一種輕量剛玉復(fù)合耐火骨料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于剛玉質(zhì)耐火骨料技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種輕量剛玉復(fù)合耐火骨料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中國(guó)是目前世界上第二大能源生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》明確提出應(yīng)大力推行工業(yè)窯爐的節(jié)能改造。研宄和開(kāi)發(fā)高溫輕量耐火材料可大大降低工業(yè)窯爐能耗，對(duì)整個(gè)高溫工業(yè)節(jié)能減排具有舉足輕重的意義。
[0003]目前，高溫輕量耐火材料研宄相對(duì)滯后，在一定程度上制約了我國(guó)高溫窯爐節(jié)能技術(shù)的發(fā)展。在現(xiàn)行的隔熱耐火材料中，絕大多數(shù)都使用在保溫層或隔熱層，而未直接使用在與鋼鐵等高溫熔體接觸的工作層。宄其原因，主要是由于目前所制備的隔熱耐火材料顯氣孔率過(guò)高且孔徑過(guò)大、強(qiáng)度較低，若在工作層使用，熔渣會(huì)較容易地通過(guò)開(kāi)口氣孔滲透進(jìn)入耐火材料內(nèi)部，對(duì)耐火材料帶來(lái)毀滅性的破壞。然而，隔熱耐火材料越靠近工作面，其隔熱效果更加顯著。因此，開(kāi)展可直接用于工作層的低導(dǎo)熱、高強(qiáng)、耐熱震、抗侵蝕的耐火材料，已成為目前本領(lǐng)域所關(guān)注的重要課題之一。
[0004]耐火骨料輕量化是實(shí)現(xiàn)工作襯耐火材料輕量化的主要途徑。目前報(bào)道的輕量骨料制備方法主要有:有機(jī)物分解法、原位發(fā)泡成孔技術(shù)及氫氧化物等無(wú)機(jī)物分解法。0.Lyckfeldt等人采用淀粉作為結(jié)合劑及發(fā)泡劑，制備了多孔氧化銷(xiāo)(0.Lyckfeldt,J.M.F.Ferreira, Processing of porous ceramics by starch consolidat1n, J.Eur.Ceram.Soc.18 (2) (1998) 131 - 140.)，所制備骨料體積密度明顯降低，然而顯氣孔率及孔徑較大；S.J.Li等人采用高嶺石作為發(fā)泡劑，制備了多孔剛玉-莫來(lái)石骨料(S.J.Li, N.Li, Effects of composit1n and temperature on porosity andpore size distribut1n of porous ceramics prepared from Al (OH)3 and kaolinitegangue, Ceram.1nt.33 (4) (2007) 551-556.)，所制備骨料平均孔徑較小，然而顯氣孔率高達(dá)40% ；R.Salom^oa等人利用水滑石的原位分解，制備了多孔剛玉_尖晶石骨料(R.Salomaoa, M.V.Boasa, V.C.Pandolfellia, Porous alumina-spinel ceramics forhigh temperature applicat1ns, Ceram.1nt.37 (4) (2011) 1393-1399.)，所制備骨料在顯氣孔率及孔徑方面也無(wú)法達(dá)到生產(chǎn)要求，耐渣蝕方面無(wú)法達(dá)到高溫?zé)崦媸褂靡蟆?br>[0005]綜上所述，目前所制備的輕量耐火骨料均存在顯氣孔率高、平均孔徑大、不耐渣蝕的缺陷，難以達(dá)到實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)和使用的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，任務(wù)是提供一種體積密度小、閉口氣孔率高、熱導(dǎo)率低和抗熔渣侵蝕能力強(qiáng)的輕量剛玉復(fù)合耐火骨料及其制備方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:所述制備方法的具體步驟是:
步驟一、以80~95wt%的γ -Al2O3細(xì)粉、l~10wt%的Al (OH) 3微粉、l~10wt%的糖類聚合物和0.l~5wt%的抗凍蛋白為原料，外加所述原料20~60wt%的水，用行星球磨機(jī)濕磨0.5-3小時(shí)，制得料漿i ο
[0008]步驟二、將所述料漿i經(jīng)圓盤(pán)造粒成粒徑為1~2.5mm的顆粒，再于-30~_90°C條件下冰凍6~24小時(shí)；然后在110~200°C條件下干燥12~36小時(shí)，在300~800°C條件下保溫3~6小時(shí)，得到多孔剛玉顆粒。
[0009]步驟三、以85~97wt%的a -Al2O3微粉、2~10wt%的納米氧化鋁溶膠和l~5wt%的MgO微粉為混合料，外加所述混合料30~50wt%的有機(jī)醇，用行星球磨機(jī)混合濕磨0.1~1小時(shí)，得到料漿ii。
[0010]步驟四、按照所述料漿ii和所述多孔剛玉顆粒的質(zhì)量比為(0.1?I): 1，將所述料楽ii和所述多孔剛玉顆粒一起經(jīng)圓盤(pán)造粒成粒徑為3~10mm的顆粒，在60~90°C條件下保溫6~12小時(shí)，在110~200°C條件下干燥24~36小時(shí)，在1700~1900°C條件下燒結(jié)1~5小時(shí)，
即得輕量剛玉復(fù)合耐火骨料。
[0011]所述γ -Al2O3細(xì)粉的 Al 203含量 >99wt%，粒徑為 0.045-0.088mm。
[0012]所述Al (OH) 3微粉的 Al (OH) 3含量 >98wt%，粒徑 D 5(|為 1~5 μ m。
[0013]所述糖類聚合物為糊精、淀粉、甲殼素中的一種以上。
[0014]所述行星球磨機(jī)的研磨球?yàn)閯傆褓|(zhì)球。
[0015]所述a -Al2O3微粉的 Al 203含量 >99wt%，粒徑 D 50為 1~5 μ m。
[0016]所述納米氧化鋁溶膠的分散質(zhì)含量>25wt%，平均粒徑為20~50nm。
[0017]所述MgO微粉的MgO含量>99wt%，粒徑D5tl為1~7 μ m。
[0018]所述有機(jī)醇為乙醇、聚乙烯醇、叔丁醇中的一種以上。
[0019]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果:
本發(fā)明采用水作為原位成孔介質(zhì)，通過(guò)冰凍技術(shù)，使得水結(jié)冰，在熱處理過(guò)程中，冰晶蒸發(fā)，形成多孔剛玉顆粒；利用抗凍蛋白抑制冰晶的長(zhǎng)大，保證在未熱處理的材料中預(yù)形成氣孔尺寸分布集中的微多孔結(jié)構(gòu)，保證多孔剛玉顆粒的高氣孔和高強(qiáng)度；
本發(fā)明在多孔剛玉顆粒外裹覆料漿，利用不同晶型和尺寸的氧化鋁粉能夠共同形成納-微米雙尺度燒結(jié)模型，該料漿在高溫?zé)蛇^(guò)程中，由于不同粒度氧化鋁原料燒結(jié)性能的差異性，原位形成內(nèi)部應(yīng)力驅(qū)動(dòng)晶界快速擴(kuò)散，將均勻分布的氣孔縮小并封閉，并牢固包裹住多孔剛玉顆粒從而形成致密的微孔氧化鋁包裹層，與熔渣反應(yīng)時(shí)，該包裹層能夠有效阻止熔渣侵蝕及滲透，從而達(dá)到形成高耐蝕的輕量剛玉復(fù)合耐火骨料的目的。
[0020]本發(fā)明所制備的輕量剛玉耐火骨料經(jīng)檢測(cè):體積密度為2.5-2.8g/cm3，閉口氣孔率為 10~30%。
[0021]因此，本發(fā)明所制備的輕量剛玉復(fù)合耐火骨料具有體積密度小、閉口氣孔率高、熱導(dǎo)率低和抗熔渣侵蝕能力強(qiáng)的特點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，并非對(duì)保護(hù)范圍的限制:
為避免重復(fù)，先將本【具體實(shí)施方式】所涉及的原料和工藝參數(shù)統(tǒng)一描述如下，實(shí)施例中不再贅述:
所述 γ -Al2O3細(xì)粉的 Al 203含量 >99wt%，粒徑為 0.045-0.088mm。
[0023]所述Al (OH) 3微粉的 Al (OH) 3含量 >98wt%，粒徑 D 5(|為 1~5 μ m。
[0024]所述行星球磨機(jī)的研磨球?yàn)閯傆褓|(zhì)球。
[0025]所述a -Al2O3微粉的 Al 203含量 >99wt%，粒徑 D 50為 1~5 μ m。
[0026]所述納米氧化鋁溶膠的分散質(zhì)含量>25wt%，平均粒徑為20~50nm。
[0027]所述MgO微粉的MgO含量>99wt%，粒徑D5tl為1~7 μ m。
[0028]實(shí)施例1
一種輕量剛玉復(fù)合耐火骨料及其制備方法。本實(shí)施例所述制備方法的具體步驟是:步驟一、以80~84wt%的γ -Al2O3細(xì)粉、7~10wt%的Al (OH) 3微粉、4~8wt%的糖類聚合物和2.5~5wt%的抗凍蛋白為原料，外加所述原料40~60wt%的水，用行星球磨機(jī)濕磨0.5-1.5小時(shí)，制得料漿i ο
[0029]步驟二、將所述料楽i經(jīng)圓盤(pán)造粒成粒徑為1~2.5mm的顆粒，再于_3060°C條件下冰凍15~24小時(shí)；然后在110~200°C條件下干燥12~36小時(shí)，在300~600°C條件下保溫4~6小時(shí)，得到多孔剛玉顆粒。
[0030]步驟三、以85~91wt%的a -Al2O3微粉、6~10wt%的納米氧化鋁溶膠和3~5wt%的MgO微粉為混合料，外加所述混合料30~40wt%的有機(jī)醇，用行星球磨機(jī)混合濕磨0.1~1小時(shí)，得到料漿ii。
[0031]步驟四、按照所述料漿ii和所述多孔剛玉顆粒的質(zhì)量比為(0.1?0.3): 1，將所述料楽ii和所述多孔剛玉顆粒一起經(jīng)圓盤(pán)造粒成粒徑為3~10mm的顆粒，在60~75°C條件下保溫9~12小時(shí)，在110~200°C條件下干燥24~36小時(shí)，在1700~1800°C條件下燒結(jié)3~5小時(shí)，即得輕量剛玉復(fù)合耐火骨料。
[0032]本實(shí)施例中:所述糖類聚合物為糊精；所述有機(jī)醇為乙醇。
[0033]本實(shí)施例所制備的輕量剛玉復(fù)合耐火骨料經(jīng)檢測(cè):體積密度為2.55-2.65g/cm3；閉口氣孔率為20~26%。
[0034]實(shí)施例2
一種輕量剛玉復(fù)合耐火骨料及其制備方法。本實(shí)施例所述制備方法的具體步驟是:步驟一、以80~84wt%的γ -Al2O3細(xì)粉、7~10wt%的Al (OH) 3微粉、4~8wt%的糖類聚合物和2.5~5wt%的抗凍蛋白為原料，外加所述原料40~60wt%的水，用行星球磨機(jī)濕磨0.5-1.5小時(shí)，制得料漿i ο
[0035]步驟二、將所述料楽i經(jīng)圓盤(pán)造粒成粒徑為1~2.5mm的顆粒，再于_6090°C條件下冰凍6~15小時(shí)；然后在110~200°C條件下干燥12~36小時(shí)，在500~800°C條件下保溫3~5小時(shí)，得到多孔剛玉顆粒。
[0036]步驟三、以91~97wt%的a -Al2O3微粉、2~6wt%的納米氧化鋁溶膠和l~3wt%的MgO微粉為混合料，外加所述混合料40~50wt%的有機(jī)醇，用行星球磨機(jī)混合濕磨0.1~1小時(shí)，得到料漿ii。
[0037]步驟四、按照所述料漿ii和所述多孔剛玉顆粒的質(zhì)量比為(0.1?0.3): 1，將所述料楽ii和所述多孔剛玉顆粒一起經(jīng)圓盤(pán)造粒成粒徑為3~10mm的顆粒，在75~90°C條件下保溫6~9小時(shí)，在110~200°C條件下干燥24~36小時(shí)，在1800~1900°C條件下燒結(jié)1~3小時(shí)，
即得輕量剛玉復(fù)合耐火骨料。
[0038]本實(shí)施例中:所述糖類聚合物為淀粉；所述有機(jī)醇為聚乙烯醇。
[0039]本實(shí)施例所制備的輕量剛玉復(fù)合耐火骨料經(jīng)檢測(cè):體積密度為2.5-2.6g/cm3；閉口氣孔率為22~30%。
[0040]實(shí)施例3
一種輕量剛玉復(fù)合耐火骨料及其制備方法。本實(shí)施例所述制備方法的具體步驟是:步驟一、以84~88wt%的γ 41203細(xì)粉、4~8?丨％的Al (OH) 3微粉、7~10wt%的糖類聚合物和0.1-2.5wt%的抗凍蛋白為原料，外加所述原料20~40wt%的水，用行星球磨機(jī)濕磨1.5-3小時(shí)，制得料漿i ο
[0041]步驟二、將所述料楽i經(jīng)圓盤(pán)造粒成粒徑為1~2.5mm的顆粒，再于_3060°C條件下冰凍15~24小時(shí)；然后在110~200°C條件下干燥12~36小時(shí)，在300~600°C條件下保溫4~6小時(shí)，得到多孔剛玉顆粒。
[0042]步驟三、以85~91wt%的a -Al2O3微粉、6~10wt%的納米氧化鋁溶膠和3~5wt%的MgO微粉為混合料，外加所述混合料30~40wt%的有機(jī)醇，用行星球磨機(jī)混合濕磨0.1~1小時(shí)，得到料漿ii。
[0043]步驟四、按照所述料漿ii和所述多孔剛玉顆粒的質(zhì)量比為(0.3?0.6): 1，將所述料楽ii和所述多孔剛玉顆粒一起經(jīng)圓盤(pán)造粒成粒徑為3~10mm的顆粒，在60~75°C條件下保溫9~12小時(shí)，在110~200°C條件下干燥24~36小時(shí)，在1700~1800°C條件下燒結(jié)3~5小時(shí)，即得輕量剛玉復(fù)合耐火骨料。
[0044]本實(shí)施例中:所述糖類聚合物為甲殼素；所述有機(jī)醇為叔丁醇。
[0045]本實(shí)施例所制備的輕量剛玉復(fù)合耐火骨料經(jīng)檢測(cè):體積密度為2.6-2.7g/cm3;閉