CN114853454A - 一种高强致密锆铬刚玉砖及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强致密锆铬刚玉砖及制备方法，本发明的一个方面，提供了一种高强致密锆铬刚玉砖，该高强致密锆铬刚玉砖由以下原料组成：氧化铬粉、氧化铝粉、电熔刚玉粉、高岭石、纳米陶瓷粉、固体水玻璃、莫来石、六偏磷酸钠、水。有益效果：本发明中混合骨料使用的氧化铬粉能有效提高砖体的耐火度；且氧化铬与氧化铝能形成Al2O3‑Cr2O3连续固溶体，提高砖体的抗侵蚀能力，同时莫来石可以提高砖体的耐高温、强度高导热系数小，且节能效果显著等特点，而添加的高岭石具有良好的可塑性和耐火性等理化性质，可以使砖体在烧制过程中具备更好的成型效果。
Description
技术领域
本发明涉及锆铬刚玉砖生产技术领域，具体来说，涉及一种高强致密锆铬刚玉砖及制备方法。
背景技术
目前有色金属冶炼炉，通常采用镁质、镁铬质、铝铬质、铝质、铝铬锆质耐火材料制作的耐火砖来筑炉，以其耐火、高荷重软化温度、耐磨性能、化学稳定性，热震稳定性及抗渣浸蚀性好等提高冶炼炉次，目的是提高生产率，降低生产成本。但现有的铝锆铬砖没有充分发挥各优质耐火材料的理化性能，其原因是各材料间结合强度低、致密性差，导致砖的热震稳定性较差、抗渣浸蚀性、抗金属液冲刷性不够理想，耐压抗折强度低的不足。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了高强致密锆铬刚玉砖及制备方法，具备高导热性以及韧性，进而解决现有技术中存在的问题。
(二)技术方案
为实现上述高导热性以及韧性，本发明采用的具体技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供了一种高强致密锆铬刚玉砖。
该高强致密锆铬刚玉砖由以下原料组成：
氧化铬粉、氧化铝粉、电熔刚玉粉、高岭石、纳米陶瓷粉、固体水玻璃、莫来石、六偏磷酸钠、水。
上述原料的质量比例为：
氧化铬粉25-33份、氧化铝粉15-22份、电熔刚玉粉26-35份、高岭石5-8份、纳米陶瓷粉5-9份、固体水玻璃2-7份、莫来石2-5份、六偏磷酸钠4-6份、水8-10份。
进一步的，所述氧化铬粉包括以下粒径的比例：8-6mm铬粉8-11份；5-3mm铬粉8-11份，2-1mm铬粉9-11份，氧化铬为浅绿至深绿色细小六方结晶，结晶体极硬。
进一步的，所述氧化铝粉的晶型为γ-Al2O3，所述氧化铝粉粒径的比例：18nm铝粉7-10份；8-12nm铝粉8-12份，具有致密性、光洁度、冷热疲劳性、断裂韧性、抗蠕变性能和高分子材料产品的耐磨性能显著。
进一步的，所述电熔刚玉粉为电熔棕刚玉粉以及电熔白刚玉粉一种或几种混合，有较好的抗粘砂性能，能改善其固相烧结能力，提高致密性得到提高还具有资源广泛、价格低廉的特点。
进一步的，所述高岭石为长石以及辉石中的一种或几种混合，具备抗氧化性能、抗热震性能、可塑性、粘结性、悬浮性较高。
进一步的，所述莫来石为高纯电熔莫来石、普通电熔莫来石、全天然铝矾土精矿烧结莫来石和轻烧莫来石的一种或几种混合，具备较好的耐火性能。
根据本发明的另一方面，提供了一种高强致密锆铬刚玉砖的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、按所述重量份，取氧化铬粉、氧化铝粉、高岭石、莫来石进行混合，形成骨料，之后加入搅拌机内搅拌11-15分钟，得到混合骨料；
步骤S2、按所述重量份，将电熔刚玉粉、纳米陶瓷粉、固体水玻璃，磨均匀、搅拌得到混合粉料；
步骤S3、将步骤S2混合粉料加入步骤S1的混合骨料中，混合均匀，再加入所述重量份的水搅拌13-17分钟粉状成泥料，之后加入所述重量份六偏磷酸钠混合搅拌8-11分钟，搅拌完成后放入模具中，模具需要严密不漏浆，模具应使用防粘模具，且模具使用加压吨数为2600吨的压机进行加压，室温情况下硬化后进行脱模，100-160摄氏度干燥12-24小时，自然冷却至后室温得到坯体；
步骤S4、将步骤S3中的坯体在高温窑洞内进行1400-1600摄氏度中烧结6-9小时，即可得到成品。
进一步的，所述莫来石为高纯电熔莫来石，所述氧化铝粉为煅烧α-氧化铝微粉。
根据本发明的另一方面，提供了一种高强致密锆铬刚玉砖体结构，包括主砖体，所述主砖体的边侧设有第一连接结构以及第二连接结构，所述第一连接结构包括连接块，所述连接块的底端设有插块，所述连接块与所述主砖体之间连接形成插槽，所述连接块的两侧设有封堵块，所述第二连接结构与所述第一连接结构的基本结构相同但比例结构有差异，所述第一连接结构与所述第二连接结构沿所述主砖体对称的位置设有与其结构相同方向相反的对应连接结构。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了高强致密锆铬刚玉砖及制备方法，具备以下有益效果：
(1)、本发明中混合骨料使用的氧化铬粉能有效提高砖体的耐火度；且氧化铬与氧化铝能形成Al2O3-Cr2O3连续固溶体，提高砖体的抗侵蚀能力，同时莫来石可以提高砖体的耐高温、强度高导热系数小，且节能效果显著等特点，而添加的高岭石具有良好的可塑性和耐火性等理化性质，可以使砖体在烧制过程中具备更好的成型效果。
(2)、本发明中混合粉料使用的电熔刚玉具有较好的化学稳定性，高温条件下不会发生相变，不会骨料以及粉料中的其他氧化物发生化学反应，而且在电熔刚玉中加入其他复合物，可以改善其烧结能力，致密性得到提高，且其具备较高的硬度、耐火度，同时三种粒径配比的电熔白刚玉能有效减少砖体材料的孔隙率，提高砖体的致密性，六偏磷酸钠可以使混合后的原料易溶于水，且其吸湿性很强的性能，露置于空气中能逐渐吸收水分。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的高强致密锆铬刚玉砖的制备方法流程示意图；
图2是根据本发明实施例的高强致密锆铬刚玉砖的砖体结构示意图；
图3是根据本发明实施例的高强致密锆铬刚玉砖的连接结构示意图；
图4是现有刚玉砖砖体性能示意图。
其中，本发明所采用的原料成份阐述如下：
氧化铬粉：氧化铬为浅绿至深绿色细小六方结晶，结晶体极硬，密度为5.21，熔点为2266度，因此能有效提高耐火材料的耐火度；且氧化铬与氧化铝能形成Al2O3-Cr2O3连续固溶体，提高耐火材料的抗侵蚀能力；
氧化铝粉：氧化铝粉的生产工艺越来越高，已经可以生产1微米以下的氧化铝粉，其具备致密性、光洁度、冷热疲劳性、断裂韧性、抗蠕变性能和高分子材料产品的耐磨性能尤为显著；
电熔白刚玉：电熔刚玉具有较好的化学稳定性，高温条件下不会发生相变，不会与氧化物发生化学反应，而且在电熔刚玉中加入少量的附加物，能改善其固相烧结能力，涂层的致密性得到提高，本身有着较高的硬度、耐火度，三种颗粒大小配比的电熔白刚玉能有效减少耐火材料的孔隙率，提高砖体的致密性；
高岭石：其矿物成分主要由高岭石、埃洛石、水云母、伊利石、蒙脱石以及石英、长石等矿物组成，其质纯的高岭石呈洁白细腻、松软土状，具有良好的可塑性和耐火性等理化性质；
纳米陶瓷粉：纳米微粉当羟基磷灰石的颗粒在100nm左右时，为一种性能良好的无机陶瓷粉末，并具有独特的生物活性和生物相容性；
固体水玻璃：水玻璃俗称泡化碱,成分为xNa2O·ySiO2纯净的无色，一般为青绿色或棕色的固体或粘稠液体，是将硅石、纯碱与煤粉共熔，经冷却、粉碎、水淬、浓缩而成；
莫来石：化学式：3Al2O3·2SiO2无色含杂质时带玫瑰红色或蓝色，斜方晶系，成柱状或针状晶体，熔融温度约1910℃，在煅烧粘土、高铝质原料(如蓝晶石、红柱石、硅线石)和陶瓷时生成，是粘土砖、高铝砖和瓷器等的主要组分，产于苏格兰的莫尔岛等地也可用电熔法制得，有耐高温、强度高导热系数小，节能效果显著等特点；
六偏磷酸钠：六偏磷酸钠是一种无机物，白色粉末结晶，或无色透明玻璃片状或块状固体，易溶于水，不溶于有机溶剂，吸湿性很强，露置于空气中能逐渐吸收水分而呈黏胶状物，与钙、镁等金属离子能生成可溶性络合物。
其中，图中砖体结构名称阐述如下：
1、主砖体；2、第一连接结构；201、连接块；202、插块；203、插槽；204、封堵块；3、第二连接结构。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
根据本发明的实施例，提供了一种高强致密锆铬刚玉砖。
实施例一：
该高强致密锆铬刚玉砖由以下质量比例的原料制成：
氧化铬粉25份、氧化铝粉15份、电熔刚玉粉26份、高岭石5份、纳米陶瓷粉5份、固体水玻璃2份、莫来石2份、六偏磷酸钠4份、水8份。
其中所述氧化铬粉包括以下粒径的比例：
8-6mm铬粉8份；5-3mm铬粉8份，2-1mm铬粉9份；
氧化铝粉的晶型为γ-Al2O3，氧化铝粉包括以下粒径的比例：
18nm铝粉7份；22nm铝粉8份；
电熔刚玉粉为电熔棕刚玉粉以及电熔白刚玉粉一种或几种混合；
高岭石为长石以及辉石中的一种或几种混合；
莫来石为高纯电熔莫来石、普通电熔莫来石、全天然铝矾土精矿烧结莫来石和轻烧莫来石的一种或几种混合。
该高强致密锆铬刚玉砖的制备，包括以下步骤：
步骤S1、按所述重量份，取氧化铬粉、氧化铝粉、高岭石、莫来石进行混合，形成骨料，之后加入搅拌机内搅拌11分钟，得到混合骨料；
步骤S2、按所述重量份，将电熔刚玉粉、纳米陶瓷粉、固体水玻璃，磨均匀、搅拌得到混合粉料；
步骤S3、将步骤S2混合粉料加入步骤S1的混合骨料中，混合均匀，再加入所述重量份的水搅拌13分钟粉状成泥料，之后加入所述重量份六偏磷酸钠混合搅拌8分钟，搅拌完成后放入模具中，模具需要严密不漏浆，模具应使用防粘模具，且模具使用加压吨数为2600吨的压机进行加压，室温情况下硬化后进行脱模，100摄氏度干燥12小时，自然冷却至后室温得到坯体；
步骤S4、将步骤S3中的坯体在高温窑洞内进行1400摄氏度中烧结6小时，即可得到成品。
实施例二：
该高强致密锆铬刚玉砖由以下质量比例的原料制成：
氧化铬粉29份、氧化铝粉18份、电熔刚玉粉30份、高岭石7份、纳米陶瓷粉7份、固体水玻璃4份、莫来石3份、六偏磷酸钠5份、水9份。
其中所述氧化铬粉包括以下粒径的比例：
8-6mm铬粉9份；5-3mm铬粉9份，2-1mm铬粉10份；
氧化铝粉的晶型为γ-Al2O3，氧化铝粉包括以下粒径的比例：
8nm铝粉9份；22nm铝粉9份；
电熔刚玉粉为电熔棕刚玉粉以及电熔白刚玉粉一种或几种混合；
高岭石为长石以及辉石中的一种或几种混合；
莫来石为高纯电熔莫来石、普通电熔莫来石、全天然铝矾土精矿烧结莫来石和轻烧莫来石的一种或几种混合。
该高强致密锆铬刚玉砖的制备，包括以下步骤：
步骤S1、按所述重量份，取氧化铬粉、氧化铝粉、高岭石、莫来石进行混合，形成骨料，之后加入搅拌机内搅拌13分钟，得到混合骨料；
步骤S2、按所述重量份，将电熔刚玉粉、纳米陶瓷粉、固体水玻璃，磨均匀、搅拌得到混合粉料；
步骤S3、将步骤S2混合粉料加入步骤S1的混合骨料中，混合均匀，再加入所述重量份的水搅拌15分钟粉状成泥料，之后加入所述重量份六偏磷酸钠混合搅拌10分钟，搅拌完成后放入模具中，模具需要严密不漏浆，模具应使用防粘模具，且模具使用加压吨数为2600吨的压机进行加压，室温情况下硬化后进行脱模，130摄氏度干燥18小时，自然冷却至后室温得到坯体；
步骤S4、将步骤S3中的坯体在高温窑洞内进行1500摄氏度中烧结7小时，即可得到成品。
实施例三：
根据本发明的实施例，提供了一种高强致密锆铬刚玉砖。
该高强致密锆铬刚玉砖由以下质量比例的原料制成：
氧化铬粉33份、氧化铝粉22份、电熔刚玉粉35份、高岭石8份、纳米陶瓷粉9份、固体水玻璃7份、莫来石5份、六偏磷酸钠6份、水10份。
其中所述氧化铬粉包括以下粒径的比例：
8-6mm铬粉11份；5-3mm铬粉11份，2-1mm铬粉11份；
氧化铝粉的晶型为γ-Al2O3，所述氧化铝粉包括以下粒径的比例：
18nm铝粉10份；22nm铝粉12份；
电熔刚玉粉为电熔棕刚玉粉以及电熔白刚玉粉一种或几种混合；
高岭石为长石以及辉石中的一种或几种混合；
莫来石为高纯电熔莫来石、普通电熔莫来石、全天然铝矾土精矿烧结莫来石和轻烧莫来石的一种或几种混合。
该高强致密锆铬刚玉砖的制备，包括以下步骤：
步骤S1、按所述重量份，取氧化铬粉、氧化铝粉、高岭石、莫来石进行混合，形成骨料，之后加入搅拌机内搅拌15分钟，得到混合骨料；
步骤S2、按所述重量份，将电熔刚玉粉、纳米陶瓷粉、固体水玻璃，磨均匀、搅拌得到混合粉料；
步骤S3、将步骤S2混合粉料加入步骤S1的混合骨料中，混合均匀，再加入所述重量份的水搅拌17分钟粉状成泥料，之后加入所述重量份六偏磷酸钠混合搅拌11分钟，搅拌完成后放入模具中，模具需要严密不漏浆，模具应使用防粘模具，且模具使用加压吨数为2600吨的压机进行加压，室温情况下硬化后进行脱模，160摄氏度干燥24小时，自然冷却至后室温得到坯体；
步骤S4、将步骤S3中的坯体在高温窑洞内进行1600摄氏度中烧结9小时，即可得到成品。
下表为砖体各项性能指数检测数据：
| 检测项目 | 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 | 实施例四 |
| 显气孔率份 | 6.7-7.2 | 7.5-8.0 | 6.3-6.9 | 6.3-6.5 |
| 耐压强度MPa | 160-165 | 140-160 | 165-170 | 170-185 |
| 耐热温度℃ | 1740-2120 | 2550-3070 | 2270-2720 | 2760-3220 |
| 体积密度g/cm3 | 3.52-3.54 | 3.51-3.53 | 3.55-3.57 | 3.56-3.59 |
| Cr2O3份 | 28 | 32 | 25 | 33 |
参照三个实施例所成型的砖体可以达到1740-3220摄氏度耐热度。
同时根据图4可得知本发明所示刚玉砖各项性能指数相较于现有技术的其他类型刚玉更加优异。
由此可见通过增加氧化铬的含量可以有效增加其耐热温度以及致密性更高。
该方法烧制成型的砖体具有较好的耐火性能、热震稳定性，具有更高的弹性、挠性、柔韧性、粘合性、耐磨耗性、耐高温、耐腐蚀性，结合强度低、致密性高，砖的热震稳定性较高、抗渣浸蚀性、抗金属液冲刷性强，耐压抗折强度高。
砖体结构中，主砖体1可以通过第一连接结构2以及第二连接结构3与其他砖体进行连接，且砖体之间不会产生缝隙，第一连接结构2的插块202与插槽203相对应，封堵块204可以对砖体连接后的缝隙进行封堵，其中主砖体1与第一连接结构2以及第二连接结构3之间为一体化设计，该结构的砖体具备砖体之间可以进行相互连接，可以不通过填缝就可以完成砖体之间的连接，使砖体具备更高的连接稳定性，
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过混合骨料使用的氧化铬粉能有效提高砖体的耐火度；且氧化铬与氧化铝能形成Al2O3-Cr2O3连续固溶体，提高砖体的抗侵蚀能力，同时莫来石可以提高砖体的耐高温、强度高导热系数小，且节能效果显著等特点，而添加的高岭石具有良好的可塑性和耐火性等理化性质，可以使砖体在烧制过程中具备更好的成型效果，混合粉料使用的电熔刚玉具有较好的化学稳定性，高温条件下不会发生相变，不会骨料以及粉料中的其他氧化物发生化学反应，而且在电熔刚玉中加入其他复合物，可以改善其烧结能力，致密性得到提高，且其具备较高的硬度、耐火度，同时三种粒径配比的电熔白刚玉能有效减少砖体材料的孔隙率，提高砖体的致密性，六偏磷酸钠可以使混合后的原料易溶于水，且其吸湿性很强的性能，露置于空气中能逐渐吸收水分。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高强致密锆铬刚玉砖，其特征在于，该刚玉砖由以下原料组成：氧化铬粉、氧化铝粉、电熔刚玉粉、高岭石、纳米陶瓷粉、固体水玻璃、莫来石、六偏磷酸钠、水；
上述原料的质量比例为：
氧化铬粉25-33份、氧化铝粉15-22份、电熔刚玉粉26-35份、高岭石5-8份、纳米陶瓷粉5-9份、固体水玻璃2-7份、莫来石2-5份、六偏磷酸钠4-6份、水8-10份。
2.根据权利要求1所述的一种高强致密锆铬刚玉砖，其特征在于，所述氧化铬粉包括以下粒径的比例：8-6mm铬粉8-11份；5-3mm铬粉8-11份，2-1mm铬粉9-11份。
3.根据权利要求2所述的一种高强致密锆铬刚玉砖，其特征在于，所述氧化铝粉的晶型为γ-Al2O3，所述氧化铝粉粒径的比例：18nm铝粉7-10份；22nm铝粉8-12份。
4.根据权利要求3所述的一种高强致密锆铬刚玉砖，其特征在于，所述电熔刚玉粉为电熔棕刚玉粉以及电熔白刚玉粉一种或几种混合。
5.根据权利要求4所述的一种高强致密锆铬刚玉砖，其特征在于，所述高岭石为长石以及辉石中的一种或几种混合。
6.根据权利要求5所述的一种高强致密锆铬刚玉砖，其特征在于，所述莫来石为高纯电熔莫来石、普通电熔莫来石、全天然铝矾土精矿烧结莫来石和轻烧莫来石的一种或几种混合。
7.一种高强致密锆铬刚玉砖制备方法，其特征在于，用于权利要求6所述的一种高强致密锆铬刚玉砖的制备，包括以下步骤：
S1、按所述重量份，取氧化铬粉、氧化铝粉、高岭石、莫来石进行混合，形成骨料，之后加入搅拌机内搅拌11-15分钟，得到混合骨料；
S2、按所述重量份，将电熔刚玉粉、纳米陶瓷粉、固体水玻璃，磨均匀、搅拌得到混合粉料；
S3、将步骤S2混合粉料加入步骤S1的混合骨料中，混合均匀，再加入所述重量份的水搅拌13-17分钟粉状成泥料，之后加入所述重量份六偏磷酸钠混合搅拌8-11分钟，搅拌完成后放入模具中，模具需要严密不漏浆，模具应使用防粘模具，且模具使用加压吨数为2600吨的压机进行加压，室温情况下硬化后进行脱模，100-160摄氏度干燥12-24小时，自然冷却至后室温得到坯体；
S4、将步骤S3中的坯体在高温窑洞内进行1400-1600摄氏度中烧结6-9小时，即可得到成品。
8.根据权利要求7所述的一种高强致密锆铬刚玉砖制备方法，其特征在于，所述莫来石为高纯电熔莫来石，所述氧化铝粉为煅烧α-氧化铝微粉。
9.一种高强致密锆铬刚玉砖体结构，该结构由权利要求8所述的一种高强致密锆铬刚玉砖制备方法制备，包括主砖体(1)，所述主砖体(1)的边侧设有第一连接结构(2)以及第二连接结构(3)，所述第一连接结构(2)包括连接块(201)，所述连接块(201)的底端设有插块(202)，所述连接块(201)与所述主砖体(1)之间连接形成插槽(203)，所述连接块(201)的两侧设有封堵块(204)，所述第二连接结构(3)与所述第一连接结构(2)的结构相同但比例结构有差异，所述第一连接结构(2)与所述第二连接结构(3)沿所述主砖体(1)对称的位置设有与其结构相同方向相反的对应连接结构。
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