一种方镁石-铁铝尖晶石耐火材料及其制备方法

专利名称：一种方镁石-铁铝尖晶石耐火材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于耐火材料技术领域。具体涉及一种方镁石-铁铝尖晶石耐火材料及其制备方法。
背景技术：
从20世纪60年代开始，直接结合镁铬砖便以其优良的高温性能而广泛应用于水 泥窑烧成带，但镁铬砖在使用时会产生有毒的Cr6+。为了解决传统镁铬砖引起的环境污染问 题，无铬碱性耐火材料已成为人们研究的重点。目前，替代镁铬砖的无铬碱性耐火材料主要 有方镁石_镁铝尖晶石砖和方镁石_铁铝尖晶石砖等。方镁石_镁铝尖晶石砖具有较高的 荷重软化温度、较高的高温强度和较好的热震稳定性(Journal of the European Ceramic Society, 2004, 24 :2079_2085)，但其窑皮的附着性差，抗碱、硫、氯和熟料等侵蚀能力较差。 方镁石_铁铝尖晶石砖虽有很好的窑皮的附着性、较高的耐火度、较好的热震稳定性和较 强的抗碱、硫、氯和熟料等侵蚀能力(RHI，Bull, 2003,1 25 28)，但其关键材料——铁铝 尖晶石在生产时存在一些问题由于铁铝尖晶石需在一定的CO分压下生成，用烧结法生产 难以控制，因此，多用电熔法合成，但在熔制过程中，如果配料向氧化铁含量高的方向偏移， 容易产生过多的液相，这导致铁铝尖晶石生产控制较难；在现有的电熔铁铝尖晶石制备工 艺中，如以Al2O3和Fe为原料通过电熔法制备铁铝尖晶石时(Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2003, 264 :264_274)，反应过程难以控制，且反应不够充分；以分析 纯的Al2O3粉、分析纯Fe2O3粉和铁鳞为原料通过电熔法制备铁铝尖晶石时(硅酸盐通报， 2007，26 (5) 1003-1006)，虽然工艺简单，但分析纯的Al2O3粉和分析纯Fe2O3粉价格太高， 致使成本太高，不适合大规模工业化生产。铁铝尖晶石的组成波动较大和质量不稳定，导致 产品性能较差。

发明内容
本发明的目的是提供一种既具有较高的窑皮附着性、较高的耐火度、良好的抗碱、 硫、氯和熟料等侵蚀能力，又具有较高的荷重软化温度、较高的高温强度和较好的热震稳定 性的方镁石_铁铝尖晶石耐火材料及其制备方法。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是将80 98衬％的镁砂和2 20wt% 的铁铝尖晶石_刚玉复合材料进行混合，外加上述混合料3 8衬％的结合剂，将上述原料 搅拌均勻，机压成型；再将成型后的坯体在110°c条件下干燥8 36小时，然后在1450 1650°C条件下烧成，保温4 15小时，即得方镁石-铁铝尖晶石耐火材料。所述的铁铝尖晶石-刚玉复合材料(CN200910272184.6)的制备方法是先以 34 44wt%的Fe2O3粉、55 65wt%的Al2O3粉和0. 5 3wt%的轻烧镁砂粉为混合料，外 加混合料0. 5 4wt%的碳粉；或再外加混合料0. 5 3wt%的结合剂，搅拌均勻，成型，坯 体经110°C条件下干燥4 24小时，放入三相电弧炉内，或直接将原料搅拌均勻后放入三相 电弧炉内；然后采用90 220V电压电熔，当原料或坯体全部熔融后，继续熔炼25 60分钟；或将熔炼后的高温合成料在电弧炉中冷却24 48小时，或将熔炼后的高温合成料导入 水冷罐中冷却23 46小时，取出破碎至所需粒度，即得铁铝尖晶石_刚玉复合材料。所述的镁砂为电熔镁砂、烧结镁砂中的一种以上，MgO含量> 93wt%，粒径为0 8mm。所述的结合剂为亚硫酸纸浆废液和氯化镁水溶液中的一种以上。由于采用上述技术方案，本发明以镁砂为主，与申请人申请的“一种电熔铁铝尖 晶石_刚玉复合材料及其制备方法(专利申请号CN200910272184. 6) ”专利技术相结合， 制得以方镁石为主要相成分、铁铝尖晶石相为次成分、并含有少量镁铝尖晶石相的方镁 石-铁铝尖晶石耐火材料。所制备的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料的气孔率为15.0 18.0%、的体积密度为2. 90 3. lOg/cm3、常温耐压强度为40 lOOMPa、高温抗折强度 (1400°C X 30min)为 1. 5 5. OMPa、热膨胀(1500°C )为 1. 80 2. 15 %、荷重软化温度 (0. 2MPaX0. 6% )大于 1600°C、热震性(1100°C，水冷)为 6 20 次。本发明的创新之处在于，将“一种电熔铁铝尖晶石_刚玉复合材料及其制备方法” 专利技术所制备的铁铝尖晶石_刚玉复合材料引入到镁质耐火材料中，这种耐火材料既具 有较高的窑皮附着性、较高的耐火度、良好的抗碱、硫、氯和熟料等侵蚀能力，又具有较高的 荷重软化温度、较高的高温强度和较好的热震稳定性。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明作进一步的描述，并非对保护范围的限制本具体实施方式
中将要涉及到的镁砂的MgO含量> 93wt% ；“铁铝尖晶石_刚玉复合材料”为申请人申请的“一种电熔铁铝尖晶石_刚玉复 合材料及其制备方法”(CN200910272184. 6)专利技术制备的，其制备方法是先以34 44wt%的Fe203粉、55 65wt%的A1203粉和0. 5 3wt %的轻烧镁砂粉为混合料，外加混 合料0. 5 4wt%的碳粉；或再外加混合料0. 5 3衬％的结合剂，搅拌均勻，成型，坯体经 110°C条件下干燥4 24小时，放入三相电弧炉内，或直接将原料搅拌均勻后放入三相电弧 炉内；然后采用90 220V电压电熔，当原料或坯体全部熔融后，继续熔炼25 60分钟；或 将熔炼后的高温合成料在电弧炉中冷却24 48小时，或将熔炼后的高温合成料导入水冷 罐中冷却23 46小时，取出破碎至所需粒度，即得铁铝尖晶石_刚玉复合材料。在以下实 施例中不再赘述。实施例1一种方镁石-铁铝尖晶石耐火材料及其制备方法将粒径为5 3mm的镁砂、粒 径为3 1mm的镁砂、粒径为1 0mm的镁砂、粒径为小于0. 088mm的镁砂和粒径为2. 5 0. 3mm的铁铝尖晶石-刚玉复合材料分别按11 15wt%、30 34wt%、16 20wt%、28 32衬％和6 9衬％混和，外加上述混合料3 5衬％的亚硫酸纸浆废液搅拌均勻，机压成 型，成型压力为180 250MPa。成型后的坯体在110°C条件下干燥18 30小时，最后在 1540 1620°C条件下保温8 12小时烧成即可。其中，镁砂为电熔镁砂、MgO含量大于96wt%;铁铝尖晶石-刚玉复合材料的Fe203 含量为42 44wt %，A1203含量为54 56wt %，MgO含量为1. 8 2. 2wt %。采用本实施例所述方法，可得到显气孔率为15. 5 17. 7%、体积密度为2. 93 3. 02g/cm3、常温耐压强度为70 90MPa、高温抗折强度(1400°C X30min)为2. 5 3. 5MPa、 热膨胀(1500°02.00 2.04%、荷重软化温度(0. 2MPaX0.6% )大于1700°C、热震性 (1100°C，水冷)为10 14次的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料。实施例2一种方镁石-铁铝尖晶石耐火材料及其制备方法将粒径为8 5mm的镁砂、粒径 为5 3mm的镁砂、粒径为3 1mm的镁砂、粒径为1 0mm的镁砂、粒径为小于0. 088mm 的镁砂和粒径为4 2mm的铁铝尖晶石-刚玉复合材料分别按5 8wt%、10 12wt%、 25 30wt%、15 20wt%、25 9 15界卞％混和，外加上述混合料4 氯化镁水溶液搅拌均勻，机压成型，成型压力为150 220MPa。成型后的坯体在110°C条件 下干燥20 36小时，最后在1550 1650°C条件下保温10 15小时烧成即可。其中，镁砂为烧结镁砂、MgO含量为大于95wt% ；铁铝尖晶石-刚玉复合材料的 Fe203含量为39 43wt%，A1203含量为55 58wt%，MgO含量为2. 0 3. 0wt% ；氯化镁 水溶液的密度为1. 20 1. 24g/ml。采用本实施例所述方法，可得到显气孔率为16. 0 18. 0%、体积密度为2. 92 3. 00g/cm3、常温耐压强度为60 80MPa、高温抗折强度(1400°C X30min)为2. 3 3. 2MPa、 热膨胀(1500°02.02 2.06%、荷重软化温度(0. 2MPaX0. 6% )为1600 1630°C、热震 性(1100°C，水冷)为8 12次的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料。实施例3一种方镁石-铁铝尖晶石耐火材料及其制备方法将粒径为5 3mm的镁砂、粒 径为3 1mm的镁砂、粒径为1 0mm的镁砂、粒径为小于0. 088mm的镁砂、粒径为2. 5 0. 8mm的铁铝尖晶石-刚玉复合材料和粒径为小于0. 1mm的铁铝尖晶石-刚玉复合材料分 别按 11 15wt%、30 34wt%、16 20wt%、28 32wt%、4 2 4wt%混合， 外加上述混合料2 3wt%的亚硫酸纸浆废液和2 3wt%的氯化镁水溶液搅拌均勻，机压 成型，成型压力为180 240MPa。成型后的坯体在110°C条件下干燥18 30小时，最后在 1560 1600°C条件下保温9 13小时烧成即可。其中，镁砂为电熔镁砂、MgO含量大于96wt%;铁铝尖晶石-刚玉复合材料的Fe203 含量为41 43wt%，Al203含量为55 57wt%，Mg0含量为1. 8 2. 2wt%;氯化镁水溶液 的密度为1. 24 1. 32g/ml。采用本实施例所述方法，可得到显气孔率为16. 9 17. 1%、体积密度为2. 91 2. 95g/cm3、常温耐压强度为48 65MPa、高温抗折强度(1400°C X30min)为1. 5 2. 5MPa、 热膨胀(1500°C)2.08 2. 11%、荷重软化温度(0. 2MPaX0. 6% )为1650 1680°C、热震 性(1100°C，水冷)为6 10次的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料。实施例4一种方镁石-铁铝尖晶石耐火材料及其制备方法将粒径为5 3mm的镁砂、粒 径为3 1mm的镁砂、粒径为1 0mm的镁砂、粒径为小于0. 088mm的镁砂和粒径为2. 0 0. 5mm的铁铝尖晶石-刚玉复合材料分别按14 16wt%、32 34wt%、16 20wt%、28 32衬％和2 10wt%混合，外加上述混合料3 8wt%的亚硫酸纸浆废液搅拌均勻，机压成 型，压力为180 240MPa。成型后的坯体在110°C条件下干燥18 30小时，最后在1450 1580°C温度、保温4 10小时即可。
其中，镁砂为电熔镁砂和烧结镁砂的混合料，每个粒度区间各占50wt%，MgO含量 均大于96wt%;铁铝尖晶石-刚玉复合材料的Fe203含量为36 37wt%，A1203含量为62 63wt %，MgO 含量为 0. 2 1. 2wt %。采用本实施例所述方法，可得到显气孔率为16. 5 17. 5%、体积密度为2. 93 3. 05g/cm3、常温耐压强度为50 70MPa、高温抗折强度(1400°C X30min)为1. 8 2. 9MPa、 热膨胀(1500°C)2.05 2. 10%、荷重软化温度(0. 2MPaX0. 6% )为1640 1680°C、热震 性(1100°C，水冷)为8 12次的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料。实施例5一种方镁石-铁铝尖晶石耐火材料及其制备方法将粒径为5 3mm的镁砂、粒 径为3 1mm的镁砂、粒径为1 0mm的镁砂、粒径为小于0. 088mm的镁砂和粒径为2. 0
0.1mm的铁铝尖晶石-刚玉复合材料分别按10 16wt%、28 34wt%、14 20wt%、28 32衬％和10 20衬％混合，外加上述混合料3 8wt%的亚硫酸纸浆废液搅拌均勻，机压 成型，成型压力为200 300MPa。成型后的坯体在110°C条件下干燥8 24小时，最后在 1520 1600°C温度、保温7 12小时烧成即可。其中，镁砂为电熔镁砂、MgO含量大于96wt%;铁铝尖晶石-刚玉复合材料的Fe203 含量为41 44wt %，A1203含量为54 57wt %，MgO含量为1. 5 3wt %。采用本实施例所述方法，可得到显气孔率为16. 3 17. 2%、体积密度为3. 00 3. 08g/cm3、常温耐压强度为55 75MPa、高温抗折强度(1400°C X30min)为2. 5 4. OMPa、 热膨胀(1500°C)2.04 2. 12%、荷重软化温度(0. 2MPaX0. 6% )为1680 1700°C、热震 性(1100°C，水冷)为12 16次的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料。本具体实施方式
以镁砂为主，与申请人申请的“一种电熔铁铝尖晶石-刚玉复合 材料及其制备方法(专利申请号CN200910272184. 6) ”专利技术相结合，制得以方镁石为 主要相成分、铁铝尖晶石相为次成分、并含有少量镁铝尖晶石相的方镁石-铁铝尖晶石耐 火材料。所制备的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料的气孔率为15. 0 18. 0%、的体积密度 为2. 90 3. lOg/cm3、常温耐压强度为40 lOOMPa、高温抗折强度(1400°C X30min)为
1.5 5. OMPa、热膨胀(1500°C )为1. 80 2. 15%、荷重软化温度(0. 2MPaX0. 6% )大于 1600°C、热震性(1100°C，水冷)为6 20次。本具体实施方式
的创新之处在于，将“一种电熔铁铝尖晶石_刚玉复合材料及其 制备方法”专利技术所制备的铁铝尖晶石_刚玉复合材料引入到镁质耐火材料中，所制备的 耐火材料既具有较高的窑皮附着性、较高的耐火度、良好的抗碱、硫、氯和熟料等侵蚀能力， 又具有较高的荷重软化温度、较高的高温强度和较好的热震稳定性。
权利要求
一种方镁石-铁铝尖晶石耐火材料的制备方法，其特征在于将80～98wt％的镁砂和2～20wt％的铁铝尖晶石-刚玉复合材料进行混合，外加上述混合料3～8wt％的结合剂，将上述原料搅拌均匀，机压成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥8～36小时，然后在1450～1650℃条件下烧成，保温4～15小时，即得方镁石-铁铝尖晶石耐火材料；所述的铁铝尖晶石-刚玉复合材料(CN200910272184.6)的制备方法是先以34～44wt％的Fe2O3粉、55～65wt％的Al2O3粉和0.5～3wt％的轻烧镁砂粉为混合料，外加混合料0.5～4wt％的碳粉；或再外加混合料0.5～3wt％的结合剂，搅拌均匀，成型，坯体经110℃条件下干燥4～24小时，放入三相电弧炉内，或直接将原料搅拌均匀后放入三相电弧炉内；然后采用90～220V电压电熔，当原料或坯体全部熔融后，继续熔炼25～60分钟；或将熔炼后的高温合成料在电弧炉中冷却24～48小时，或将熔炼后的高温合成料导入水冷罐中冷却23～46小时，取出破碎至所需粒度，即得铁铝尖晶石-刚玉复合材料。
2.根据权利要求1所述的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料的制备方法，其特征在于所述 的镁砂为电熔镁砂、烧结镁砂中的一种以上，MgO含量> 93wt%，粒径为0 8mm。
3.根据权利要求1所述的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料的制备方法，其特征在于所述 的结合剂为亚硫酸纸浆废液和氯化镁水溶液中的一种以上。
4.根据权利要求1 3项中任一项所述的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料的制备方法所 制备的方镁石_铁铝尖晶石耐火材料。
全文摘要
本发明涉及一种方镁石-铁铝尖晶石耐火材料及其制备方法。所采用的技术方案是将80～98wt％的镁砂和2～20wt％的铁铝尖晶石-刚玉复合材料进行混合，外加上述混合料3～8wt％的结合剂，将上述原料搅拌均匀，机压成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥8～36小时，然后在1450～1650℃条件下烧成，保温4～15小时，即得方镁石-铁铝尖晶石耐火材料。本发明所制备的产品的主要物相是方镁石和铁铝尖晶石，并含有少量镁铝尖晶石，是一种既具有较高的窑皮附着性、较高的耐火度、良好的抗碱、硫、氯和熟料等侵蚀能力，又具有较高的荷重软化温度、较高的高温强度和较好的热震稳定性的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料。
文档编号C04B35/622GK101857453SQ20101021218
公开日2010年10月13日 申请日期2010年6月22日 优先权日2010年6月22日
发明者李楠, 鄢文, 韩兵强 申请人:武汉科技大学