一种轻量刚玉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耐火骨料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]工作衬耐火材料轻量化是目前耐火材料行业的一个重要研究方向。首先，隔热耐火材料越靠近工作面，其隔热节能效果越好，工作衬耐火材料轻量化能有效降低热量散失，减少生产成本，达到节能减排的作用；第二，由于轻量耐火材料中具有较多的气孔，在温度剧变时能够有效容纳热应力，提升材料抗热剥落性能。因此，工作衬用轻量耐火材料的研究受到耐火材料行业的广泛关注。然而，由于轻量骨料中含有大量气孔，开发工作层用轻量耐火材料的重点在于提升材料抗渣性能。
[0003]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，制备了多孔氧化招(0.Lyckfeldt,J.M.F.Ferreira, Processing of porous ceramics by starch consolidat1n, J.Eur.Ceram.Soc.18 (2) (1998) 131 - 140.)，所制备骨料的体积密度虽明显降低，但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虽较小，但显气孔率高达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.)，所制备骨料显气孔率及孔径尺寸也较大，耐渣蚀方面无法达到高温热面使用要求。
[0004]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】
[0005]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耐火骨料及其制备方法。
[0006]为实现上述任务，本发明所采用的技术方案的具体步骤是:
步骤一、以 40~60wt% 的 γ -Al2O3细粉、30~50wt% 的 α -Al 203微粉、l~5wt% 的 Al (OH) 3微粉、l~5wt%的纳米氧化招微粉、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20~70wt%的水，用行星球磨机湿磨0.5-3小时，制得料楽。
[0007]步骤二、将所述料浆置于模具中，在-30~-90°C条件下冰冻6~24小时，脱模；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，得到预制多孔刚玉骨料。
[0008]步骤三、对所述预制多孔刚玉骨料镀铝，镀层厚度为0.l~0.5mm;然后在500~900°C条件下保温3~6小时，在1600~1900°C条件下烧结1~5小时，即得轻量刚玉耐火骨料。
[0009]所述γ -Al2O3细粉的 Al 203含量 >99wt%，粒径为 0.045-0.088mm。
[0010]所述a -Al2O3微粉的 Al 203含量 >99wt%，粒径 D 5。为 1~5 μ m。
[0011 ] 所述纳米氧化招微粉的Al2O3含量>99wt%，平均粒径为20~50nm。
[0012]所述Al (OH) 3微粉的 Al (OH) 3含量 >98被％，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]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:
本发明引入的不同晶型和尺寸的氧化铝粉能够共同形成致密堆积，采用水作为原位成孔介质，通过冰冻技术，使得水结冰；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；进一步利用不同晶型和尺寸的氧化铝粉共同形成纳-微米双尺度烧结模型，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，形成轻量刚玉耐火骨料；同时，骨料外部的铝镀层在热处理过程中熔融，能够堵塞材料裂纹和外表面的气孔，并快速氧化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耐火骨料的目的。
[0016]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%。
[0017]因此，本发明所制备的轻量刚玉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】
[0018]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。
[0019]所述a -Al2O3微粉的 Al 203含量 >99wt%，粒径 D 5。为 1~5 μ m。
[0020]所述纳米氧化招微粉的Al2O3含量>99wt%，平均粒径为20~50nm。
[0021 ]所述 Al (OH) 3微粉的 Al (OH) 3含量 >98wt%，粒径 D 5。为 1~5 μ m。
[0022]所述行星球磨机的研磨球为刚玉质球。
[0023]实施例1
一种轻量刚玉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 40~45wt% 的 γ -Al2O3细粉、45~50wt% 的 α -Al 203微粉、l~3wt% 的 Al (OH) 3微粉、3~5wt%的纳米氧化招微粉、l~5wt%的糖类聚合物和2.5~5wt%的抗冻蛋白为原料，夕卜加所述原料40~70wt%的水，用行星球磨机湿磨0.5-1.5小时，制得料楽。
[0024]步骤二、将所述料浆置于模具中，在-30~-60°C条件下冰冻15~24小时，脱模；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，得到预制多孔刚玉骨料。
[0025]步骤三、对所述预制多孔刚玉骨料镀铝，镀层厚度为0.l~0.5mm;然后在500~700°C条件下保温4~6小时，在1600~1750°C条件下烧结3~5小时，即得轻量刚玉耐火骨料。
[0026]本实施例所述糖类聚合物为糊精。
[0027]本实施例所制备的轻量刚玉耐火骨料经检测:体积密度为2.6-2.7g/cm3；闭口气孔率为18-24%ο
[0028]实施例2
一种轻量刚玉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 40~45wt% 的 γ -Al2O3细粉、45~50wt% 的 α -Al 203微粉、l~3wt% 的 Al (OH) 3微粉、3~5wt%的纳米氧化招微粉、l~5wt%的糖类聚合物和2.5~5wt%的抗冻蛋白为原料，夕卜加所述原料40~70wt%的水，用行星球磨机湿磨0.5-1.5小时，制得料楽。
[0029]步骤二、将所述料浆置于模具中，在-60~-90°C条件下冰冻6~15小时，脱模；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，得到预制多孔刚玉骨料。
[0030]步骤三、对所述预制多孔刚玉骨料镀铝，镀层厚度为0.l~0.5mm;然后在700~900°C条件下保温3~5小时，在1750~1900°C条件下烧结1~3小时，即得轻量刚玉耐火骨料。
[0031]本实施例所述糖类聚合物为淀粉。
[0032]本实施例所制备的轻量刚玉耐火骨料经检测:体积密度为2.55-2.65g/cm3；闭口气孔率为18~26%。
[0033]实施例3
一种轻量刚玉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 45~50wt% 的 γ -Al2O3细粉、40~45wt% 的 α -Al 203微粉、l~3wt% 的 Al (OH) 3微粉、3~5wt%的纳米氧化招微粉、5~10wt%的糖类聚合物和2.5~5wt%的抗冻蛋白为原料，外加所述原料40~70wt%的水，用行星球磨机湿磨0.5-1.5小时，制得料楽。
[0034]步骤二、将所述料浆置于模具中，在-30~-60°C条件下冰冻15~24小时，脱模；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，得到预制多孔刚玉骨料。
[0035]步骤三、对所述预制多孔刚玉骨料镀铝，镀层厚度为0.l~0.5mm;然后在500~700°C条件下保温4~6小时，在1600~1750°C条件下烧结3~5小时，即得轻量刚玉耐火骨料。
[0036]本实施例所述糖类聚合物为甲壳素。
[0037]本实施例所制备的轻量刚玉耐火骨料经检测:体积密度为2.55-2.65g/cm3；闭口气孔率为20~26%。
[0038]实施例4
一种轻量刚玉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 45~50wt% 的 γ -Al2O3细粉、40~45wt% 的 α -Al 203微粉、l~3wt% 的