专利名称：铝精炼用透气耐火材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于铝深加工行业的铝熔炼精炼铸造工序设备上(包括保温静置炉、溜槽和炉外在线精炼装置除气箱)的一种透气耐火材料，主要涉及一种铝精炼用透气耐火材料及其制备方法。其能够有效提高铝液质量且简便易行。
背景技术：
铝合金的熔炼过程包括了一系列的物理化学变化，其特点是1.熔化时间长；2.容易氧化；3.容易吸气；4.容易吸收金属杂质。因此，在熔炼的过程中极易被污染。防止杂质的污染是铝及铝合金熔炼时的一个重要问题。
铝合金熔体净化是保证铝合金材料冶金质量的关键技术，是学术界和企业界广泛关注的问题。铝合金熔体净化的目的主要是降低熔体中含氢量和氧化夹杂物的含量。对铝合金熔体洁净度的要求，氢的含量一般国内先进水平为0.15ml/100gAl，0.10ml/100gAl是国际领先水平。氧化夹杂物不允许有微米级的颗粒和聚集物。可见，对铝合金熔体的洁净度要求是非常严格的。要达到上述要求，需要采用各种先进的熔体净化处理技术。
近年来随着铝加工行业市场竞争日趋激烈，对铝材产品的质量提出越来越高的要求。作为铝加工行业最前端的熔炼铸造工序，其工艺的先进性和产品质量的优劣对铝加工行业最终产品的质量起着关键作用。炉型大吨位化、蓄热式燃烧技术、炉温炉压的自动控制、电磁搅拌精炼工艺、铝熔体净化工艺等新技术在熔铸精炼生产线的主要设备熔炼炉和保温静置炉上逐步推广。国内外铝熔体净化工艺主要有气泡浮游法、真空处理法、超声波处理法、稀土除氢法。其中气泡浮游法最为流行和最具发展前景。而在保温静置炉、溜槽、除气箱底部和侧壁安装吹气透气装置向铝熔体中吹气的除杂净化工艺，为气泡浮游法，能起到去除气体或氧化物夹杂、均匀温度和成分、缩短精炼时间、提高热效率、减少炉渣、减轻工人劳动强度等作用，还具有投资小、简便易行、高效、无公害的特点，是最适于推广应用的净化处理技术。铝液同耐火材料内衬之间的反应不仅使铝材产品质量受到影响，而且使炉衬表面结瘤、鼓包和沉淀杂物。因此所选择的材料应具有很高的化学稳定性，不与铝液发生反应；选择的材料还应与铝液之间润湿角大，使铝液不易渗透。目前应用于炼铝工业的传统耐火材料为矾土或焦宝石材料，矾土或焦宝石材料中SiO2，Fe2O3和TiO2等能与纯铝或铝合金发生氧化还原反应，还原为单质，严重污染铝液。
一般制作耐火制品采用摩擦压砖机或液压机成型，但是对于成型透气制品，如果采用上述压机成型，制品内部各部位结构不均匀，从而导致制品各部位物理化学性能差异大、制品透气度和流量波动大，内部气孔大而贯通，使气体通过透气制品时吹出的气泡较大，不仅起不到去除微小气体或氧化物夹杂的作用，还会引入较大夹杂，污染铝液。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝精炼用透气耐火材料及其制备方法，使其利用这种制作方法生产的透气耐火材料，具有合理均匀的透气结构，能有效防止铝液从透气材料渗漏出来，通过透气材料吹出的气泡小而多，铝液不易渗入，能够有效提高铝液质量且简便易行。
本发明的目的可采用如下技术方案来实现用于制备所述透气耐火材料原料组成重量比为烧结合成致密六铝酸钙材料60～92％辅助材料8～30％外加结合剂 2.5～5.5％其中，辅助材料为板状刚玉、电熔白刚玉、软质粘土、石英、蓝晶石、氧化铬绿和锆英石材料中的几种或全部。
所述制备透气耐火材料原料中的60～90％的粒径为0.5～2mm，颗粒形状呈无尖棱角的圆形和椭圆形。
本发明所述透气耐火材料的制备方法为将用于制备所述透气耐火材料原料和结合剂充分混合，装入成型模具，放在振动加压成型机的振动平台上，在物料上部加压，加压的压力为10-20吨，加压的同时振动平台振动，振幅为3～5mm，振动时间5-15秒，最后1400-1700℃高温烧成。
本发明的原料主要组成为烧结合成致密六铝酸钙材料，其为比较高铝类材料具有很高的化学纯度，抵抗铝液或合金的还原能力强。虽然液态铝的温度低于900℃，但目前高生产率导致较多的装料量和较高的炉温，炉温常常达到或超过1200℃，而六铝酸钙材料具有很高的耐火度，并且在高于1200℃时对铝液也显示出较低的润湿性。同时烧结合成致密六铝酸钙材料热膨胀系数(20～1200℃，8.0×10-6℃-1)与Al2O3(刚玉)相近，可与刚玉以任何比例配合使用而不会热膨胀失配。六铝酸钙材料体积密度也适中，大约3.0g/cm3。为此，选用烧结合成致密六铝酸钙材料为主原料，板状刚玉、电熔白刚玉、结合粘土、石英、蓝晶石、氧化铬绿、锆英石等材料中的几种或全部，振动加压成型方式成型，高温烧成，组装时外面加装不锈钢钢套。
本发明提供一种透气耐火材料的制作方法，利用这种制作方法生产的透气耐火材料，结构均匀，通过透气材料吹出的气泡小而多，铝液不易渗入，这种透气材料适用于铝深加工行业的铝精炼工艺流程设备，即应用于铝液保温静置炉、溜槽、除气箱的底部和侧壁上，能起到均匀铝液温度和成分、缩短精炼时间、提高热效率节能降耗、减少炉渣、减轻工人劳动强度的作用，铝材针孔率明显减少，有效提高铝液质量。本发明采用边振动边加压的方式成型，制品透气和物理化学性能均匀稳定。避免了上述传统成型方法成型时制品内部各部位结构不均匀，从而导致制品各部位物理化学性能差异大、制品透气度和流量波动大，内部气孔大而贯通的弊端，振动加压成型时，物料装入模具，放在振动平台上，物料上部靠振动冲击力加压成型(一种匀速运动的法向力的叠加)，压力同时振动平台振动振幅3～5mm，调整合适的振动频率使物料的流动性好，物料填充性适中。
铝液在750℃时粘度仅为0.104Pa·s，与20℃时水的粘度0.1Pa·s相当接近，是其易向耐火材料内部渗透的主要原因。铝液渗透性强，作为熔铝保温静置炉和溜槽的透气耐火材料一方面需要透气性好同时也能防止铝液渗透，另一方面希望获得较高的致密度，使用寿命长。本发明所述的透气耐火材料结构，具有透气性又能阻止铝液渗透。这种透气结构是主要由粒径相近的0.5～2mm左右的上述所用原料颗粒组成，颗粒形状应以呈无尖棱角的圆形和椭圆形为好，以获得气道均匀分布的透气通道，且这些透气通道不宜大，否则铝液易渗透，以气道直径50μm以下效果好。
按照上述制备方法所生产的透气耐火材料的理化指标如下表所示
具体实施方式
给出本发明的实施例如下实施例1用于制备透气耐火材料原料组成重量比烧结合成致密六铝酸钙92％，其中粒径为0.5～2mm 75％，颗粒形状呈无尖棱角的圆形和椭圆形，粒径为200目17％；。
粒径为200目蓝晶石5％；软质粘土3％；糊精(外加)2％；羧甲基纤维素(外加)1％。
将上述原料充分混合，装入成型模具，放在振动加压成型机平台上，加压力为15吨，加压的同时振动平台振动，振幅为3mm，振动时间5秒，最后1600℃高温烧成。制成的透气耐火材料流量(0.3MPa)40Nm3/h，常温耐压强度39Mpa。
实施例2用于制备透气耐火材料原料组成重量比烧结合成致密六铝酸钙67％，其中粒径为2～1mm50％200目17％；粒径为0.5～2mm板状刚玉25％；粒径为200目蓝晶石5％；软质粘土3％；糊精(外加)2％；羧甲基纤维素(外加)1％。其中粒径为2～1mm的烧结合成致密六铝酸钙和板状刚玉的颗粒形状呈无尖棱角的圆形和椭圆形。
将上述原料充分混合，装入成型模具，放在振动加压成型机平台上，加压力16吨，加压的同时振动平台振动，振幅为5mm，振动时间9秒，最后1500℃高温烧成。制成的透气耐火材料流量(0.3MPa)45Nm3/h，常温耐压强度49Mpa。
实施例3用于制备透气耐火材料原料组成重量比烧结合成致密六铝酸钙67％，其中粒径为2～1mm 35％ 1～0.5mm 15％ 200目 17％；粒径为2～1mm板状刚玉25％；粒径为200目蓝晶石5％；软质粘土3％；糊精(外加)2％；羧甲基纤维素(外加)1％。其中粒径为2～1mm的烧结合成致密六铝酸钙和板状刚玉的颗粒形状呈无尖棱角的圆形和椭圆形。
将上述原料充分混合，装入成型模具，放在振动加压成型机的平台上，加压15吨，加压的同时振动平台振动，振幅为4mm，振动时间10秒，最后高温1550℃烧成。制成的透气耐火材料流量(0.3MPa)45Nm3/h，常温耐压强度49Mpa。
实施例4用于制备透气耐火材料原料组成重量比烧结合成致密六铝酸钙92％，其中粒径为2～1mm 85％ 200目 7％；粒径为200目蓝晶石5％；软质黏土3％；糊精(外加)2％；羧甲基纤维素(外加)1％。其中粒径为2～1mm的烧结合成致密六铝酸钙和板状刚玉的颗粒形状呈无尖棱角的圆形和椭圆形。
将上述原料充分混合，装入成型模具，放在振动加压成型机的平台上，加压15吨，加压的同时振动平台振动，振幅为5mm，振动时间7秒，最后1600℃高温烧成。制成的透气耐火材料流量(0.3MPa)40Nm3/h；常温耐压强度32Mpa。
实施例5用于制备透气耐火材料原料组成重量比粒径为1～0.5mm的烧结合成致密六铝酸钙75％，颗粒形状呈无尖棱角的圆形和椭圆形；粒径为200目的板状刚玉17％；粒径为200目的石英5％；软质粘土3％；糊精(外加)2％；羧甲基纤维素(外加)1％。
将上述原料充分混合，装入成型模具，放在振动加压成型机的平台上，加压16吨，加压的同时振动平台振动，振幅为4mm，振动时间11秒，最后高温1600℃烧成。制成的透气耐火材料流量(0.3MPa)39Nm3/h，常温耐压强度54Mpa。
实施例6用于制备透气耐火材料原料组成重量比粒径为1～0.5mm的烧结合成致密六铝酸钙75％，颗粒形状呈无尖棱角的圆形和椭圆形；电熔白刚玉200目17％；石英200目5％；软质粘土3％；糊精(外加)2％；羧甲基纤维素(外加)1％。
将上述原料充分混合，装入成型模具，放在振动加压成型机的平台上，在物料上部用液压机加压，加压的同时振动平台振动，振幅为4mm，振动10秒，最后1600℃高温烧成。制成的透气耐火材料流量(0.3MPa)39Nm3/h，常温耐压强度52Mpa。
实施例7用于制备透气耐火材料原料组成重量比粒径为2～1mm烧结合成致密六铝酸钙75％，颗粒形状呈无尖棱角的圆形和椭圆形；粒径为200目板状刚玉14％；粒径为200目蓝晶石5％；软质黏土3％；锆英石3％；糊精(外加)2％；羧甲基纤维素(外加)1％。
将上述原料充分混合，装入成型模具，放在振动加压成型机的平台上，加压15吨，加压的同时振动平台振动，振幅为5mm，最后1550℃高温烧成。制成的透气耐火材料流量(0.3MPa)40Nm3/h，常温耐压强度39Mpa。
实施例8用于制备透气耐火材料原料组成重量比
粒径为2～1mm烧结合成致密六铝酸钙75％，颗粒形状呈无尖棱角的圆形和椭圆形；粒径为200目板状刚玉12％；粒径为200目蓝晶石5％；软质黏土3％；氧化铬绿5％；糊精(外加)2％羧甲基纤维素(外加)1％。
将上述原料充分混合，装入成型模具，放在振动加压成型机的平台上，加压16吨，加压的同时振动平台振动，振幅为4mm，振动时间9秒，最后1550℃高温烧成。制成的透气耐火材料流量(0.3MPa)40Nm3/h，常温耐压强度44Mpa。
权利要求
1.一种铝精炼用透气耐火材料，其特征是用于制备所述透气耐火材料原料组成重量比为烧结合成致密六铝酸钙60～92％辅助材料8～30％外加结合剂 2.5～5.5％其中，辅助材料为板状刚玉、电熔白刚玉、软质粘土、石英、蓝晶石、氧化铬和锆英石材料中的几种或全部。
2.根据权利要求1所述的铝精炼用透气耐火材料，其特征是所述制备透气耐火材料原料中的60～90％的粒径为0.5～2mm，颗粒形状呈无尖棱角的圆形和椭圆形。
3.根据权利要求1所述的铝精炼用透气耐火材料，其特征是所述的铝精炼用透气耐火材料中，氧化铝的含量重量比为50～100％。
4.根据权利要求1所述的铝精炼用透气耐火材料，其特征是所述的外加结合剂为糊精、羧甲基纤维素和磷酸二氢铝的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的铝精炼用透气耐火材料的制备方法，其特征是将用于制备所述透气耐火材料原料和结合剂充分混合，装入成型模具，放在振动加压成型机的振动平台上，在物料上部加压，加压的压力为10-20吨，加压的同时振动平台振动，振幅为3～5mm，振动时间5-15秒，最后1400-1700℃高温烧成。
全文摘要
本发明公开了一种铝精炼用透气耐火材料及其制备方法，用于制备所述透气耐火材料原料组成重量比为烧结合成致密六铝酸钙材料60～92％，辅助材料8～30％，外加结合剂2.5～5.5％，其中，辅助材料为板状刚玉、电熔白刚玉、软质粘土、石英、蓝晶石、氧化铬绿和锆英石材料中的几种或全部。其制备方法是将用于制备所述透气耐火材料原料和结合剂充分混合，装入成型模具，放在振动加压成型机的振动平台上，在物料上部加压，加压的压力为10－20吨，加压的同时振动平台振动，振幅为3～5mm，振动时间5－15秒，最后1400－1700℃高温烧成。本发明采用边振动边加压的方式成型的透气耐火材料，结构均匀，通过透气材料吹出的气泡小而多，铝液不易渗入。
文档编号C04B35/622GK1884201SQ200610018089
公开日2006年12月27日 申请日期2006年7月11日 优先权日2006年7月11日
发明者张晖, 禄向阳, 刘志宏, 尹洪丽, 窦景一 申请人:中钢集团洛阳耐火材料研究院