专利名称：一种锆刚玉空心球及其制备方法
技术领域：
本发明涉及属于耐火材料技术领域，尤其是一种空心球及其制备方法。
背景技术：
在传统能源日益枯竭而新能源发展缓慢的今天，当前最迫切的任务是开发轻质、 高强、热震稳定性好、使用温度高能满足轻质结构高温炉所需的内衬材料，改变传统的超高温窑炉由于采用重质结构而存在的热容量大、升温速率低、能耗大、使用寿命短、中期维修量大等缺点，节约能源，降低能耗，为建设资源节约型社会和人类可持续发展服务。由于轻质保温材料是通过引入气孔的方式获得低热导率，引入大量气孔会导致轻质材料的重烧线收缩率提高、荷重软化温度降低、高温蠕变严重、耐压强度降低，从而使隔热材料的使用温度很难提高，并使应用范围受到限制，因此寻找新的方法制备新的高温隔热材料一直是各国专家的工作重点。在现有的隔热材料中，氧化铝隔热材料品种最多，使用温度高，隔热节能效果好，是当今重点发展的隔热材料，其中轻质氧化铝空心球陶瓷的应用是隔热材料技术进步的一个标志，它克服了原有泡沫氧化铝产品强度低、高温抗蠕变性能差的缺点，可直接接触火焰，也可作为高温内衬结构材料使用，能够推动传统高温窑炉结构改造，为设计新型窑炉结构奠定基础。氧化铝空心球是一种性能优异的高温隔热材料，它是用纯度较高的氧化铝在电炉中熔炼吹制而成的，以氧化铝空心球为主体可制成各种形状制品，最高使用温度1800°C，制品机械强度高，为一般轻质制品的数倍，而体积密度可以达到刚玉制品的一半甚至更低。采用同样方法还可以制备出氧化锆空心球，使用温度也能够达到2100°C以上，但由于氧化锆原料价格昂贵，因此难以在工业生产中大规模推广应用。同时氧化铝空心球也因性价比，难以获得大规模应用，相对于耐火材料的总量来说，比例较小。 目前已有的几种材质的空心球，熔炼过程中需要的温度较高，不仅用电能耗相当高，对制备条件要求非常苛刻，对于相关附属设备都有严峻的考验，而且成分比较单一，在抗侵蚀、抗热震性等方面的性能有待提高，使用范围也受到限制。为进一步拓展空心球的应用范围，特别是基于空心球的结构/隔热一体化复合砖概念的提出和部分产品成功开发，奠定电熔空心球步大规模应用的基础。结构/隔热一体化复合砖由重质工作层/轻质隔热层两者复合而成，不同组分工作层需要不同组分的电熔空心球匹配，否则易出现界面反应，影响制品性能。此外，基于低成本电熔空心球的浇注料出现，不同的使用环境条件提出来了不同的组分要求，有的要求电熔空心球具有更好的抗热震性，有的要求更好的耐磨性和抗侵蚀能力强，有的要求低成本，这些均需要不同组分和不同成本的原料来具体满足这些要求。
发明内容
为了克服已有空心球及其制备方法的不能兼顾低成本、耐磨性和抗侵蚀能力以及抗热震性、适用性较差的不足，本发明提供能够同时兼顾低成本、耐磨性和抗侵蚀能力以及抗热震性、具有良好适用性的锆刚玉空心球及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种锆刚玉空心球，所述锆刚玉空心球中含Al2O3和&02，其中，Al2O3质量百分含量为90 99. 9 %，ZrO2质量百分含量为0. 1 10 %。本发明中，由于原料纯度和生产工艺中纯化技术限制，Al2O3和^O2质量百分含量之和小于100%，空心球中含有一定量的其它物质，但不影响使用。一种锆刚玉空心球的制备方法，所述制备方法的步骤如下1)将含铝物质和含锆物质按比例混合均勻，或将含铝物质、含锆物质和添加剂按配比要求混勻，得到配合料；2)将配合料投入三相或直流电弧炉内，调整电流和电压，在2200 熔炼直至熔融，精炼10 80分钟，使熔体中Α1203+^ 2质量百分含量不小于90% ；3)熔炼结束，倾炉喷吹；4)将球筛分得到0. 2 5mm的锆刚玉空心球。进一步，所述的含铝物质为工业氧化铝、氢氧化铝、高铝矾土或铝渣的一种或一种以上的任意组合。所述的含锆物质为锆英石或单斜氧化锆。所述的添加剂为碳素材料，作为脱硅材料，用量为配合料中SiO2摩尔数的1. 2 4倍。所述的添加剂为碳素材料和含铁成分物质的混合物，碳素材料用量为配合料中 SiO2摩尔数的0. 8 3倍，含铁成分物质中铁摩尔含量为配合料中SiA摩尔数的2 5倍。所述的碳素材料为石墨、石油焦、煅后焦、煤、焦炭、浙青或木炭中的一种或一种以上的任意组合。所述的含铁成分物质为铁屑、铁矿石、铁红、氧化铁黑、废铁或废钢中的一种或一种以上的任意组合。本发明中，所依据的技术原理为以各种含铝物质或含锆物质为主要原料，同时引入添加剂来调整熔体组份和粘度，通过喷吹熔体制得锆刚玉空心球，使之具有与其他组分的空心球不同的功能特征。本发明的有益效果主要表现在所制备的锆刚玉空心球具有耐压强度高、断裂韧性好等特点，并且保温隔热性能好，特别适合用作隔热材料和轻质浇注料中的骨料，能够满足中低温使用条件的保温隔热要求。
具体实施例方式下面对本发明作进一步描述。实施例1 本实施例中，锆刚玉耐高温空心球中Al2O3质量百分含量为90. 2%,ZrO2的质量百分含量为4. 8%，其他物质的质量百分含量为5%，由于原料纯度和生产工艺中纯化技术限制，Al2O3和^O2质量百分含量之和小于100%，空心球中含有一定量的其它物质，但不影响使用。制备方法为原料配比采用质量百分含量，其中工业氧化铝95%和单斜氧化锆 5%，采用石油焦、煅后焦和铁屑作为添加剂，石油焦和煅后焦的用量保证C摩尔量为配料中SW2摩尔量的0. 8倍，铁屑的用量保证!^e摩尔量为配料中SW2摩尔量的2倍；将原料配合好后在球磨机中混合1小时；将配合料投入三相电弧炉内，调整电流和电压在熔炼至熔融，精炼10分钟；熔炼结束，倾炉喷吹；将球筛分得到0. 2 5mm的锆刚玉耐高温空心球。锆刚玉耐高温空心球中Al2O3质量百分含量为90. 2 %，ZrO2的质量百分含量为4. 8 %， 产品可作为高强轻质浇注料和轻质砖骨料。实施例2 本实施例中，锆刚玉耐高温空心球中Al2O3质量百分含量为90. 4%,ZrO2的质量百分含量为4. 6%，其他物质的质量百分含量为5%，由于原料纯度和生产工艺中纯化技术限制，Al2O3和^O2质量百分含量之和小于100%，空心球中含有一定量的其它物质，但不影响使用。制备方法为原料配比采用质量百分含量，其中工业氧化铝93%和锆英石7%，采用石墨作为添加剂，石墨的用量保证石墨中C摩尔量为配料中SiO2摩尔量的4倍；将原料配合好后在球磨机中混合1小时；将配合料投入三相电弧炉内，调整电流和电压在2200°C 熔炼，精炼40分钟；熔炼结束，倾炉喷吹；将球筛分得到0. 2 5mm的锆刚玉耐高温空心球。 锆刚玉耐高温空心球中Al2O3质量百分含量为90. 4%, ZrO2的质量百分含量为4. 6%，产品可作为高强轻质浇注料和轻质砖骨料。实施例3 本实施例中，锆刚玉耐高温空心球中Al2O3质量百分含量为92. 5%,ZrO2的质量百分含量为2. 5%，其他物质的质量百分含量为5%，由于原料纯度和生产工艺中纯化技术限制，Al2O3和^O2质量百分含量之和小于100%，空心球中含有一定量的其它物质，但不影响使用。制备方法为原料配比采用质量百分含量，其中铝渣94%、锆英石3%和单斜氧化锆1 %，采用焦炭、木炭和铁矿石作为添加剂，焦炭和木炭的用量保证C摩尔量为配料中 SiO2摩尔量的3倍，铁矿石的用量保证！^摩尔量为配料中SiA摩尔量的2倍；将原料配合好后在球磨机中混合1. 6小时；将配合料投入直流电弧炉内，调整电流和电压在2200°C熔炼至熔融，精炼80分钟；熔炼结束，倾炉喷吹；将球筛分得到0. 2 5mm的锆刚玉耐高温空心球。锆刚玉耐高温空心球中Al2O3质量百分含量为92. 5 %，ZrO2的质量百分含量为2. 5 %， 产品可作为高强轻质浇注料和轻质砖骨料。实施例4 本实施例中，锆刚玉耐高温空心球中Al2O3质量百分含量为90. 9%,ZrO2的质量百分含量为4. 1%，其他物质的质量百分含量为5%，由于原料纯度和生产工艺中纯化技术限制，Al2O3和^O2质量百分含量之和小于100%，空心球中含有一定量的其它物质，但不影响使用。制备方法为原料配比采用质量百分含量，其中工业氧化铝45%、高铝矾土 50%、 锆英石3%和单斜氧化锆2%，采用石墨、石油焦、废铁、铁和铁红作为添加剂，石墨、石油焦的用量保证C摩尔量为配料中SW2摩尔量的0. 8倍，废铁、铁和铁红的用量保证！^的摩尔量为配料中S^2摩尔量的5倍；将原料配合好后在球磨机中混合1. 8小时；将配合料投入直流电弧炉内，调整电流和电压在2300°C熔炼至熔融，精炼20分钟；熔炼结束，倾炉喷吹； 将球筛分得到0. 2 5mm的铬刚玉耐高温空心球。锆刚玉耐高温空心球中Al2O3质量百分含量为90. 9%, ZrO2的质量百分含量为4. 1 %，产品可作为高强轻质浇注料和轻质砖骨料。实施例5 本实施例中，锆刚玉耐高温空心球中Al2O3质量百分含量为90. 4%,ZrO2的质量百分含量为4. 6%，其他物质的质量百分含量为5%，由于原料纯度和生产工艺中纯化技术限制，Al2O3和^O2质量百分含量之和小于100%，空心球中含有一定量的其它物质，但不影响使用。制备方法为原料配比采用质量百分含量，其中氢氧化铝96%、锆英石2.5%、高纯单斜氧化锆1. 5%，采用煅后焦、氧化铁黑和废钢作为添加剂，煅后焦的用量保证C摩尔量为配料中SiA摩尔量的2倍，氧化铁黑和废钢的用量保证摩尔量为配料中SiA摩尔量的3. 5倍；将原料配合好后在球磨机中混合1. 6小时；将配合料投入直流电弧炉内，调整电流和电压在2500°C熔炼至熔融，精炼30分钟；熔炼结束，倾炉喷吹；将球筛分得到0. 2 5mm的锆刚玉耐高温空心球。锆刚玉耐高温空心球中Al2O3质量百分含量为90. 4%，ZrO2的质量百分含量为4. 6%，产品可作为高强轻质浇注料和轻质砖骨料。实施例6 本实施例中，锆刚玉耐高温空心球中Al2O3质量百分含量为90. 9%,ZrO2的质量百分含量为4. 1%，其他物质的质量百分含量为5%，由于原料纯度和生产工艺中纯化技术限制，Al2O3和^O2质量百分含量之和小于100%，空心球中含有一定量的其它物质，但不影响使用。制备方法为原料配比采用质量百分含量，其中高铝矾土 94. 5%、锆英石5. 5%, 采用浙青、煤和铁屑作为添加剂，浙青和煤的用量保证C摩尔量为配料中SiO2摩尔量的0. 8 倍，铁屑的用量保证狗摩尔量为配料中SW2摩尔量的5倍；将原料配合好后在球磨机中混合1. 9小时；将配合料投入直流电弧炉内，调整电流和电压在熔炼至熔融，精炼10 分钟；熔炼结束，倾炉喷吹；将球筛分得到0. 2 5mm的锆刚玉耐高温空心球。锆刚玉耐高温空心球中Al2O3质量百分含量为90. 9%, ZrO2的质量百分含量为4. 1%，产品可作为高强轻质浇注料和轻质砖骨料。实施例7原料配比采用质量百分含量，其中高纯氢氧化铝Al (OH)3的质量百分含量大于 99. 99% ]99. 93%和高纯单斜氧化锆Ζι 2的质量百分含量大于99. 99%]0. 07%;将原料配合好后在球磨机中混合1. 9小时；将配合料投入直流电弧炉内，调整电流和电压在
熔炼至熔融，精炼10分钟；熔炼结束，倾炉喷吹；将球筛分得到0. 2 5mm的锆刚玉耐高温空心球。锆刚玉耐高温空心球中Al2O3质量百分含量为99. 9%，ZrO2的质量百分含量为 0. 1%，，产品可作为高强轻质浇注料和轻质砖骨料。实施例8原料配比采用质量百分含量，其中高纯氢氧化铝Al (OH)3的质量百分含量大于 99. 99% ]93. 23%和高纯单斜氧化锆Ζι 2的质量百分含量大于99. 99%]6. 77%;将原料配合好后在球磨机中混合1. 9小时；将配合料投入直流电弧炉内，调整电流和电压在
熔炼至熔融，精炼10分钟；熔炼结束，倾炉喷吹；将球筛分得到0. 2 5mm的锆刚玉耐高温空心球。锆刚玉耐高温空心球中Al2O3质量百分含量为90. 0%，ZrO2的质量百分含量为 10.0%，，产品可作为高强轻质浇注料和轻质砖骨料。
上述实施例仅仅是为清楚的说明所作的举例，并非对实施方式所作的限定。对于所属技术领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，在此无法对所有的实施方式予以一一举例，而由此所引延伸的显而易见的变化或改动仍在本发明创造的保护范围之内。
权利要求
1.一种锆刚玉空心球，其特征在于所述锆刚玉空心球中含々1203和&02，其中，Al2O3 质量百分含量为90 99.9%，ZrO2质量百分含量为0. 1 10%。
2.一种如权利要求1所述的锆刚玉空心球的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤如下1)将含铝物质和含锆物质按比例混合均勻，或将含铝物质、含锆物质和添加剂按配比要求混勻，得到配合料；2)将配合料投入三相或直流电弧炉内，调整电流和电压，在2200 熔炼直至熔融，精炼10 80分钟，使熔体中Α1203+^ 2质量百分含量不小于90% ；3)熔炼结束，倾炉喷吹；4)将球筛分得到0.2 5mm的锆刚玉空心球。
3.如权利要求2所述的锆刚玉空心球的制备方法，其特征在于所述的含铝物质为工业氧化铝、氢氧化铝、高铝矾土或铝渣的一种或一种以上的任意组合。
4.如权利要求2所述的锆刚玉空心球的制备方法，其特征在于所述的含锆物质为锆英石或单斜氧化锆。
5.如权利要求2所述的锆刚玉空心球的制备方法，其特征在于所述的添加剂为碳素材料，作为脱硅材料，用量为配合料中SiA摩尔数的1. 2 4倍。
6.如权利要求2所述的锆刚玉空心球的制备方法，其特征在于所述的添加剂为碳素材料和含铁成分物质的混合物，碳素材料用量为配合料中SiA摩尔数的0. 8 3倍，含铁成分物质中铁摩尔含量为配合料中SiA摩尔数的2 5倍。
7.如权利要求5或6所述的锆刚玉空心球的制备方法，其特征在于所述的碳素材料为石墨、石油焦、煅后焦、煤、焦炭、浙青或木炭中的一种或一种以上的任意组合。
8.如权利要求6所述的锆刚玉空心球的制备方法，其特征在于所述的含铁成分物质为铁屑、铁矿石、铁红、氧化铁黑、废铁或废钢中的一种或一种以上的任意组合。
全文摘要
一种锆刚玉空心球，所述锆刚玉空心球中含Al2O3和ZrO2，其中，Al2O3质量百分含量为90～99.9％，ZrO2质量百分含量为0.1～10％。以各种含铝物质、含锆物质为主要原料，同时引入添加剂来调整熔体组份和粘度，在三相交流电弧矿热炉或直流电弧矿热炉中熔炼，倾倒熔体，用空气进行喷吹，然后经过筛分得到0.2～5mm的锆刚玉空心球。本发明提供能够同时兼顾低成本、耐磨性和抗侵蚀能力以及抗热震性、具有良好适用性的锆刚玉空心球及其制备方法。
文档编号C04B35/66GK102295463SQ20111015586
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月10日 优先权日2011年5月31日
发明者王家邦 申请人:浙江大学