本发明涉及耐磨球技术领域，尤其涉及一种水泥粉磨系统专用氧化铝陶瓷球及其制备方法。
背景技术：
近年以来，国家相关部门一直在提倡“节能降耗”，力争降低企业的运营成本，减少各生产企业对资源的浪费。作为我国经济发展重要组成部分的水泥企业，也逐渐进入“节能降耗”的行列。在水泥生产过程中，“两磨”过程中的能源消耗占整个水泥生产过程中的绝大比例，因此在国家“节能降耗”的相关政策之下，如何提高粉磨效率、降低粉磨电耗、提高球磨机时产量一直都是我国水泥技术工作者研究的课题。而另一方面，由于水泥磨技术对水泥性能有着重要的影响，综合考虑能耗与水泥性能之间的关系，促进粉磨技术理性发展也越来越受业内人士的关注。
如何降低“两磨”能耗的关键在提升球磨机的效率，降低球磨机中钢球的磨损率。在目前“两磨”过程中，对钢球的磨损率非常大，钢球需要频繁的更换和补加，仅增加了水泥企业的运营成本，而且降低了水泥企业的工作效率。氧化铝陶瓷球由于具有合适的硬度、适中的密度、耐磨、耐腐蚀、价格低，因此被认为是替换钢球的最佳选择，但是在数十年的发展过程中，人们对氧化铝陶瓷球仍不是很了解，现有的氧化铝陶瓷球抗冲击性和耐磨性能不是很理想，在使用的过程中，存在破损率高，稳定性欠佳的缺陷。
技术实现要素：
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种水泥粉磨系统专用氧化铝陶瓷球及其制备方法，所述制备方法过程简单，条件温和，得到的氧化铝陶瓷球抗冲击性能优异，耐磨性好，用于水泥粉磨系统中，能耗小，稳定性好，破损率低。
本发明提出的一种水泥粉磨系统专用氧化铝陶瓷球，其原料按重量份包括：氧化铝粉末60-80份、碳氮化钛5-8份、钇铝石榴石5-12份、硅酸锆2-10份、硅灰石1-5份、膨润土2-5份、高岭土5-15份、碳化钨2-5份、碳酸钙0.5-1.5份、碳酸锂0.1-0.8份、氧化铈0.1-0.5份、氧化铕0.1-0.5份、七氧化四铽0.5-1.5份、氧化钐0.2-1份、氧化亚铜0.1-1份、钴镍合金3-8份。
优选地，其原料按重量份包括：氧化铝粉末68-75份、碳氮化钛5.9-7.1份、钇铝石榴石7.6-8.7份、硅酸锆5.3-6.2份、硅灰石2.8-3.9份、膨润土3-4份、高岭土7.3-8.1份、碳化钨3-4份、碳酸钙0.9-1.3份、碳酸锂0.38-0.5份、氧化铈0.27-0.38份、氧化铕0.2-0.4份、七氧化四铽0.8-1.3份、氧化钐0.5-0.8份、氧化亚铜0.55-0.72份、钴镍合金4.8-5.3份。
优选地，其原料按重量份包括：氧化铝粉末70份、碳氮化钛6.5份、钇铝石榴石8份、硅酸锆5.7份、硅灰石3.5份、膨润土3.6份、高岭土7.5份、碳化钨3.6份、碳酸钙1份、碳酸锂0.4份、氧化铈0.3份、氧化铕0.28份、七氧化四铽1份、氧化钐0.6份、氧化亚铜0.7份、钴镍合金5份。
优选地，所述碳氮化钛的平均粒径为0.8-1.5μm。
优选地，所述高岭土为煅烧高岭土，且煅烧高岭土的粒度为350-450目，且铁含量不超过0.5wt％。
优选地，所述钴镍合金中，钴和镍的重量比为1:2-5。
本发明还提出的一种所述水泥粉磨系统专用氧化铝陶瓷球的制备方法，包括以下步骤：
S1、按配比将各原料放入球磨机中，加入水、聚丙烯酸胺和聚乙二醇后球磨8-10h得到泥浆，将泥浆脱水，并烘至含水量为0.5-1.2wt％，然后送入喷雾造粒塔中进行造粒得到粒料；
S2、将粒料成型后在45-55℃下干燥15-20h，然后加入微波烧结炉中进行两次微波烧结得到所述水泥粉磨系统专用氧化铝陶瓷球，其中一次微波烧结的温度为1200-1350℃，一次微波烧结的时间为0.5-1.3h，二次微波烧结的温度为1550-1630℃，二次微波烧结的时间为2-3.5h；在烧结的过程中，选择了微波烧结，并控制了烧结的工艺参数，使陶瓷显微组织均匀促进了致密化，使陶瓷球的力学性能最佳，其中，相对密度达到99.6％，抗弯强度达到1150MPa以上，断裂韧性为10.8MPa·m1/2以上，维氏硬度可达1920HV以上，压碎强度为2.895kN以上，自磨损率小于5.56ppm/h。
优选地，在S1中，聚丙烯酸胺的重量为各原料总重量的0.5-1％，聚乙二醇的重量为各原料总重量的1-2％。
优选地，在S2中，将粒料放入冷等静压机中进行成型，其中成型的压力为80-95MPa，保压的时间为15-25min。
本发明所述水泥粉磨系统专用氧化铝陶瓷球的原料中，以氧化铝粉末为基体材料，加入了碳氮化钛和钇铝石榴石，其中，钇铝石榴石具有优良的高温和化学稳定性、极高的抗蠕变性能和良好的综合力学性能，与碳氮化钛配合后显著提高了陶瓷球的压碎强度，维氏硬度和耐磨性；加入了碳化钨，改善了体系的断裂韧性和抗弯强度，同时降低了材料的摩擦系数和磨损率；加入了七氧化四铽，一方面，其在体系中形成的Tb3Al5O12晶体能分解，且位于氧化铝晶界间，提高了体系的致密度，另一方面，Tb3+和Tb4+间能相互转变，与氧化铈形成的CeAl11O18相互配合后有利于抑制氧化铝晶粒长大，使气孔排出充分，显著提高了陶瓷的致密度，与氧化铕和氧化钐配合后增强了陶瓷球的耐磨性，同时降低了烧结的温度；氧化亚铜加入体系中，形成了Cu-Al-O三元氧化物，具有促进支撑体烧结的作用，进一步提高了体系的致密度，降低了孔隙率，增强了体系的抗折强度；硅酸锆加入体系中，在高温下分解形成的ZrO2粒子具有增韧的作用，降低了体系的膨胀系数，显著提高了陶瓷球的韧性和热塑性；钴镍合金加入体系中，与碳氮化钛配合后，在氧化铝主晶相的粒子周围分布着均匀且细小的TiC0.5N0.5以及Co-Ni合金相，在三相区所形成的三角晶界处由于能量低，高温烧结时，Co-Ni相属液相状态分布在晶界处，降低了界面能，使复合晶粒间结合紧密，有利于强化晶界，提高陶瓷球的强度和抗冲击性能。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种水泥粉磨系统专用氧化铝陶瓷球，其原料按重量份包括：氧化铝粉末80份、碳氮化钛5份、钇铝石榴石12份、硅酸锆2份、硅灰石5份、膨润土2份、高岭土15份、碳化钨2份、碳酸钙1.5份、碳酸锂0.1份、氧化铈0.5份、氧化铕0.1份、七氧化四铽1.5份、氧化钐0.2份、氧化亚铜1份、钴镍合金3份。
本发明还提出的一种所述水泥粉磨系统专用氧化铝陶瓷球的制备方法，包括以下步骤：
S1、按配比将各原料放入球磨机中，加入水、聚丙烯酸胺和聚乙二醇后球磨8h得到泥浆，将泥浆脱水，并烘至含水量为1.2wt％，然后送入喷雾造粒塔中进行造粒得到粒料；
S2、将粒料成型后在45℃下干燥20h，然后加入微波烧结炉中进行两次微波烧结得到所述水泥粉磨系统专用氧化铝陶瓷球，其中一次微波烧结的温度为1200℃，一次微波烧结的时间为1.3h，二次微波烧结的温度为1550℃，二次微波烧结的时间为3.5h。
实施例2
本发明提出的一种水泥粉磨系统专用氧化铝陶瓷球，其原料按重量份包括：氧化铝粉末60份、碳氮化钛8份、钇铝石榴石5份、硅酸锆10份、硅灰石1份、膨润土5份、高岭土5份、碳化钨5份、碳酸钙0.5份、碳酸锂0.8份、氧化铈0.1份、氧化铕0.5份、七氧化四铽0.5份、氧化钐1份、氧化亚铜0.1份、钴镍合金8份。
本发明还提出的一种所述水泥粉磨系统专用氧化铝陶瓷球的制备方法，包括以下步骤：
S1、按配比将各原料放入球磨机中，加入水、聚丙烯酸胺和聚乙二醇后球磨10h得到泥浆，将泥浆脱水，并烘至含水量为0.5wt％，然后送入喷雾造粒塔中进行造粒得到粒料；
S2、将粒料成型后在55℃下干燥15h，然后加入微波烧结炉中进行两次微波烧结得到所述水泥粉磨系统专用氧化铝陶瓷球，其中一次微波烧结的温度为1350℃，一次微波烧结的时间为0.5h，二次微波烧结的温度为1630℃，二次微波烧结的时间为2h。
实施例3
本发明提出的一种水泥粉磨系统专用氧化铝陶瓷球，其原料按重量份包括：氧化铝粉末75份、碳氮化钛5.9份、钇铝石榴石8.7份、硅酸锆5.3份、硅灰石3.9份、膨润土3份、高岭土8.1份、碳化钨3份、碳酸钙1.3份、碳酸锂0.38份、氧化铈0.38份、氧化铕0.2份、七氧化四铽1.3份、氧化钐0.5份、氧化亚铜0.72份、钴镍合金4.8份；
其中，所述碳氮化钛的平均粒径为1.5μm；所述高岭土为煅烧高岭土，且煅烧高岭土的粒度为350目，且铁含量不超过0.5wt％；所述钴镍合金中，钴和镍的重量比为1:5。
本发明还提出的一种所述水泥粉磨系统专用氧化铝陶瓷球的制备方法，包括以下步骤：
S1、按配比将各原料放入球磨机中，加入水、聚丙烯酸胺和聚乙二醇后球磨8.6h得到泥浆，其中，聚丙烯酸胺的重量为各原料总重量的1％，聚乙二醇的重量为各原料总重量的2％，将泥浆脱水，并烘至含水量为1wt％，然后送入喷雾造粒塔中进行造粒得到粒料；
S2、将粒料放入冷等静压机中进行成型，其中成型的压力为80MPa，保压的时间为25min，然后在52℃下干燥16.8h，然后加入微波烧结炉中进行两次微波烧结得到所述水泥粉磨系统专用氧化铝陶瓷球，其中一次微波烧结的温度为1330℃，一次微波烧结的时间为0.7h，二次微波烧结的温度为1620℃，二次微波烧结的时间为2.3h。
实施例4
本发明提出的一种水泥粉磨系统专用氧化铝陶瓷球，其原料按重量份包括：氧化铝粉末68份、碳氮化钛7.1份、钇铝石榴石7.6份、硅酸锆6.2份、硅灰石2.8份、膨润土4份、高岭土7.3份、碳化钨4份、碳酸钙0.9份、碳酸锂0.5份、氧化铈0.27份、氧化铕0.4份、七氧化四铽0.8份、氧化钐0.8份、氧化亚铜0.55份、钴镍合金5.3份；
其中，所述碳氮化钛的平均粒径为0.8μm；所述高岭土为煅烧高岭土，且煅烧高岭土的粒度为450目，且铁含量不超过0.5wt％；所述钴镍合金中，钴和镍的重量比为1:2。
本发明还提出的一种所述水泥粉磨系统专用氧化铝陶瓷球的制备方法，包括以下步骤：
S1、按配比将各原料放入球磨机中，加入水、聚丙烯酸胺和聚乙二醇后球磨9.2h得到泥浆，其中，聚丙烯酸胺的重量为各原料总重量的0.5％，聚乙二醇的重量为各原料总重量的1％，将泥浆脱水，并烘至含水量为0.7wt％，然后送入喷雾造粒塔中进行造粒得到粒料；
S2、将粒料放入冷等静压机中进行成型，其中成型的压力为95MPa，保压的时间为15min，然后在47℃下干燥18.3h，然后加入微波烧结炉中进行两次微波烧结得到所述水泥粉磨系统专用氧化铝陶瓷球，其中一次微波烧结的温度为1250℃，一次微波烧结的时间为1.2h，二次微波烧结的温度为1580℃，二次微波烧结的时间为3.2h。
实施例5
本发明提出的一种水泥粉磨系统专用氧化铝陶瓷球，其原料按重量份包括：氧化铝粉末70份、碳氮化钛6.5份、钇铝石榴石8份、硅酸锆5.7份、硅灰石3.5份、膨润土3.6份、高岭土7.5份、碳化钨3.6份、碳酸钙1份、碳酸锂0.4份、氧化铈0.3份、氧化铕0.28份、七氧化四铽1份、氧化钐0.6份、氧化亚铜0.7份、钴镍合金5份。
本发明还提出的一种所述水泥粉磨系统专用氧化铝陶瓷球的制备方法，包括以下步骤：
S1、按配比将各原料放入球磨机中，加入水、聚丙烯酸胺和聚乙二醇后球磨8.6h得到泥浆，其中，聚丙烯酸胺的重量为各原料总重量的0.68％，聚乙二醇的重量为各原料总重量的1.3％，将泥浆脱水，并烘至含水量为1wt％，然后送入喷雾造粒塔中进行造粒得到粒料；
S2、将粒料放入冷等静压机中进行成型，其中成型的压力为85MPa，保压的时间为20min，然后在50℃下干燥16.8h，然后加入微波烧结炉中进行两次微波烧结得到所述水泥粉磨系统专用氧化铝陶瓷球，其中一次微波烧结的温度为1300℃，一次微波烧结的时间为1h，二次微波烧结的温度为1600℃，二次微波烧结的时间为2.8h。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。