖晶石骨料10～30wt％，黄糊精1～3wt％，水1～3wt％。
优选地，所述镁质轻质多孔骨料为轻质多孔镁砂；所述轻质多孔镁砂中MgO的含量为95～98wt％；
以所述镁铝尖晶石砖的总质量为100％，所述镁质轻质多孔骨料的颗粒级配为：粒径小于等于1mm的镁质轻质多孔骨料为5～25wt％，粒径大于1mm小于等于3mm的镁质轻质多孔骨料为5～25wt％。
优选地，所述镁质轻质多孔骨料的显气孔率≥20％，体积密度≤2.5g/cm3。
优选地，所述致密镁质细粉为高纯烧结镁砂；所述致密镁质细粉中MgO的含量≥97wt％；所述致密镁质细粉的真密度≥3.45g/cm3。
优选地，以所述镁铝尖晶石砖的总质量为100％，所述致密镁质骨料的颗粒级配为：粒径小于等于1mm的致密镁质骨料为5～30wt％，粒径大于1mm小于等于3mm的致密镁质骨料为5～30wt％，粒径大于3mm小于等于5mm的致密镁质骨料为5～30wt％。
优选地，所述致密镁质骨料为高纯烧结镁砂；所述致密镁质骨料中MgO的含量≥96wt％；所述致密镁质骨料的体积密度≥3.2g/cm3。
优选地，以所述镁铝尖晶石砖的总质量为100％，所述致密镁铝尖晶石骨料的颗粒级配为：粒径小于等于1mm的致密镁铝尖晶石骨料为5～15wt％，粒径大于1mm小于等于3mm的致密镁铝尖晶石骨料为5～15wt％。
优选地，所述致密镁铝尖晶石骨料为烧结镁铝尖晶石或电熔镁铝尖晶石；所述致密镁铝尖晶石骨料中MgO的含量为40～70wt％；所述致密镁铝尖晶石骨料中Al2O3的含量为30～60wt％；所述致密镁铝尖晶石骨料的体积密度≥3.2g/cm3。
本发明提供了上述技术方案所述镁铝尖晶石砖的制备方法，包括以下步骤：
将镁质轻质多孔骨料、致密镁质细粉、致密镁质骨料、致密镁铝尖晶石骨料、黄糊精和水混合，得到混合料；
将所述混合料压制成型，得到压坯；
将所述压坯依次进行干燥和煅烧，得到镁铝尖晶石砖。
本发明提供了上述技术方案所述镁铝尖晶石砖或上述技术方案所述制备方法制备得到的镁铝尖晶石砖在水泥窑过渡带中的应用。
本发明提供了一种镁铝尖晶石砖，包括以下制备原料：镁质轻质多孔骨料20～50wt％，致密镁质细粉15～30wt％，致密镁质骨料20～50wt％，致密镁铝尖晶石骨料10～30wt％，黄糊精1～3wt％，水1～3wt％。本发明提供的镁铝尖晶石砖具有气孔率高、导热率低、耐磨性好、抗侵蚀性能好的优点，可用于水泥回转窑过渡带工作层。
具体实施方式
本发明提供了一种镁铝尖晶石砖，包括以下制备原料：镁质轻质多孔骨料20～50wt％，致密镁质细粉15～30wt％，致密镁质骨料20～50wt％，致密镁铝尖晶石骨料10～30wt％，黄糊精1～3wt％，水1～3wt％。
在本发明中，若无特殊说明，所有的制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
本发明提供的镁铝尖晶石砖的制备原料包括镁质轻质多孔骨料20～50wt％，优选为22～45wt％，更优选为25～30wt％。在本发明中，所述镁质轻质多孔骨料的作用是提高砖气孔率、降低导热率。
在本发明中，所述镁质轻质多孔骨料优选为轻质多孔镁砂；所述轻质多孔镁砂中MgO的含量优选为95～98wt％，更优选为96.5～97wt％。在本发明中，以所述镁铝尖晶石砖的总质量为100％，所述镁质轻质多孔骨料的颗粒级配优选为：粒径小于等于1mm的镁质轻质多孔骨料为5～25wt％，更优选为12～20wt％；粒径大于1mm小于等于3mm的镁质轻质多孔骨料为5～25wt％，更优选为10～20wt％，更优选为13～15wt％。本发明采用上述颗粒级配的镁质轻质多孔骨料能够使多孔骨料均匀分布于砖中。
在本发明中，所述镁质轻质多孔骨料的显气孔率优选≥20％，更优选为20～30％；体积密度优选≤2.5g/cm3，更优选为1.5～2.5g/cm3。
本发明提供的镁铝尖晶石砖的制备原料包括致密镁质细粉15～30wt％，优选为20～25wt％。在本发明中，所述致密镁质细粉能够提高抗侵蚀性能。
在本发明中，所述致密镁质细粉优选为高纯烧结镁砂；所述致密镁质细粉中MgO的含量优选≥97wt％，更优选为97～97.5wt％。在本发明中，所述致密镁质细粉的真密度优选≥3.45g/cm3，更优选为3.45～3.55g/cm3。在本发明中，所述致密镁质细粉的粒径优选<88μm，更优选为88～64um。
本发明提供的镁铝尖晶石砖的制备原料包括致密镁质骨料20～50wt％，优选为25～40wt％，更优选为35～40wt％。在本发明中，所述致密镁质骨料的能够保证砖的强度。
在本发明中，以所述镁铝尖晶石砖的总质量为100％，所述致密镁质骨料的颗粒级配优选为：粒径小于等于1mm的致密镁质骨料为5～30wt％，更优选为10～20wt％；粒径大于1mm小于等于3mm的致密镁质骨料为5～30wt％，更优选为15～20wt％；粒径大于3mm小于等于5mm的致密镁质骨料为5～30wt％，更优选为10～15wt％。本发明采用上述颗粒级配的致密镁质骨料能够提高砖的强度。
在本发明中，所述致密镁质骨料优选为高纯烧结镁砂；所述致密镁质骨料中MgO的含量优选≥96wt％，更优选为97wt％。在本发明中，所述致密镁质骨料的体积密度优选≥3.2g/cm3，更优选为3.2～3.3g/cm3。
本发明提供的镁铝尖晶石砖的制备原料包括致密镁铝尖晶石骨料10～30wt％，优选为13～25wt％，更优选为15～20wt％。在本发明中，所述致密镁铝尖晶石骨料能够保证产品的热震稳定性。
在本发明中，以所述镁铝尖晶石砖的总质量为100％，所述致密镁铝尖晶石骨料的颗粒级配优选为：粒径小于等于1mm的致密镁铝尖晶石骨料为5～15wt％，更优选为7～10wt％；粒径大于1mm小于等于3mm的致密镁铝尖晶石骨料为5～15wt％，更优选为6～10wt％。本发明采用上述颗粒级配的致密镁铝尖晶石骨料能够使致密镁铝尖晶石骨料均匀分布于砖中。
在本发明中，所述致密镁铝尖晶石骨料优选为烧结镁铝尖晶石或电熔镁铝尖晶石；所述致密镁铝尖晶石骨料中MgO的含量优选为40～70wt％，更优选为40～55wt％；所述致密镁铝尖晶石骨料中Al2O3的含量优选为30～70wt％，更优选为50～65wt％。在本发明中，所述致密镁铝尖晶石骨料的体积密度优选≥3.2g/cm3，更优选为3.2～3.3g/cm3。
本发明提供的镁铝尖晶石砖的制备原料包括黄糊精1～3wt％，优选为1.5～2wt％。本发明提供的镁铝尖晶石砖的制备原料包括水1～3wt％，优选为1.2～2wt％，更优选为1.5～1.8wt％。
本发明采用黄糊精和水作为结合剂，相比于其他结合剂的作用是环保无污染。
本发明还提供了上述技术方案所述镁铝尖晶石砖的制备方法，包括以下步骤：
将镁质轻质多孔骨料、致密镁质细粉、致密镁质骨料、致密镁铝尖晶石骨料、黄糊精和水混合，得到混合料；
将所述混合料压制成型，得到压坯；
将所述压坯依次进行干燥和煅烧，得到镁铝尖晶石砖。
本发明将镁质轻质多孔骨料、致密镁质细粉、致密镁质骨料、致密镁铝尖晶石骨料、黄糊精和水混合，得到混合料。在本发明中，所述混合的方法优选包括：先将镁质轻质多孔骨料、致密镁质细粉、致密镁质骨料和致密镁铝尖晶石骨料混合，再加入黄糊精和水。本发明对所述混合的具体工艺参数没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的混合工艺即可。
得到混合料后，本发明将所述混合料压制成型，得到压坯。在本发明中，所述压制成型的压力优选为20～38kN/cm2，更优选为22～30kN/cm2。在本发明中，所述压制成型的温度优选为室温。在本发明中，所述压制成型的时间优选为20～30s，更优选为21～26s。本发明在上述条件下进行压制成型，有利于保证成型性能稳定。
得到压坯后，本发明将所述压坯依次进行干燥和煅烧，得到镁铝尖晶石砖。在本发明中，所述干燥的温度优选为100～200℃，更优选为110～180℃，进一步优选为150℃；所述干燥的时间优选为10～24h，更优选为13～20h，进一步优选为15～17h。在本发明中，所述煅烧的温度优选为1500～1650℃，更优选为1580～1650℃，进一步优选为1600～1620℃；在所述煅烧的温度条件下的保温时间优选为200～500min，更优选为290～420min，进一步优选为360～400min。在本发明中，由所述干燥的温度升温至所述煅烧的温度的升温速率优选为80～150℃/h，更优选为100～120℃/h。本发明在上述条件下进行煅烧，能够提高产品的综合性能。
本发明优选在所述煅烧后，将所得材料自然冷却，得到镁铝尖晶石砖。
本发明还提供了上述技术方案所述镁铝尖晶石砖或上述技术方案所述制备方法制备得到的镁铝尖晶石砖在水泥窑过渡带中的应用，优选用于水泥回转窑过渡带工作层。
本发明提供的镁铝尖晶石砖的体积密度为2.8～2.9g/cm3、显气孔率为18～22％、常温耐压强度为60～80MPa、1000℃导热率为2.60～2.853.5W/(m·K)，具有良好的抗侵蚀性、抗冲刷、抗热震和抗机械应力等高温性导能，同时具有较低的热系数，因此，本发明提供的镁铝尖晶石砖能够满足水泥窑过渡带的性能要求。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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。
实施例1
将镁质轻质多孔骨料、致密镁质细粉、致密镁质骨料和致密镁铝尖晶石骨料混合，再加入黄糊精和水，搅拌均匀，得到混合料；以所述混合料的总质量为100％，所述镁质轻质多孔骨料为粒径大于1mm小于等于3mm、10wt％的镁质轻质多孔骨料(MgO含量≥97wt％)和粒径小于等于1mm、11wt％的镁质轻质多孔骨料(MgO含量≥97wt％)；所述致密镁质细粉为粒径<88μm、29.5wt％的高纯烧结镁砂(MgO含量≥97wt％)；所述致密镁质骨料为粒径大于3mm小于等于5mm、9wt％的高纯烧结镁砂(MgO含量≥97wt％)，粒径大于1mm小于等于3mm、14wt％的高纯烧结镁砂(MgO含量≥97wt％)和粒径小于等于1mm、10wt％的高纯烧结镁砂(MgO含量≥97wt％)；所述致密镁铝尖晶石骨料为粒径大于1mm小于等于3mm、6wt％的烧结镁铝尖晶石(Al2O3含量50wt％)和粒径小于等于1mm、7wt％的烧结镁铝尖晶石(Al2O3含量50wt％)；所述黄糊精为2wt％；所述水为1.5wt％；
将所述混合料在23kN/cm2压力下压制23s，得到压坯；
将所述压坯在150℃条件下干燥15小时，然后在1600℃条件下保温400min，自然冷却，得到镁铝尖晶石砖。
本实施例制备的镁铝尖晶石砖的体积密度为2.85g/cm3、显气孔率为22％、常温耐压强度为70MPa、1000℃导热率为2.68W/(m·K)。
实施例2
将镁质轻质多孔骨料、致密镁质细粉、致密镁质骨料和致密镁铝尖晶石骨料混合，再加入黄糊精和水，搅拌均匀，得到混合料；以所述混合料的总质量为100％，所述镁质轻质多孔骨料为粒径大于1mm小于等于3mm、12wt％的镁质轻质多孔骨料(MgO含量≥97wt％)和粒径小于等于1mm、12wt％的镁质轻质多孔骨料(MgO含量≥97wt％)；所述致密镁质细粉为粒径<88μm、25wt％的高纯烧结镁砂(MgO含量≥97wt％)；所述致密镁质骨料为粒径大于3mm小于等于5mm、13.5wt％的高纯烧结镁砂(MgO含量≥97wt％)，粒径大于1mm小于等于3mm、15wt％的高纯烧结镁砂(MgO含量≥97wt％)和粒径小于等于1mm、9.2wt％的高纯烧结镁砂(MgO含量≥97wt％)；所述致密镁铝尖晶石骨料为粒径大于1mm小于等于3mm、5wt％的烧结镁铝尖晶石(Al2O3含量50wt％)和粒径小于等于1mm、5wt％的烧结镁铝尖晶石(Al2O3含量50wt％)；所述黄糊精为1.5wt％；所述水为1.8wt％；
将所述混合料在25kN/cm2压力下压制26s，得到压坯；
将所述压坯在150℃条件下干燥13小时，然后在1610℃条件下保温360min，自然冷却，得到镁铝尖晶石砖。
本实施例制备的镁铝尖晶石砖的体积密度为2.8g/cm3、显气孔率为21％、常温耐压强度为60MPa、1000℃导热率为2.65W/(m·K)。
实施例3
将镁质轻质多孔骨料、致密镁质细粉、致密镁质骨料和致密镁铝尖晶石骨料混合，再加入黄糊精和水，搅拌均匀，得到混合料；以所述混合料的总质量为100％，所述镁质轻质多孔骨料为粒径大于1mm小于等于3mm、5wt％的镁质轻质多孔骨料(MgO含量≥97wt％)和粒径小于等于1mm、19wt％的镁质轻质多孔骨料(MgO含量≥97wt％)；所述致密镁质细粉为粒径<88μm、18.8wt％的高纯烧结镁砂(MgO含量≥97wt％)；所述致密镁质骨料为粒径大于3mm小于等于5mm、10wt％的高纯烧结镁砂(MgO含量≥97wt％)，粒径大于1mm小于等于3mm、19wt％的高纯烧结镁砂(MgO含量≥97wt％)和粒径小于等于1mm、5wt％的高纯烧结镁砂(MgO含量≥97wt％)；所述致密镁铝尖晶石骨料为粒径大于1mm小于等于3mm、10wt％的电熔镁铝尖晶石(Al2O3含量50wt％)和粒径小于等于1mm、10wt％的电熔镁铝尖晶石(Al2O3含量50wt％)；所述黄糊精为2wt％；所述水为1.2wt％；
将所述混合料在28kN/cm2压力下压制22s，得到压坯；
将所述压坯在180℃条件下干燥17小时，然后在1580℃条件下保温420min，自然冷却，得到镁铝尖晶石砖。
本实施例制备的镁铝尖晶石砖的体积密度为2.85g/cm3、显气孔率为19％、常温耐压强度为75MPa、1000℃导热率为2.75W/(m·K)。
实施例4
将镁质轻质多孔骨料、致密镁质细粉、致密镁质骨料和致密镁铝尖晶石骨料混合，再加入黄糊精和水，搅拌均匀，得到混合料；以所述混合料的总质量为100％，所述镁质轻质多孔骨料为粒径大于1mm小于等于3mm、17.5wt％的镁质轻质多孔骨料(MgO含量≥96.5wt％)和粒径小于等于1mm、15wt％的镁质轻质多孔骨料(MgO含量≥96.5wt％)；所述致密镁质细粉为粒径<88μm、23wt％的高纯烧结镁砂(MgO含量≥97wt％)；所述致密镁质骨料为粒径大于3mm小于等于5mm、10wt％的高纯烧结镁砂(MgO含量≥97wt％)，粒径大于1mm小于等于3mm、6wt％的高纯烧结镁砂(MgO含量≥97wt％)和粒径小于等于1mm、10wt％的高纯烧结镁砂(MgO含量≥97wt％)；所述致密镁铝尖晶石骨料为粒径大于1mm小于等于3mm、5wt％的电熔镁铝尖晶石(Al2O3含量65wt％)和粒径小于等于1mm、10wt％的电熔镁铝尖晶石(Al2O3含量65wt％)；所述黄糊精为2wt％；所述水为1.5wt％；
将所述混合料在30kN/cm2压力下压制21s，得到压坯；
将所述压坯在110℃条件下干燥20小时，然后在1620℃条件下保温290min，自然冷却，得到镁铝尖晶石砖。
本实施例制备的镁铝尖晶石砖的体积密度为2.8g/cm3、显气孔率为20％、常温耐压强度为70MPa、1000℃导热率为2.70W/(m·K)。
由以上实施例结果可知，本发明提供的镁铝尖晶石砖具有良好的抗侵蚀性、抗冲刷、抗热震和抗机械应力等高温性能，同时具有较低的导热系数，适用于水泥窑过渡带。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种镁铝尖晶石砖，其特征在于，包括以下制备原料：镁质轻质多孔骨料20～50wt％，致密镁质细粉15～30wt％，致密镁质骨料20～50wt％，致密镁铝尖晶石骨料10～30wt％，黄糊精1～3wt％，水1～3wt％。
2.根据权利要求1所述的镁铝尖晶石砖，其特征在于，所述镁质轻质多孔骨料为轻质多孔镁砂；所述轻质多孔镁砂中MgO的含量为95～98wt％；
以所述镁铝尖晶石砖的总质量为100％计，所述镁质轻质多孔骨料的颗粒级配为：粒径小于等于1mm的镁质轻质多孔骨料为5～25wt％，粒径大于1mm小于等于3mm的镁质轻质多孔骨料为5～25wt％。
3.根据权利要求1或2所述的镁铝尖晶石砖，其特征在于，所述镁质轻质多孔骨料的显气孔率≥20％，体积密度≤2.5g/cm3。
4.根据权利要求1所述的镁铝尖晶石砖，其特征在于，所述致密镁质细粉为高纯烧结镁砂；所述致密镁质细粉中MgO的含量≥97wt％；所述致密镁质细粉的真密度≥3.45g/cm3。
5.根据权利要求1所述的镁铝尖晶石砖，其特征在于，以所述镁铝尖晶石砖的总质量为100％，所述致密镁质骨料的颗粒级配为：粒径小于等于1mm的致密镁质骨料为5～30wt％，粒径大于1mm小于等于3mm的致密镁质骨料为5～30wt％，粒径大于3mm小于等于5mm的致密镁质骨料为5～30wt％。
6.根据权利要求1或5所述的镁铝尖晶石砖，其特征在于，所述致密镁质骨料为高纯烧结镁砂；所述致密镁质骨料中MgO的含量≥96wt％；所述致密镁质骨料的体积密度≥3.2g/cm3。
7.根据权利要求1所述的镁铝尖晶石砖，其特征在于，以所述镁铝尖晶石砖的总质量为100％，所述致密镁铝尖晶石骨料的颗粒级配为：粒径小于等于1mm的致密镁铝尖晶石骨料为5～15wt％，粒径大于1mm小于等于3mm的致密镁铝尖晶石骨料为5～15wt％。
8.根据权利要求1或7所述的镁铝尖晶石砖，其特征在于，所述致密镁铝尖晶石骨料为烧结镁铝尖晶石或电熔镁铝尖晶石；所述致密镁铝尖晶石骨料中MgO的含量为40～70wt％；所述致密镁铝尖晶石骨料中Al2O3的含量为30～60wt％；所述致密镁铝尖晶石骨料的体积密度≥3.2g/cm3。
9.权利要求1～8任一项所述镁铝尖晶石砖的制备方法，包括以下步骤：
将镁质轻质多孔骨料、致密镁质细粉、致密镁质骨料、致密镁铝尖晶石骨料、黄糊精和水混合，得到混合料；
将所述混合料压制成型，得到压坯；
将所述压坯依次进行干燥和煅烧，得到镁铝尖晶石砖。
10.权利要求1～8任一项所述镁铝尖晶石砖或权利要求9所述制备方法制备得到的镁铝尖晶石砖在水泥窑过渡带中的应用。
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