CN1789197A

CN1789197A - 刚玉空心球的制备方法

Info

Publication number: CN1789197A
Application number: CN 200510061294
Authority: CN
Inventors: 王家邦
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2006-06-21

Abstract

本发明公开了一种刚玉空心球的制备方法。以棕刚玉或亚白刚玉或两者为主要原料，引入碳素材料或添加剂或引入两者同时引入纯化去除SiO₂、Fe₂O₃、TiO₂、Na₂O、K₂O、CaO和MgO杂质，或不引入碳素材料和添加剂，在三相交流电弧矿热炉或直流电弧矿热炉中熔炼，用高压空气喷吹，制造出刚玉空心球。然后分选得到0.2mm～5mm的刚玉空心球，该空心球与氧化铝空心球相比具有使用温度相近，但价格则相对低廉，有利于推广应用。

Description

刚玉空心球的制备方法

技术领域

本发明涉及一种刚玉空心球的制备方法。

背景技术

在传统能源日益枯竭，而新能源发展缓慢的今天，当前最迫切的任务是开发轻质、高强、热震稳定性好、使用温度高能满足轻质结构高温炉所需的内衬材料，改变传统的超高温窑炉由于采用重质结构而存在的热容量大、升温速率低、能耗大、使用寿命短、中期维修量大等缺点，节约能源，为人类可持续发展服务。

由于隔热材料是通过引入气孔的方式来获得低热导率，引入大量气孔导致隔热材料重烧线收缩率提高、荷重软化温度降低、高温蠕变严重、耐压强度降低，从而使隔热材料的使用温度很难提高，并使应用范围受到限制，因此寻找新的方法制备新的高温隔热材料一直是各国专家的工作重点。1986年苏联材料工作者采用增加Al₂O₃含量和成球预烧的办法，生产出使用温度可达1750℃的高温隔热材料；20世纪80年代中期又成功地生产出轻质氧化铝空心球陶瓷，氧化铝纤维等轻质隔热材料，使用温度可达1500～1800℃，不但可做隔热层，也可以与火焰直接接触。在现有的各种材质的隔热材料中，氧化铝隔热材料品种最多，使用温度高，隔热节能效果好，是当今重点发展的隔热材料，其中轻质氧化铝空心球陶瓷是隔热耐火材料技术进步的一个标志，它克服了原有泡沫氧化铝产品强度低、高温抗蠕变性能差的缺点，可直接接触火焰，可作为内衬结构材料使用，推动传统高温窑炉结构改造，为设计新型窑炉结构奠定基础。

但是目前氧化铝空心球采用高纯α-Al₂O₃或γ-Al₂O₃粉体生产，由于原料紧张，近几年氧化铝粉大幅度涨价，产品价格居高不下，严重影响产品的应用推广。

发明内容

本发明的目的是提供以棕刚玉和亚白刚玉为原料的一种刚玉空心球的制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

以棕刚玉或亚白刚玉或两者复合为主要原料，引入碳素材料或添加剂或两者同时引入，或不引入碳素材料和添加剂，用三相交流电弧矿热炉或直流电弧矿热炉中熔炼，用高压空气进行喷吹，制造出刚玉空心球。

所用的棕刚玉其Al₂O₃重量百分含量92～97％，SiO₂重量百分含量0～2.5％，所用的亚白刚玉其Al₂O₃重量百分含量95～99％，SiO₂重量百分含量0～1.5％的，引入碳素材料或添加剂或两者同时引入纯化去除SiO₂、Fe₂O₃、TiO₂、Na₂O、K₂O、CaO和MgO杂质。

加热过程中其料液温度为1900～2400℃，吹球空气压力为6～12kg/cm²。

所述的碳素材料是石油焦、焦炭、无烟煤，其用量为除Al₂O₃外杂质总量摩尔百分比的0～10倍。

所述的添加剂是AlF₃、MgF₂、CaF₂、AlCl₃、MgCl₂、Cl₂，其用量为除Al₂O₃外杂质总量摩尔百分比的0～3倍。

吹球喷嘴固定在炉嘴下方50～100mm处，喷嘴与炉嘴夹角为50～80°。喷嘴为扁形或圆形钢管，钢管直径为30～60mm。

倾炉喷吹，倾炉最好采用变频模式，先快后慢，与料液流速相匹配，用此方法可生产出刚玉空心球，然后分选得到0.2mm～5mm的刚玉空心球。

本发明与背景技术相比具有的有益效果是：

本发明结合国内刚玉材料的发展趋势和生产特性，以棕刚玉和亚白刚玉为原料，在生产的过程中引入碳素材料和添加剂进一步去除SiO₂、Fe₂O₃、TiO₂及钾纳氧化物等杂质，进一步提高其氧化铝的含量，从而提高所得刚玉空心球及其制品的荷重软化温度和使用温度。用此方法生产的棕刚玉空心球与用工业氧化铝生产的空心球相比，具有使用温度相接近和成本低廉的特点；与采用燃尽加入物法、泡沫法、气体发生法生产的氧化铝隔热材料相比，具有更好的力学强度和更高的使用温度，但其成本相接近。

具体实施方式

实施例1：

原料为棕刚玉，其颗粒小于0.15mm，氧化铝含量为92.0％，氧化硅含量为1.05％，脱硅粘度调节添加剂采用CaF₂，其用量为氧化硅摩尔含量的1.5倍，将上述原料按比例配好混匀，称重200公斤放在炉前待用。电弧炉熔炼准备工作完成后加入炉中熔炼，直至棕刚玉完全熔融，熔体不断有气泡冒出，此后调整电流精练20分钟，温度达到1900℃提起电极棒，提起电极棒，立即倾炉喷吹刚玉球。喷吹用空压机压力为10kg/cm²，喷嘴直径为40mm，喷嘴宽度为5mm，喷嘴固定在炉嘴下方75mm处，喷嘴与炉嘴的夹角为68°。所得空心球产品为灰白色，有一些有发黄或发红现象，氧化铝含量为92.1％，主晶相为α-Al₂O₃，也有部分没有成球或破损，粒度为0.2～5.0mm之间的空心球的堆积密度为0.75g/cm³。

实施例2：

原料为棕刚玉，其颗粒小于0.15mm，氧化铝含量为95.6％，氧化硅含量为0.95％，将上述原料称重200公斤放在炉前待用。电弧炉熔炼准备工作完成后加入炉中熔炼，直至棕刚玉完全熔融，熔体不断有气泡冒出，此后调整电流精练20分钟，提起电极棒，温度达到2050℃提起电极棒，立即倾炉喷吹刚玉球。喷吹用空压机压力为8kg/cm²，喷嘴直径为30mm，喷嘴宽度为5mm，喷嘴固定在炉嘴下方50mm处，喷嘴与炉嘴的夹角为50°。所得空心球产品为灰白色，有一些有发黄或发红现象，氧化铝含量为96.2％，主晶相为α-Al₂O₃，也有部分没有成球或破损，粒度为0.2～5.0mm之间的空心球的堆积密度为0.71g/cm³。

实施例3：

原料为棕刚玉，其颗粒小于0.15mm，氧化铝含量为97.0％，氧化硅含量为0.85％。称取棕刚玉200公斤，加入无烟煤2公斤，AlCl₃0.5公斤，将上述原料混匀后放在炉前待用。电弧炉熔炼准备工作完成后加入炉中熔炼，直至棕刚玉完全熔融，熔体不断有气泡冒出，此后调整电流精练20分钟，温度达到2300℃提起电极棒，提起电极棒，立即倾炉喷吹刚玉球。喷吹用空压机压力为12kg/cm²，喷嘴直径为60mm，喷嘴宽度为5mm，喷嘴固定在炉嘴下方100mm处，喷嘴与炉嘴的夹角为80°。所得空心球产品为灰白色，有一些有发黄现象，氧化铝含量为97.2％，主晶相为α-Al₂O₃，也有部分没有成球或破损，粒度为0.2～5.0mm之间的空心球的堆积密度为0.68g/cm³。

实施例4：

原料为棕刚玉，其颗粒小于0.15mm，氧化铝含量为95.6％，氧化硅含量为1.25％。称取棕刚玉200公斤，加入石油焦2公斤，MgF₂0.5公斤，将上述原料混匀后放在炉前待用。电弧炉熔炼准备工作完成后加入炉中熔炼，直至棕刚玉完全熔融，熔体不断有气泡冒出，温度达到2400℃提起电极棒，立即倾炉喷吹刚玉球。喷吹用空压机压力为10kg/cm²，喷嘴直径为40mm，喷嘴宽度为5mm，喷嘴固定在炉嘴下方75mm处，喷嘴与炉嘴的夹角为68°。所得空心球产品为灰白色，有一些有发黄或发红现象，氧化铝含量为95％，主晶相为α-Al₂O₃，也有部分没有成球或破损，粒度为0.2～5.0mm之间的空心球的堆积密度为0.71g/cm³。

实施例5：

原料为亚白刚玉，其颗粒小于0.15mm，氧化铝含量为95.0％，氧化硅含量为0.95％，将上述原料称重200公斤放在炉前待用。电弧炉熔炼准备工作完成后加入炉中熔炼，直至棕刚玉完全熔融，熔体不断有气泡冒出，此后调整电流精练20分钟，温度达到2200℃提起电极棒，提起电极棒，立即倾炉喷吹刚玉球。喷吹用空压机压力为10kg/cm²，喷嘴直径为40mm，喷嘴宽度为5mm，喷嘴固定在炉嘴下方75mm处，喷嘴与炉嘴的夹角为68°。所得空心球产品为灰白色，氧化铝含量为95.2％，主晶相为α-Al₂O₃，也有部分没有成球或破损，粒度为0.2～5.0mm之间的空心球的堆积密度为0.65g/cm³。

实施例6：

原料为亚白刚玉，其颗粒小于0.15mm，氧化铝含量为99.0％，氧化硅含量为0.55％。称取亚白刚玉200公斤，加入焦炭1公斤，AlF₃0.4公斤，将上述原料混匀后放在炉前待用。电弧炉熔炼准备工作完成后加入炉中熔炼，直至亚白刚玉完全熔融，熔体不断有气泡冒出，此后调整电流精练20分钟，温度达到2400℃提起电极棒，提起电极棒，立即倾炉喷吹刚玉球。喷吹用空压机压力为10kg/cm²，喷嘴直径为40mm，喷嘴宽度为5mm，喷嘴固定在炉嘴下方75mm处，喷嘴与炉嘴的夹角为68°。所得空心球产品为白色，氧化铝含量为99.3％，主晶相为α-Al₂O₃，也有部分没有成球或破损，粒度为0.2～5.0mm之间的空心球的堆积密度为0.66g/cm³。

实施例7

原料为亚白刚玉，其颗粒小于0.15mm，氧化铝含量为97.0％，氧化硅含量为0.55％。称取亚白刚玉200公斤，加入焦炭2公斤，将上述原料混匀后放在炉前待用。电弧炉熔炼准备工作完成后加入炉中熔炼，直至亚白刚玉完全熔融，熔体不断有气泡冒出，然后采用石墨棒引入Cl₂0.3公斤，此后调整电流精练20分钟，温度达到2300℃提起电极棒，提起电极棒，立即倾炉喷吹刚玉球。喷吹用空压机压力为10kg/cm²，喷嘴直径为40mm，喷嘴宽度为5mm，喷嘴固定在炉嘴下方75mm处，喷嘴与炉嘴的夹角为68°。所得空心球产品为白色，氧化铝含量为98.7％，主晶相为α-Al₂O₃，也有部分没有成球或破损，粒度为0.2～5.0mm之间的空心球的堆积密度为0.67g/cm³。

实施例8

原料为亚白刚玉，其颗粒小于0.15mm，氧化铝含量为99.0％，氧化硅含量为0.55％。称取亚白刚玉200公斤，加入焦炭1公斤，MgF₂0.4公斤，将上述原料混匀后放在炉前待用。电弧炉熔炼准备工作完成后加入炉中熔炼，直至亚白刚玉完全熔融，熔体不断有气泡冒出，此后调整电流精练20分钟，温度达到2400℃提起电极棒，提起电极棒，立即倾炉喷吹刚玉球。喷吹用空压机压力为10kg/cm²，喷嘴直径为40mm，喷嘴宽度为5mm，喷嘴固定在炉嘴下方75mm处，喷嘴与炉嘴的夹角为68°。所得空心球产品为白色，氧化铝含量为98.5％，主晶相为α-Al₂O₃，也有部分没有成球或破损，粒度为0.2～5.0mm之间的空心球的堆积密度为0.66g/cm³。

实施例9

原料为亚白刚玉和棕刚玉，其颗粒小于0.15mm，棕刚玉氧化铝含量为95.6％，氧化硅含量为1.25％，亚白刚玉氧化铝含量为99.0％，氧化硅含量为0.55％。称取亚白刚玉和棕刚玉各100公斤，加入焦炭2公斤，AlF₃0.4公斤，将上述原料混匀后放在炉前待用。电弧炉熔炼准备工作完成后加入炉中熔炼，直至亚白刚玉完全熔融，熔体不断有气泡冒出，此后调整电流精练20分钟，温度达到2400℃提起电极棒，提起电极棒，立即倾炉喷吹刚玉球。喷吹用空压机压力为10kg/cm²，喷嘴直径为40mm，喷嘴宽度为5mm，喷嘴固定在炉嘴下方75mm处，喷嘴与炉嘴的夹角为68°。所得空心球产品为白色，氧化铝含量为99.0％，主晶相为α-Al₂O₃，也有部分没有成球或破损，粒度为0.2～5.0mm之间的空心球的堆积密度为0.68g/cm³。

Claims

1、一种刚玉空心球的制备方法，其特征在于：以棕刚玉或亚白刚玉或两者复合为主要原料，引入碳素材料或添加剂或两者同时引入，或不引入碳素材料和添加剂，用三相交流电弧矿热炉或直流电弧矿热炉中熔炼，用高压空气进行喷吹，制造出刚玉空心球。

2、根据权利要求1所述的刚玉空心球的制备方法，其特征在于：所用的棕刚玉其Al₂O₃重量百分含量92～97％，SiO₂重量百分含量0～2.5％，所用的亚白刚玉其Al₂O₃重量百分含量95～99％，SiO₂重量百分含量0～1.5％的，引入碳素材料或添加剂或两者同时引入纯化去除SiO₂、Fe₂O₃、TiO₂、Na₂O、K₂O、CaO和MgO杂质。

3、根据权利要求1所述的刚玉空心球的制备方法，其特征在于：加热过程中其料液温度为1900～2400℃，吹球空气压力为6～12kg/cm²。

4、根据权利要求1或2所述的刚玉空心球的制备方法，其特征在于：所述的碳素材料是石油焦、焦炭、无烟煤，其用量为除Al₂O₃外杂质总量摩尔百分比的0～10倍。

5、根据权利要求1或2所述的刚玉空心球的制备方法，其特征在于：所述的添加剂是AlF₃、MgF₂、CaF₂、AlCl₃、MgCl₂、Cl₂，其用量为除Al₂O₃外杂质总量摩尔百分比的0～3倍。

6、根据权利要求1所述的刚玉空心球的制备方法，其特征在于：吹球喷嘴固定在炉嘴下方50～100mm处，喷嘴与炉嘴夹角为50～80°。

7、根据权利要求2所述的刚玉空心球的制备方法，其特征在于：喷嘴为扁形或圆形钢管，钢管直径为30～60mm。