專利名稱：水泥窯高溫帶用MgO－CaO－ZrO的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于水泥窯的高溫材料，特別涉及水泥窯的高溫帶用MgO-CaO-ZrO2磚，本發(fā)明還涉及該MgO-CaO-ZrO2磚的制造方法。
背景技術(shù)：
進(jìn)入70年代以來(lái)，以干法化、水泥窯的大型化和采用預(yù)分解爐的新型化為基本內(nèi)容的水泥窯的現(xiàn)代化進(jìn)程迅速發(fā)展，導(dǎo)致了作為煅燒水泥主要設(shè)備水泥窯所用的耐火材料承受著更大的熱負(fù)荷、機(jī)械應(yīng)力和化學(xué)侵蝕。傳統(tǒng)的耐火材料已經(jīng)越來(lái)越難以適應(yīng)水泥窯高溫帶對(duì)耐火材料的需求。這就使得具有良好的抗SiO2侵蝕和抗氧化還原作用，同時(shí)具有較高的高溫強(qiáng)度、較好的抗機(jī)械應(yīng)力的性能和掛窯皮性能的鎂鉻磚在水泥窯上得到了廣泛的使用。二十世紀(jì)七十年代末隨著世界范圍內(nèi)環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)和發(fā)展綠色工業(yè)的需求，鎂鉻磚開始在發(fā)達(dá)國(guó)家逐步退出歷史舞臺(tái)。隨后相繼出現(xiàn)了白云石磚、鎂尖晶石磚和鎂鈣鋯磚。白云石磚對(duì)水泥熟料具有化學(xué)穩(wěn)定性和親和性，從而具有良好的掛窯皮附著性，但其存在著抗熱震性差和易水化的缺點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)難以推廣使用。尖晶石磚雖具有優(yōu)良的抗熱震性，但鎂尖晶石磚窯皮粘掛性太差，MgAl2O4易和水泥熟料中的C3S和C3A反應(yīng)生成低熔點(diǎn)礦物，使磚和窯皮受損。同時(shí)導(dǎo)熱率太高，導(dǎo)致窯體表面溫度太高而易損壞機(jī)械裝置，并增大熱損失。以相平衡圖為依據(jù)，利用相的最大強(qiáng)化原則，選擇合理的相組成，從而研制出的MgO-CaO-ZrO2材料研制機(jī)理是通過(guò)在鎂磚中引入ZrO2、含CaO原料或者預(yù)合成的鋯酸鈣，有助于掛上窯皮，并提高窯皮的穩(wěn)定性。同時(shí)，將ZrO2、CaZrO3加入氧化鎂爐材中，因?yàn)槠渑c氧化鎂的熱膨脹不同，在材料中形成顯微裂紋，改善抗熱沖擊性。伴隨氧化鋯相的轉(zhuǎn)移，顯微裂紋也能改善材料的抗剝落性。利用上述強(qiáng)化原則，研制出一種MgO-CaO-ZrO2新型復(fù)相材料，該材料具有優(yōu)異的抗化學(xué)侵蝕性和熱震穩(wěn)定性，低的熱導(dǎo)率和熱應(yīng)力，同時(shí)具有良好的窯皮附著性，是一種水泥窯高溫帶用的理想的環(huán)保型材料。
目前，在國(guó)外傳統(tǒng)的MgO-CaO-ZrO2質(zhì)耐火材料大都是采用高純化和預(yù)合成的路線。在生產(chǎn)工藝上基本都是采用在預(yù)先合成鎂鈣砂中引入ZrO2和在鎂砂中引入預(yù)先合成的CaZrO3這兩種生產(chǎn)工藝。這兩種生產(chǎn)工藝都采用了預(yù)先合成的高純?cè)?，所以成本很高，價(jià)格昂貴、很難在國(guó)內(nèi)推廣使用。特別是當(dāng)采用合成鎂鈣砂時(shí)由于要考慮鎂鈣砂的水化問(wèn)題不得不采用價(jià)格昂貴的防水化有機(jī)結(jié)合劑，成型過(guò)程很難控制，工藝過(guò)程控制復(fù)雜，使其在國(guó)內(nèi)普及生產(chǎn)受到了很大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、易于控制、生產(chǎn)成本低的新型MgO-CaO-ZrO2磚。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的其配料組成含量為含94％～99％氧化鎂的燒結(jié)鎂砂或電熔鎂砂75％～85％，輕質(zhì)碳酸鈣3～13％，脫硅鋯2～10％和鋯酸鈣2～6％，添加劑鐵紅1～4％，其余為結(jié)合劑亞硫酸紙漿廢液。
本發(fā)明還提供一種生產(chǎn)該MgO-CaO-ZrO2磚的制造方法，它包括以下步驟①、配料含94％～99％氧化鎂的燒結(jié)鎂砂或電熔鎂砂75％～85％，輕質(zhì)碳酸鈣3～13％，脫硅鋯2～10％或鋯酸鈣2～6％，添加劑鐵紅1～4％，其余為結(jié)合劑亞硫酸紙漿廢液。
②、混煉混煉順序?yàn)橄葘⒌逆V砂顆粒倒入混料機(jī)中干混3～6分鐘，而后倒入結(jié)合劑亞硫酸紙漿廢液，再混料5～10分鐘左右，將預(yù)先混勻的細(xì)粉加入，再混料15～20分鐘。
③、成型混好的濕料困料3～5小時(shí)壓制成型。
④、干燥在干燥窯上干燥12～14小時(shí)，干燥窯進(jìn)口溫度200℃～250℃。
⑤、燒成在高溫隧道窯上燒成，燒成溫度1680～1750℃，在高溫下保溫8～12小時(shí)，總的燒成時(shí)間76～90小時(shí)。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明與國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的工藝技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、采用國(guó)內(nèi)天然燒結(jié)、電熔鎂砂為主原料，以價(jià)格相對(duì)低的輕質(zhì)碳酸鈣作為鈣源，在混煉和成型時(shí)不必考慮水化問(wèn)題，用紙漿廢液作為結(jié)合劑而不必采用無(wú)水結(jié)合劑，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝流程。采用價(jià)格相對(duì)低的脫硅鋯作為鋯源，不加或者少量加入價(jià)格較高的預(yù)合成原料。這樣和國(guó)內(nèi)外其它相同材料相比大大的降低了制磚成本。
2、不需要專門的特殊工藝要求，也不需要增加特殊的工藝設(shè)備，采用普通鎂磚的制磚工藝即可進(jìn)行生產(chǎn)，工藝操作簡(jiǎn)單，易于控制，國(guó)內(nèi)推廣前景看好。
3、只要調(diào)整好合適的輕質(zhì)碳酸鈣加入量，就可保證制品形狀規(guī)則，尺寸準(zhǔn)確。不需特殊的調(diào)整，工藝過(guò)程控制簡(jiǎn)單易行。
4、輕質(zhì)碳酸鈣和脫硅鋯是以細(xì)粉的形式加入，在混煉時(shí)容易做到均勻，混合均勻原料中的CaO和ZrO2反應(yīng)形成的CaZrO3在材料中的分布很均勻，易于形成方鎂石和鋯酸鈣的直接結(jié)合，其次從制品結(jié)構(gòu)上進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到控制物相組成的目的。和其它工藝生產(chǎn)的同類材料相比。性能更加優(yōu)異。
5、添加劑鐵紅能夠促進(jìn)材料的燒結(jié)，在相對(duì)較低的溫度達(dá)到提高材料直接結(jié)合率的目的。同國(guó)外其他同類材料相比降低了燒成成本，提高了制品性能。
具體實(shí)施例方式選擇燒結(jié)鎂砂或電熔鎂砂作為主原料，也可以選擇燒結(jié)鎂砂和電熔鎂砂作為主原料(通常選擇氧化鎂含量在96％～99％的高純燒結(jié)鎂砂、95中檔燒結(jié)鎂砂和氧化鎂含量為96％～99％的電熔鎂砂作為主原料)在其中引入價(jià)格低的輕質(zhì)碳酸鈣作為鈣源、脫硅鋯作為鋯源，同時(shí)添加少量的預(yù)合成鋯酸鈣，采用合適的添加劑，結(jié)合劑采用價(jià)格相對(duì)較低的亞硫酸紙漿廢液。
采取合理的顆粒級(jí)配、合適的輕質(zhì)碳酸鈣加入量、再充分利用CaO和ZrO2反應(yīng)生成CaZrO3的體積膨脹效應(yīng)從而抵消輕質(zhì)碳酸鈣分解的收縮效應(yīng)使得所試制材料收縮率適中、外形尺寸合格。從制品結(jié)構(gòu)上進(jìn)行調(diào)整，控制合適的CaO/SiO2，使得試制材料的物相組成為MgO、CaO·ZrO2、2CaO·SiO2、3CaO·SiO2及少量不連續(xù)的玻璃相，從而保證制品在水泥窯高溫帶上優(yōu)異的使用性能。
實(shí)施例各種原料的化學(xué)成分如下 各種原料的配料范圍如下(wt)燒結(jié)鎂砂40～60％，電熔鎂砂30～40％，輕質(zhì)碳酸鈣3～13％，脫硅鋯2～10％，鋯酸鈣2～6％，添加劑鐵紅加入量為1～4％。
該材料是在98.4米大型隧道窯上采用一步煅燒工藝燒制而成。燒成溫度為1680～1750℃，在高溫下保溫8～12小時(shí)。
下面是本發(fā)明的三個(gè)具體的生產(chǎn)實(shí)例，通過(guò)實(shí)例可以進(jìn)一步詳細(xì)了解本發(fā)明。
實(shí)例一(1)備料準(zhǔn)備好生產(chǎn)所需的原料。
(2)配料5～2mm97高純鎂砂加入量為35％，小于2mm的95燒結(jié)鎂砂18％，小于2mm的96電熔鎂砂18％，小于0.088mm的96電熔鎂砂12％，輕質(zhì)碳酸鈣加入量為7％，脫硅鋯加入量為2％，鋯酸鈣加入量為6％，添加劑鐵紅的加入量為2％。
(3)混煉在工產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室小型混煉機(jī)中混煉，混煉順序?yàn)橄葘?～2mm與小于2mm的鎂砂顆粒倒入混料機(jī)中干混3分鐘，而后倒入紙漿廢液，再混料5分鐘左右，將預(yù)先混勻的細(xì)粉加入，再混料20分鐘左右即可(4)成型混好的濕料困料3小時(shí)后在630T摩擦式壓磚機(jī)上壓制成型，成型試樣為水泥窯用標(biāo)磚，磚型尺寸為230×114×65mm。
(5)干燥在干燥窯上干燥12小時(shí)，干燥窯進(jìn)口溫度200℃。
(6)燒成在98.4米高溫隧道窯上燒成，燒成溫度1720℃，在高溫下保溫8小時(shí)，總的燒成時(shí)間87小時(shí)。
實(shí)例二(1)同實(shí)例一(2)配料配料5～2mm96高純鎂砂加入量為25％，5～2mm95中檔燒結(jié)鎂砂15，小于2mm的95燒結(jié)鎂砂17％，小于2mm的96電熔鎂砂13，小于0.088mm的96電熔鎂砂8％，輕質(zhì)碳酸鈣加入量為12％，脫硅鋯加入量為4％，鋯酸鈣加入量為3％，添加劑鐵紅的加入量為3％。
(3)同實(shí)例一(4)同實(shí)例一(5)同實(shí)例一(6)燒成在98.4米高溫隧道窯上燒成，燒成溫度1680℃，在高溫下保溫8小時(shí)，總的燒成時(shí)間87小時(shí)實(shí)例三
(1)同實(shí)例一(2)配料配料5～2mm的98高純鎂砂加入量為30％，小于2mm的97高純燒結(jié)鎂砂20，小于2mm的95燒結(jié)鎂砂20％，小于0.088mm的96電熔鎂砂18％，輕質(zhì)碳酸鈣加入量為5％，脫硅鋯加入量為2％，鋯酸鈣加入量為4％，添加劑鐵紅的加入量為1％。
(3)同實(shí)例一(4)同實(shí)例一(5)同實(shí)例一(6)燒成在98.4米高溫隧道窯上燒成，燒成溫度1700℃，在高溫下保溫8小時(shí)，總的燒成時(shí)間87小時(shí)實(shí)例四(1)同實(shí)例一(2)配料配料5～2mm的95燒結(jié)鎂砂加入量為30％，小于2mm的97燒結(jié)鎂砂18，小于2mm的98燒結(jié)鎂砂22％，小于0.088mm的98電熔鎂砂16％，輕質(zhì)碳酸鈣加入量為6％，脫硅鋯加入量為3％，鋯酸鈣加入量為4％，添加劑鐵紅的加入量為1％。
(3)同實(shí)例一(4)同實(shí)例一(5)同實(shí)例一(6)燒成在98.4米高溫隧道窯上燒成，燒成溫度1700℃，在高溫下保溫8小時(shí)，總的燒成時(shí)間87小時(shí)實(shí)例五(1)同實(shí)例一(2)配料配料5～2mm的95燒結(jié)鎂砂加入量為32％，小于2mm的96燒結(jié)鎂砂16，小于2mm的98燒結(jié)鎂砂20％，小于0.088mm的98電熔鎂砂12％，輕質(zhì)碳酸鈣加入量為10％，脫硅鋯加入量為5％，鋯酸鈣加入量為4％，添加劑鐵紅的加入量為1％。
(3)同實(shí)例一(4)同實(shí)例一(5)同實(shí)例一(6)燒成在98.4米高溫隧道窯上燒成，燒成溫度1700℃，在高溫下保溫8小時(shí)，總的燒成時(shí)間87小時(shí)實(shí)例六(1)同實(shí)例一(2)配料配料5～2mm的95燒結(jié)鎂砂加入量為30％，小于2mm的96電熔鎂砂16，小于2mm的97燒結(jié)鎂砂20％，小于0.088mm的98燒結(jié)鎂砂13％，輕質(zhì)碳酸鈣加入量為11％，脫硅鋯加入量為4％，鋯酸鈣加入量為5％，添加劑鐵紅的加入量為1％。
(3)同實(shí)例一(4)同實(shí)例一(5)同實(shí)例一(6)燒成在98.4米高溫隧道窯上燒成，燒成溫度1700℃，在高溫下保溫8小時(shí)，總的燒成時(shí)間87小時(shí)實(shí)施例一、二、三、四、五、六的樣品在垂直受壓方向的線收縮率為0.8％、1.2％、、0.9、0.8、1.2、1.3。完全能夠滿足工業(yè)化生產(chǎn)中制磚的要求。實(shí)例生產(chǎn)的樣品的常溫和高溫性能如下表一 試樣的常溫性能
表二 試樣的高溫性能
從上面兩個(gè)表中可以看出，試樣常溫、高溫性能優(yōu)異，完全可以滿足水泥窯燒成帶使用要求。
從實(shí)例一、二、三燒成試樣的衍射圖譜中可知試樣的物相組成主要為方鎂石、CaZrO3、C2S。從SEM照片中可以看到方鎂石和CaZrO3形成了直接結(jié)合，還有少量的孤立的玻璃相。
可以說(shuō)工業(yè)試制品無(wú)論從外形、常溫及高溫性能、物相組成以及微觀結(jié)構(gòu)方面都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，且試制成本低廉，在水泥窯高溫帶使用應(yīng)該有著很好的工業(yè)化推廣前景。
權(quán)利要求
1.一種水泥窯高溫帶用MgO-CaO-ZrO2磚，其特征是其組成及含量為含94％～99％氧化鎂的燒結(jié)鎂砂或電熔鎂砂75～85％，輕質(zhì)碳酸鈣3～13％，脫硅鋯2～10％和鋯酸鈣2～6％，添加劑鐵紅1～4％，其余為結(jié)合劑亞硫酸紙漿廢液。
2.一種權(quán)利要求1所述的水泥窯高溫帶用MgO-CaO-ZrO2磚的制造方法，其特征是它包括以下步驟①、配料含94％～99％氧化鎂的燒結(jié)鎂砂或電熔鎂砂75～85％，輕質(zhì)碳酸鈣3～13％，脫硅鋯2～10％和鋯酸鈣2～6％，添加劑鐵紅1～4％，其余為結(jié)合劑亞硫酸紙漿廢液。②、混煉混煉順序?yàn)橄葘⒌逆V砂顆粒倒入混料機(jī)中干混3～6分鐘，而后倒入結(jié)合劑亞硫酸紙漿廢液，再混料5～10分鐘左右，將預(yù)先混勻的細(xì)粉加入，再混料15～20分鐘。③、成型混好的濕料困料3～5小時(shí)壓制成型。④、干燥在干燥窯上干燥12～14小時(shí)，干燥窯進(jìn)口溫度200℃～250℃。⑤、燒成在高溫隧道窯上燒成，燒成溫度1680～1750℃，在高溫下保溫8～12小時(shí)，總的燒成時(shí)間76～90小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水泥窯高溫帶用MgO-CaO-ZrO2磚，其特征是其配料組成為含94％～99％氧化鎂的燒結(jié)鎂砂和電熔鎂砂75～85％，輕質(zhì)碳酸鈣3～13％，脫硅鋯2～10％和鋯酸鈣2～6％，添加劑鐵紅1～4％，其余為結(jié)合劑亞硫酸紙漿廢液。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水泥窯高溫帶用MgO－CaO－ZrO
文檔編號(hào)C04B35/04GK1837151SQ20061004268
公開日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2006年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月14日
發(fā)明者高里存, 孫義, 王領(lǐng)航 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)