一种轻量刚玉复合耐火骨料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于刚玉质耐火骨料技术领域。具体涉及一种轻量刚玉复合耐火骨料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]中国是目前世界上第二大能源生产国和消费国，《节能减排“十二五”规划》明确提出应大力推行工业窑炉的节能改造。研宄和开发高温轻量耐火材料可大大降低工业窑炉能耗，对整个高温工业节能减排具有举足轻重的意义。
[0003]目前，高温轻量耐火材料研宄相对滞后，在一定程度上制约了我国高温窑炉节能技术的发展。在现行的隔热耐火材料中，绝大多数都使用在保温层或隔热层，而未直接使用在与钢铁等高温熔体接触的工作层。宄其原因，主要是由于目前所制备的隔热耐火材料显气孔率过高且孔径过大、强度较低，若在工作层使用，熔渣会较容易地通过开口气孔渗透进入耐火材料内部，对耐火材料带来毁灭性的破坏。然而，隔热耐火材料越靠近工作面，其隔热效果更加显著。因此，开展可直接用于工作层的低导热、高强、耐热震、抗侵蚀的耐火材料，已成为目前本领域所关注的重要课题之一。
[0004]耐火骨料轻量化是实现工作衬耐火材料轻量化的主要途径。目前报道的轻量骨料制备方法主要有:有机物分解法、原位发泡成孔技术及氢氧化物等无机物分解法。0.Lyckfeldt等人采用淀粉作为结合剂及发泡剂，制备了多孔氧化销(0.Lyckfeldt,J.M.F.Ferreira, Processing of porous ceramics by starch consolidat1n, J.Eur.Ceram.Soc.18 (2) (1998) 131 - 140.)，所制备骨料体积密度明显降低，然而显气孔率及孔径较大；S.J.Li等人采用高岭石作为发泡剂，制备了多孔刚玉-莫来石骨料(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.)，所制备骨料平均孔径较小，然而显气孔率高达40% ；R.Salom^oa等人利用水滑石的原位分解，制备了多孔刚玉_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.)，所制备骨料在显气孔率及孔径方面也无法达到生产要求，耐渣蚀方面无法达到高温热面使用要求。
[0005]综上所述，目前所制备的轻量耐火骨料均存在显气孔率高、平均孔径大、不耐渣蚀的缺陷，难以达到实际工业生产和使用的要求。
【发明内容】
[0006]本发明旨在克服现有技术缺陷，任务是提供一种体积密度小、闭口气孔率高、热导率低和抗熔渣侵蚀能力强的轻量刚玉复合耐火骨料及其制备方法。
[0007]为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是:所述制备方法的具体步骤是:
步骤一、以80~95wt%的γ -Al2O3细粉、l~10wt%的Al (OH) 3微粉、l~10wt%的糖类聚合物和0.l~5wt%的抗冻蛋白为原料，外加所述原料20~60wt%的水，用行星球磨机湿磨0.5-3小时，制得料浆i ο
[0008]步骤二、将所述料浆i经圆盘造粒成粒径为1~2.5mm的颗粒，再于-30~_90°C条件下冰冻6~24小时；然后在110~200°C条件下干燥12~36小时，在300~800°C条件下保温3~6小时，得到多孔刚玉颗粒。
[0009]步骤三、以85~97wt%的a -Al2O3微粉、2~10wt%的纳米氧化铝溶胶和l~5wt%的MgO微粉为混合料，外加所述混合料30~50wt%的有机醇，用行星球磨机混合湿磨0.1~1小时，得到料浆ii。
[0010]步骤四、按照所述料浆ii和所述多孔刚玉颗粒的质量比为(0.1?I): 1，将所述料楽ii和所述多孔刚玉颗粒一起经圆盘造粒成粒径为3~10mm的颗粒，在60~90°C条件下保温6~12小时，在110~200°C条件下干燥24~36小时，在1700~1900°C条件下烧结1~5小时，
即得轻量刚玉复合耐火骨料。
[0011]所述γ -Al2O3细粉的 Al 203含量 >99wt%，粒径为 0.045-0.088mm。
[0012]所述Al (OH) 3微粉的 Al (OH) 3含量 >98wt%，粒径 D 5(|为 1~5 μ m。
[0013]所述糖类聚合物为糊精、淀粉、甲壳素中的一种以上。
[0014]所述行星球磨机的研磨球为刚玉质球。
[0015]所述a -Al2O3微粉的 Al 203含量 >99wt%，粒径 D 50为 1~5 μ m。
[0016]所述纳米氧化铝溶胶的分散质含量>25wt%，平均粒径为20~50nm。
[0017]所述MgO微粉的MgO含量>99wt%，粒径D5tl为1~7 μ m。
[0018]所述有机醇为乙醇、聚乙烯醇、叔丁醇中的一种以上。
[0019]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:
本发明采用水作为原位成孔介质，通过冰冻技术，使得水结冰，在热处理过程中，冰晶蒸发，形成多孔刚玉颗粒；利用抗冻蛋白抑制冰晶的长大，保证在未热处理的材料中预形成气孔尺寸分布集中的微多孔结构，保证多孔刚玉颗粒的高气孔和高强度；
本发明在多孔刚玉颗粒外裹覆料浆，利用不同晶型和尺寸的氧化铝粉能够共同形成纳-微米双尺度烧结模型，该料浆在高温烧成过程中，由于不同粒度氧化铝原料烧结性能的差异性，原位形成内部应力驱动晶界快速扩散，将均匀分布的气孔缩小并封闭，并牢固包裹住多孔刚玉颗粒从而形成致密的微孔氧化铝包裹层，与熔渣反应时，该包裹层能够有效阻止熔渣侵蚀及渗透，从而达到形成高耐蚀的轻量刚玉复合耐火骨料的目的。
[0020]本发明所制备的轻量刚玉耐火骨料经检测:体积密度为2.5-2.8g/cm3，闭口气孔率为 10~30%。
[0021]因此，本发明所制备的轻量刚玉复合耐火骨料具有体积密度小、闭口气孔率高、热导率低和抗熔渣侵蚀能力强的特点。
【具体实施方式】
[0022]下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步的描述，并非对保护范围的限制:
为避免重复，先将本【具体实施方式】所涉及的原料和工艺参数统一描述如下，实施例中不再赘述:
所述 γ -Al2O3细粉的 Al 203含量 >99wt%，粒径为 0.045-0.088mm。
[0023]所述Al (OH) 3微粉的 Al (OH) 3含量 >98wt%，粒径 D 5(|为 1~5 μ m。
[0024]所述行星球磨机的研磨球为刚玉质球。
[0025]所述a -Al2O3微粉的 Al 203含量 >99wt%，粒径 D 50为 1~5 μ m。
[0026]所述纳米氧化铝溶胶的分散质含量>25wt%，平均粒径为20~50nm。
[0027]所述MgO微粉的MgO含量>99wt%，粒径D5tl为1~7 μ m。
[0028]实施例1
一种轻量刚玉复合耐火骨料及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是:步骤一、以80~84wt%的γ -Al2O3细粉、7~10wt%的Al (OH) 3微粉、4~8wt%的糖类聚合物和2.5~5wt%的抗冻蛋白为原料，外加所述原料40~60wt%的水，用行星球磨机湿磨0.5-1.5小时，制得料浆i ο
[0029]步骤二、将所述料楽i经圆盘造粒成粒径为1~2.5mm的颗粒，再于_3060°C条件下冰冻15~24小时；然后在110~200°C条件下干燥12~36小时，在300~600°C条件下保温4~6小时，得到多孔刚玉颗粒。
[0030]步骤三、以85~91wt%的a -Al2O3微粉、6~10wt%的纳米氧化铝溶胶和3~5wt%的MgO微粉为混合料，外加所述混合料30~40wt%的有机醇，用行星球磨机混合湿磨0.1~1小时，得到料浆ii。
[0031]步骤四、按照所述料浆ii和所述多孔刚玉颗粒的质量比为(0.1?0.3): 1，将所述料楽ii和所述多孔刚玉颗粒一起经圆盘造粒成粒径为3~10mm的颗粒，在60~75°C条件下保温9~12小时，在110~200°C条件下干燥24~36小时，在1700~1800°C条件下烧结3~5小时，即得轻量刚玉复合耐火骨料。
[0032]本实施例中:所述糖类聚合物为糊精；所述有机醇为乙醇。
[0033]本实施例所制备的轻量刚玉复合耐火骨料经检测:体积密度为2.55-2.65g/cm3；闭口气孔率为20~26%。
[0034]实施例2
一种轻量刚玉复合耐火骨料及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是:步骤一、以80~84wt%的γ -Al2O3细粉、7~10wt%的Al (OH) 3微粉、4~8wt%的糖类聚合物和2.5~5wt%的抗冻蛋白为原料，外加所述原料40~60wt%的水，用行星球磨机湿磨0.5-1.5小时，制得料浆i ο
[0035]步骤二、将所述料楽i经圆盘造粒成粒径为1~2.5mm的颗粒，再于_6090°C条件下冰冻6~15小时；然后在110~200°C条件下干燥12~36小时，在500~800°C条件下保温3~5小时，得到多孔刚玉颗粒。
[0036]步骤三、以91~97wt%的a -Al2O3微粉、2~6wt%的纳米氧化铝溶胶和l~3wt%的MgO微粉为混合料，外加所述混合料40~50wt%的有机醇，用行星球磨机混合湿磨0.1~1小时，得到料浆ii。
[0037]步骤四、按照所述料浆ii和所述多孔刚玉颗粒的质量比为(0.1?0.3): 1，将所述料楽ii和所述多孔刚玉颗粒一起经圆盘造粒成粒径为3~10mm的颗粒，在75~90°C条件下保温6~9小时，在110~200°C条件下干燥24~36小时，在1800~1900°C条件下烧结1~3小时，
即得轻量刚玉复合耐火骨料。
[0038]本实施例中:所述糖类聚合物为淀粉；所述有机醇为聚乙烯醇。
[0039]本实施例所制备的轻量刚玉复合耐火骨料经检测:体积密度为2.5-2.6g/cm3；闭口气孔率为22~30%。
[0040]实施例3
一种轻量刚玉复合耐火骨料及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是:步骤一、以84~88wt%的γ 41203细粉、4~8?丨％的Al (OH) 3微粉、7~10wt%的糖类聚合物和0.1-2.5wt%的抗冻蛋白为原料，外加所述原料20~40wt%的水，用行星球磨机湿磨1.5-3小时，制得料浆i ο
[0041]步骤二、将所述料楽i经圆盘造粒成粒径为1~2.5mm的颗粒，再于_3060°C条件下冰冻15~24小时；然后在110~200°C条件下干燥12~36小时，在300~600°C条件下保温4~6小时，得到多孔刚玉颗粒。
[0042]步骤三、以85~91wt%的a -Al2O3微粉、6~10wt%的纳米氧化铝溶胶和3~5wt%的MgO微粉为混合料，外加所述混合料30~40wt%的有机醇，用行星球磨机混合湿磨0.1~1小时，得到料浆ii。
[0043]步骤四、按照所述料浆ii和所述多孔刚玉颗粒的质量比为(0.3?0.6): 1，将所述料楽ii和所述多孔刚玉颗粒一起经圆盘造粒成粒径为3~10mm的颗粒，在60~75°C条件下保温9~12小时，在110~200°C条件下干燥24~36小时，在1700~1800°C条件下烧结3~5小时，即得轻量刚玉复合耐火骨料。
[0044]本实施例中:所述糖类聚合物为甲壳素；所述有机醇为叔丁醇。
[0045]本实施例所制备的轻量刚玉复合耐火骨料经检测:体积密度为2.6-2.7g/cm3;闭