一種輕量剛玉復合耐火骨料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于剛玉質耐火骨料技術領域。具體涉及一種輕量剛玉復合耐火骨料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]中國是目前世界上第二大能源生產國和消費國，《節能減排“十二五”規劃》明確提出應大力推行工業窯爐的節能改造。研宄和開發高溫輕量耐火材料可大大降低工業窯爐能耗，對整個高溫工業節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滯后，在一定程度上制約了我國高溫窯爐節能技術的發展。在現行的隔熱耐火材料中，絕大多數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高且孔徑過大、強度較低，若在工作層使用，熔渣會較容易地通過開口氣孔滲透進入耐火材料內部，對耐火材料帶來毀滅性的破壞。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，開展可直接用于工作層的低導熱、高強、耐熱震、抗侵蝕的耐火材料，已成為目前本領域所關注的重要課題之一。
[0004]耐火骨料輕量化是實現工作襯耐火材料輕量化的主要途徑。目前報道的輕量骨料制備方法主要有:有機物分解法、原位發泡成孔技術及氫氧化物等無機物分解法。0.Lyckfeldt等人采用淀粉作為結合劑及發泡劑，制備了多孔氧化銷(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泡劑，制備了多孔剛玉-莫來石骨料(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法達到生產要求，耐渣蝕方面無法達到高溫熱面使用要求。
[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，難以達到實際工業生產和使用的要求。
【發明內容】
[0006]本發明旨在克服現有技術缺陷，任務是提供一種體積密度小、閉口氣孔率高、熱導率低和抗熔渣侵蝕能力強的輕量剛玉復合耐火骨料及其制備方法。
[0007]為實現上述任務，本發明所采用的技術方案是: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，用行星球磨機濕磨0.5-3小時，制得料漿i ο
[0008]步驟二、將所述料漿i經圓盤造粒成粒徑為1~2.5mm的顆粒，再于-30~_90°C條件下冰凍6~24小時；然后在110~200°C條件下干燥12~36小時，在300~800°C條件下保溫3~6小時，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%的有機醇，用行星球磨機混合濕磨0.1~1小時，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圓盤造粒成粒徑為3~10mm的顆粒，在60~90°C條件下保溫6~12小時，在110~200°C條件下干燥24~36小時，在1700~1900°C條件下燒結1~5小時，
即得輕量剛玉復合耐火骨料。
[0011]所述γ -Al2O3細粉的 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]所述行星球磨機的研磨球為剛玉質球。
[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]由于采用上述技術方案，本發明與現有技術相比具有如下積極效果:
本發明采用水作為原位成孔介質，通過冰凍技術，使得水結冰，在熱處理過程中，冰晶蒸發，形成多孔剛玉顆粒；利用抗凍蛋白抑制冰晶的長大，保證在未熱處理的材料中預形成氣孔尺寸分布集中的微多孔結構，保證多孔剛玉顆粒的高氣孔和高強度；
本發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-微米雙尺度燒結模型，該料漿在高溫燒成過程中，由于不同粒度氧化鋁原料燒結性能的差異性，原位形成內部應力驅動晶界快速擴散，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，與熔渣反應時，該包裹層能夠有效阻止熔渣侵蝕及滲透，從而達到形成高耐蝕的輕量剛玉復合耐火骨料的目的。
[0020]本發明所制備的輕量剛玉耐火骨料經檢測:體積密度為2.5-2.8g/cm3，閉口氣孔率為 10~30%。
[0021]因此，本發明所制備的輕量剛玉復合耐火骨料具有體積密度小、閉口氣孔率高、熱導率低和抗熔渣侵蝕能力強的特點。
【具體實施方式】
[0022]下面結合【具體實施方式】對本發明作進一步的描述，并非對保護范圍的限制:
為避免重復，先將本【具體實施方式】所涉及的原料和工藝參數統一描述如下，實施例中不再贅述:
所述 γ -Al2O3細粉的 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]所述行星球磨機的研磨球為剛玉質球。
[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]實施例1
一種輕量剛玉復合耐火骨料及其制備方法。本實施例所述制備方法的具體步驟是:步驟一、以80~84wt%的γ -Al2O3細粉、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，用行星球磨機濕磨0.5-1.5小時，制得料漿i ο
[0029]步驟二、將所述料楽i經圓盤造粒成粒徑為1~2.5mm的顆粒，再于_3060°C條件下冰凍15~24小時；然后在110~200°C條件下干燥12~36小時，在300~600°C條件下保溫4~6小時，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%的有機醇，用行星球磨機混合濕磨0.1~1小時，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圓盤造粒成粒徑為3~10mm的顆粒，在60~75°C條件下保溫9~12小時，在110~200°C條件下干燥24~36小時，在1700~1800°C條件下燒結3~5小時，即得輕量剛玉復合耐火骨料。
[0032]本實施例中:所述糖類聚合物為糊精；所述有機醇為乙醇。
[0033]本實施例所制備的輕量剛玉復合耐火骨料經檢測:體積密度為2.55-2.65g/cm3；閉口氣孔率為20~26%。
[0034]實施例2
一種輕量剛玉復合耐火骨料及其制備方法。本實施例所述制備方法的具體步驟是:步驟一、以80~84wt%的γ -Al2O3細粉、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，用行星球磨機濕磨0.5-1.5小時，制得料漿i ο
[0035]步驟二、將所述料楽i經圓盤造粒成粒徑為1~2.5mm的顆粒，再于_6090°C條件下冰凍6~15小時；然后在110~200°C條件下干燥12~36小時，在500~800°C條件下保溫3~5小時，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%的有機醇，用行星球磨機混合濕磨0.1~1小時，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圓盤造粒成粒徑為3~10mm的顆粒，在75~90°C條件下保溫6~9小時，在110~200°C條件下干燥24~36小時，在1800~1900°C條件下燒結1~3小時，
即得輕量剛玉復合耐火骨料。
[0038]本實施例中:所述糖類聚合物為淀粉；所述有機醇為聚乙烯醇。
[0039]本實施例所制備的輕量剛玉復合耐火骨料經檢測:體積密度為2.5-2.6g/cm3；閉口氣孔率為22~30%。
[0040]實施例3
一種輕量剛玉復合耐火骨料及其制備方法。本實施例所述制備方法的具體步驟是:步驟一、以84~88wt%的γ 41203細粉、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，用行星球磨機濕磨1.5-3小時，制得料漿i ο
[0041]步驟二、將所述料楽i經圓盤造粒成粒徑為1~2.5mm的顆粒，再于_3060°C條件下冰凍15~24小時；然后在110~200°C條件下干燥12~36小時，在300~600°C條件下保溫4~6小時，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%的有機醇，用行星球磨機混合濕磨0.1~1小時，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圓盤造粒成粒徑為3~10mm的顆粒，在60~75°C條件下保溫9~12小時，在110~200°C條件下干燥24~36小時，在1700~1800°C條件下燒結3~5小時，即得輕量剛玉復合耐火骨料。
[0044]本實施例中:所述糖類聚合物為甲殼素；所述有機醇為叔丁醇。
[0045]本實施例所制備的輕量剛玉復合耐火骨料經檢測:體積密度為2.6-2.7g/cm3;閉