本发明属于镁质耐火材料技术领域。具体涉及一种高温窑炉用镁质耐火材料及其制备方法。
背景技术：
镁质耐火材料是重要的碱性耐火材料，是高温窑炉不可少的内衬材料。随着钢铁、水泥、玻璃、化工等工业的日益发展，世界各国在研究开发镁质耐火材料新品种、改进和提高产品质量、延长使用寿命和降低耐火材料消耗等方面取得了长足发展。
镁质耐火材料的耐火度高，对碱性渣和铁渣有很好的抵抗性，在冶金行业中，主要用于平炉、电炉、氧化转炉、水泥窑、有色金属冶炼炉和碱性耐火材料的煅烧窑等。但是，采用现有技术方案制备的镁质耐火材料亦存在抗热震性能、抗渗透性能较差等不足，是镁质耐火材料作为高温窑炉内衬更为广泛应用的主要障碍。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术的不足，目的是提供一种生产成本低的高温窑炉用镁质耐火材料的制备方法，用该方法制备的高温窑炉用镁质耐火材料强度高、耐高温性能优良、抗侵蚀性能优异和红外反射率高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：
步骤一、将30~50wt%的含铝原料、20~40wt%的含稀土原料、1~10wt%的表面活性剂、1~10wt%的添加剂和1~10wt%的含铝溶液混合均匀，球磨，于80~110℃条件下烘干12~24小时，在50~100MPa条件下压制成型；然后在800~1300℃条件下热处理3~6小时，破碎，研磨，筛分，得到粒度小于0.045mm的A物料。
步骤二、将30~50wt%的所述A物料、1~10wt%的所述表面活性剂、1~10wt%的所述添加剂和40~60wt%的所述含铝溶液混合均匀，球磨，即得混合料浆。
步骤三、将20~40wt%的所述含铝原料、1~10wt%的含锌原料、20~40wt%的所述含稀土原料、1~10wt%的含钛原料和10~30wt%的所述A物料混合均匀，球磨，在50~100MPa条件下压制成型，于还原气氛和800~1300℃条件下热处理3~6小时；然后依次在所述混合料浆中真空浸渍2~6小时和在含铝溶液中真空浸渍2~6小时，再于1200~1500℃条件下热处理3~6小时，破碎，研磨，筛分，得到粒度小于0.088mm的B物料和粒度为0.088~3mm的C物料。
步骤四、将50~70wt%的镁砂、10~20wt%的所述A物料、1~10wt%的所述B物料、10~20wt%的所述C物料、1~10wt%的所述含锌原料、1~10wt%的镁盐和1~10wt%的所述混合料浆混合均匀，在120~180MPa条件下压制成型；然后升温至800~1200℃，热处理3~6小时，再升温至1400~1700℃，热处理3~6小时，制得高温窑炉用镁质耐火材料。
所述含铝原料的粒度小于0.088mm；所述含铝原料为水合氧化铝或为氢氧化铝，其中：水合氧化铝中SiO2的含量小于0.3wt%，氢氧化铝中Al(OH)3的含量大于99wt%。
所述含稀土原料的粒度小于0.088mm；所述含稀土原料为氢氧化钐或为氢氧化钕，其中：氢氧化钐中Sm(OH)3的含量大于99wt%，氢氧化钕中Nd(OH)3的含量大于99wt%。
所述含锌原料的粒度小于0.088mm；所述含锌原料为碳酸锌或为硫酸锌，其中：碳酸锌中ZnCO3的含量大于99wt%，硫酸锌中ZnSO4的含量大于99wt%。
所述含钛原料的粒度小于0.088mm；所述含钛原料为偏钛酸或为钛白粉，其中：偏钛酸中TiO(OH)2的含量大于99wt%，钛白粉中TiO2的含量大于99wt%。
所述表面活性剂为十二烷基二甲基甜菜碱或为丙烯酸甲酯。
所述添加剂为羟乙基纤维素或为羧甲基纤维素。
所述含铝溶液为铝溶胶或为聚氯化铝的水溶液，所述含铝溶液的浓度为25~30wt%。
所述还原气氛为氢气气氛或为一氧化碳气氛。
所述真空浸渍的真空度为0.01~0.06MPa。
所述镁砂的粒度小于5 mm；所述镁砂为电熔镁砂或为烧结镁砂，所述镁砂中MgO的含量大于96wt%。
所述镁盐的粒度小于0.088mm；所述镁盐为草酸镁或为碳酸镁，其中：草酸镁中MgC2O4·2H2O的含量大于99wt%，碳酸镁中MgCO3的含量大于99wt%。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明所采用的原料来源广泛，生产成本低。本发明通过对各步骤中的气氛、原料粒度、成型压力和热处理等工序的严格控制，既有利于不同原料颗粒的均化和各种原料颗粒之间的紧密接触，也为微结构的形成提供了合理空间，所制备的高温窑炉用镁质耐火材料耐压强度大、抗侵蚀性优异和红外反射率高。
本发明制备的高温窑炉用镁质耐火材料：耐压强度大于100MPa；红外反射率大于0.8。
因此，本发明生产成本低，所制备的高温窑炉用镁质耐火材料耐压强度大、耐高温性能优良、抗侵蚀性能优异和红外反射率高。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的物料统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述含铝原料的粒度小于0.088mm；所述水合氧化铝中SiO2的含量小于0.3wt%，所述氢氧化铝中Al(OH)3的含量大于99wt%。
所述含稀土原料的粒度小于0.088mm；所述氢氧化钐中Sm(OH)3的含量大于99wt%，所述氢氧化钕中Nd(OH)3的含量大于99wt%。
所述含锌原料的粒度小于0.088mm；所述碳酸锌中ZnCO3的含量大于99wt%，所述硫酸锌中ZnSO4的含量大于99wt%。
所述含钛原料的粒度小于0.088mm；所述偏钛酸中TiO(OH)2的含量大于99wt%，所述钛白粉中TiO2的含量大于99wt%。
所述含铝溶液的浓度为25~30wt%。
所述镁砂的粒度小于5mm；所述镁砂中MgO的含量大于96wt%。
所述镁盐的粒度小于0.088mm；所述草酸镁中MgC2O4·2H2O的含量大于99wt%，所述碳酸镁中MgCO3的含量大于99wt%。
所述真空浸渍的真空度为0.01~0.06MPa。
实施例1
一种高温窑炉用镁质耐火材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：
步骤一、将30~40wt%的含铝原料、30~40wt%的含稀土原料、1~10wt%的表面活性剂、1~10wt%的添加剂和1~10wt%的含铝溶液混合均匀，球磨，于80~100℃条件下烘干12~24小时，在50~100MPa条件下压制成型；然后在800~1100℃条件下热处理3~6小时，破碎，研磨，筛分，得到粒度小于0.045mm的A物料。
步骤二、将30~40wt%的所述A物料、1~10wt%的所述表面活性剂、1~10wt%的所述添加剂和50~60wt%的所述含铝溶液混合均匀，球磨，即得混合料浆。
步骤三、将20~30wt%的所述含铝原料、1~10wt%的含锌原料、30~40wt%的所述含稀土原料、1~10wt%的含钛原料和10~20wt%的所述A物料混合均匀，球磨，在50~100MPa条件下压制成型，于还原气氛和800~1100℃条件下热处理3~6小时；然后依次在所述混合料浆中真空浸渍2~6小时和在含铝溶液中真空浸渍2~6小时，再于1200~1400℃条件下热处理3~6小时，破碎，研磨，筛分，得到粒度小于0.088mm的B物料和粒度为0.088~3mm的C物料。
步骤四、将50~60wt%的镁砂、15~20wt%的所述A物料、1~10wt%的所述B物料、10~20wt%的所述C物料、1~10wt%的所述含锌原料、1~10wt%的镁盐和1~10wt%的所述混合料浆混合均匀，在120~180MPa条件下压制成型；然后升温至800~1100℃，热处理3~6小时，再升温至1400~1600℃，热处理3~6小时，制得高温窑炉用镁质耐火材料。
本实施例中：
所述含铝原料为水合氧化铝；
所述含稀土原料为氢氧化钐；
所述含锌原料为碳酸锌；
所述含钛原料为偏钛酸；
所述表面活性剂为十二烷基二甲基甜菜碱；
所述添加剂为羟乙基纤维素；
所述含铝溶液为铝溶胶；
所述还原气氛为氢气气氛；
所述镁砂为电熔镁砂；
所述镁盐为草酸镁。
本实施例制备的高温窑炉用镁质耐火材料：耐压强度大于105MPa；红外反射率大于0.8。
实施例2
一种高温窑炉用镁质耐火材料及其制备方法。本实施例除下述物料外，其余同实施例1：
所述含铝原料为氢氧化铝；
所述含稀土原料为氢氧化钕；
所述含锌原料为硫酸锌；
所述含钛原料为钛白粉；
所述表面活性剂为丙烯酸甲酯；
所述添加剂为羧甲基纤维素；
所述含铝溶液为聚氯化铝的水溶液；
所述还原气氛为一氧化碳气氛；
所述镁砂为烧结镁砂；
所述镁盐为碳酸镁。
本实施例制备的高温窑炉用镁质耐火材料：耐压强度大于100MPa；红外反射率大于0.8。
实施例3
一种高温窑炉用镁质耐火材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：
步骤一、将40~50wt%的含铝原料、20~30wt%的含稀土原料、1~10wt%的表面活性剂、1~10wt%的添加剂和1~10wt%的含铝溶液混合均匀，球磨，于90~110℃条件下烘干12~24小时，在50~100MPa条件下压制成型；然后在1000~1300℃条件下热处理3~6小时，破碎，研磨，筛分，得到粒度小于0.045mm的A物料。
步骤二、将40~50wt%的所述A物料、1~10wt%的所述表面活性剂、1~10wt%的所述添加剂和40~50wt%的所述含铝溶液混合均匀，球磨，即得混合料浆。
步骤三、将30~40wt%的所述含铝原料、1~10wt%的含锌原料、20~30wt%的所述含稀土原料、1~10wt%的含钛原料和20~30wt%的所述A物料混合均匀，球磨，在50~100MPa条件下压制成型，于还原气氛和1000~1300℃条件下热处理3~6小时；然后依次在所述混合料浆中真空浸渍2~6小时和在含铝溶液中真空浸渍2~6小时，再于1300~1500℃条件下热处理3~6小时，破碎，研磨，筛分，得到粒度小于0.088mm的B物料和粒度为0.088~3mm的C物料。
步骤四、将60~70wt%的镁砂、10~15wt%的所述A物料、1~10wt%的所述B物料、10~20wt%的所述C物料、1~10wt%的所述含锌原料、1~10wt%的镁盐和1~10wt%的所述混合料浆混合均匀，在120~180MPa条件下压制成型；然后升温至900~1200℃，热处理3~6小时，再升温至1500~1700℃，热处理3~6小时，制得高温窑炉用镁质耐火材料。
本实施例中：
所述含铝原料为氢氧化铝；
所述含稀土原料为氢氧化钕；
所述含锌原料为硫酸锌；
所述含钛原料为钛白粉；
所述表面活性剂为丙烯酸甲酯；
所述添加剂为羧甲基纤维素；
所述含铝溶液为聚氯化铝的水溶液；
所述还原气氛为一氧化碳气氛；
所述镁砂为烧结镁砂；
所述镁盐为碳酸镁。
本实施例制备的高温窑炉用镁质耐火材料：耐压强度大于105MPa；红外反射率大于0.8。
实施例4
一种高温窑炉用镁质耐火材料及其制备方法。本实施例除下述物料外，其余同实施例3：
所述含铝原料为水合氧化铝；
所述含稀土原料为氢氧化钐；
所述含锌原料为碳酸锌；
所述含钛原料为偏钛酸；
所述表面活性剂为十二烷基二甲基甜菜碱；
所述添加剂为羟乙基纤维素；
所述含铝溶液为铝溶胶；
所述还原气氛为氢气气氛；
所述镁砂为电熔镁砂；
所述镁盐为草酸镁。
本实施例制备的高温窑炉用镁质耐火材料：耐压强度大于105MPa；红外反射率大于0.8。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
本具体实施方式所采用的原料来源广泛，生产成本低；本具体实施方式通过对各步骤中的气氛、原料粒度、成型压力和热处理等工序的严格控制，既有利于不同原料颗粒的均化和各种原料颗粒之间的紧密接触，也为微结构的形成提供了合理空间，所制备的高温窑炉用镁质耐火材料耐压强度大、抗侵蚀性优异和红外反射率高。
本具体实施方式制备的高温窑炉用镁质耐火材料：耐压强度大于100MPa；红外反射率大于0.8。
因此，本具体实施方式生产成本低，所制备的高温窑炉用镁质耐火材料耐压强度大、耐高温性能优良、抗侵蚀性能优异和红外反射率高。