专利名称：一种有钛酸铝涂层的耐火材料颗粒及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种耐火材料颗粒及其制备方法，尤其是涉及一种有钛酸铝涂层的耐火材料颗粒及制备方法。
背景技术：
随着我国对有色金属需求的迅猛增长，有色冶炼厂不断采用新工艺和新技术，使有色冶金炉的大型化和高效化以适应时代要求，这就使得耐火材料的使用条件愈来愈苛刻，对耐火材料提出了许多新的要求，耐火材料的选用已成为生产中的一个关键环节之一， 有色冶金窑炉中金属液接触部位均采用致密高质量耐火材料。以铝冶金为例，熔铝炉采用常用的致密高铝矾土、电熔氧化铝、烧结氧化铝等原材料，外加碳化硅、钛酸铝、氟化钙、硫酸钡等防渗剂，不但成本高昂，而且导热系数高，热量损失严重；若采用轻质原料和低成本高硅原料则易出现渗铝或与铝熔液反应，性能难以满足生产所需。若这些原料表面涂敷一层抗铝溶液渗透或反应的钛酸铝，就能很好地解决这些问题。此外在有色冶金中轻引入质骨料作为炉料，可大幅度降低制品导热系数，减少能耗， 有利于贯彻执行国家节能减排重大战略，并能大幅度提高制品热震性能，延长使用寿命，降低使用成本。轻质骨料表面形成一层钛酸铝还可大幅度提高其耐压强度，以氧化铝空心球为例，经在表面形成钛酸铝后，其强度为原来的三倍以上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有钛酸铝涂层的耐火材料颗粒及制备方法，利用现有耐火材料颗粒作为原材料，使耐火材料颗粒表面有一层具备不粘铝特性的钛酸铝的方法。为达到上述目的，本发明采用的技术方案的步骤如下一、一种耐火材料颗粒在耐火材料颗粒表面覆盖有一层钛酸铝；质量分数为 O. 05 50%的钛酸铝。所述的耐火材料颗粒为致密耐火材料颗粒或轻质耐火材料颗粒，耐火材料颗粒尺寸为I微米 15厘米。所述的致密耐火材料颗粒为硅石、熔融石英、蜡石、焦宝石、黏土熟料、高铝矾土、 烧结刚玉、电熔刚玉、尖晶石，烧结镁砂、电熔镁砂、镁橄榄石、镁白云石、蛇纹石、硅线石，玄武岩、铁渣、铬铁渣或钢渣。所述的轻质耐火材料颗粒为氧化铝空心球、刚玉空心球、镁铝尖晶石空心球、铝钙空心球、漂珠或膨胀蛭石。二一种耐火材料颗粒的制备方法，该方法的步骤如下(I)配料:采购市售或制备钛铝复合溶胶、钛溶胶和钛酸铝粉体浆料备用；成分指标要求如下A钛铝复合溶胶:Ti4+浓度为O. 2 O. 3mol/L，Al3+浓度为O. 2 O. 3mol/L的钛铝复合溶胶；溶胶中加入摩尔分数为I. 6 6%的Mg2+为稳定剂；或加入摩尔分数为3 5% 的Mg2+和摩尔分数为O. 4 O. 8%的Ce4+为稳定剂；或只加入摩尔分数为I. 6 3. 3%的 Fe3+为稳定剂；B钛溶胶Ti4+浓度为O. 2 O. 3mol/L的溶胶，溶胶中加入摩尔分数为3. 7 13% 的Mg2+为稳定剂；或加入摩尔分数为7 10%的Mg2+和摩尔分数为O. 9 I. 7%的Ce4+为稳定剂；或加入摩尔分数为3. 8 7%的Fe3+作为稳定剂；C钛酸铝粉体浆料组成为质量分数为40 50%的Al2O3和50 60%的TiO2 ;其中加入质量分数为I 4% MgO为稳定剂；或加入质量分数为I 4%的MgO和质量分数为 I 3%的CeO2混合物为稳定剂；或加入质量分数为3 8% Fe2O3为稳定剂；或加入质量分数为O. 5 2%的ZrO2为稳定剂；(2)表面涂敷，有以下二种方法2. I将耐火材料颗粒浸泡在钛铝复合溶胶或钛溶胶或钛酸铝粉体浆料中，浸泡过程中不断搅拌，浸泡时间为O. 5 60min,取出后烘干；2. 2将钛铝复合溶胶或钛溶胶或钛酸铝粉体浆料喷涂在耐火材料颗粒表面直至完全湿润，烘干即可；⑶热处理将浸泡或喷涂好钛铝复合溶胶，钛溶胶和钛酸铝粉体浆料的耐火材料颗粒置于 1250 1450°C的热处理炉中保温I 4小时，随炉降温，完成制备。所述的耐火材料颗粒为致密耐火材料颗粒或轻质耐火材料颗粒，耐火材料颗粒尺寸为I微米 15厘米。所述的致密耐火材料颗粒为硅石、熔融石英、蜡石、焦宝石、黏土熟料、高铝矾土、 烧结刚玉、电熔刚玉、烧结镁砂、电熔镁砂、镁橄榄石、蛇纹石、铁渣或钢渣。所述的轻质耐火材料颗粒为氧化铝空心球、刚玉空心球、镁铝尖晶石空心球、铝钙空心球、漂珠、陶粒、珍珠岩或膨胀蛭石。本发明具有的有益效果是采用浸泡或喷涂钛溶胶，钛铝复合溶胶，钛酸铝粉体浆料的方法对耐火材料颗粒进行表面改性后，钛溶胶，钛铝复合溶胶和钛酸铝粉体浆料能附着在耐火材料颗粒的表面， 并进入缝隙，裂纹和孔洞中，干燥后钛溶胶，钛铝复合溶胶，钛酸铝粉体浆料分布在耐火材料颗粒表面，缝隙和晶粒之间。在受热的条件下，钛胶与氧化铝质耐火材料颗粒基体生成钛酸铝；钛铝复合溶胶直接在耐火材料颗粒生成钛酸铝；钛酸铝体浆料则直接烧结在耐火材料颗粒表面。由于钛酸铝有对铝液不浸润特性，因而经过处理的耐火材料颗粒不浸润铝液。 而钛溶胶，钛铝复合溶胶，钛酸铝粉体浆料进入表耐火材料颗粒裂纹和孔洞之中，高温烧结后生成钛酸铝能修补裂纹和孔洞，从而提高耐火材料颗粒的耐压强度。说明书附I是不定型耐火材料颗粒均匀分布图。图2是不定型耐火材料颗粒局部剖视图。图3是球形耐火材料颗粒剖视图。图中1、不定型耐火材料颗粒，2、耐火材料基体，3、不定型耐火材料钛酸铝涂层，
4、球形耐火材料基体，5、球形耐火材料钛酸铝涂层
具体实施例方式实施例I (钛溶胶)先配好钛溶胶Ti4+浓度为O. 2 O. 3mol/L的溶胶，溶胶中加入摩尔分数为3. 7 13%的Mg2+为稳定剂；或加入摩尔分数为7 10%的Mg2+和摩尔分数为O. 9 I. 7%的Ce4+ 为稳定剂；或加入摩尔分数为3. 8 7%的Fe3+作为稳定剂。然后把需在表面形成钛酸铝涂层的耐火材料颗粒放入溶胶中浸泡O. 5 60分钟之后烘干或将溶胶喷涂在需在表面形成钛酸铝涂层的耐火材料颗粒表面至湿润后烘干，然后将处理后的耐火材料颗粒放入高温炉中热处理，热处理温度为1250 1450°C，保温时间I 4小时，得到表面有钛酸铝涂层的耐火材料颗粒，由于钛酸铝具备不沾铝特性，所以处理后的耐火材料具备不沾铝特性。具体实施方案见表I。未处理前的不定型耐火材料颗粒分布如
图1，其中I是高铝矾土、烧结刚玉、电熔刚玉。用该方法所得表面有一层氟化钙的形状不规则的耐火材料颗粒其局部剖视图如图2，其中2是高铝矾土、烧结刚玉、电熔刚玉，3是钛酸铝层；用该方法所得表面有一层钛酸铝的球形耐火材料颗粒其局部剖视图如图3，其中3是钛酸铝层，4是氧化铝空心球、刚玉空心球、镁铝尖晶石空心球、铝钙空心球或漂珠基体。表I钛溶胶改性耐火材料颗粒在不同温度下处理
修饰原料钛溶胶Ti4+浓度(mol/L)0.20.250.30.20.250.3稳定剂含量(摩尔百分数，％)Mg2' 13Mg2' 10 Ce4十，0.9Fe3' 3.8Mg2+，3.7Mg2' 7 Ce4 十，1.7Fe3' 7涂敷方式浸泡喷涂浸泡时间(min)300.560喷涂要求表面完全润湿热处理温度(°C)145013501250145013501250保温时间(h)I34I34钛酸铝质量百分含童(％)烧结刚玉0.060.071.30.050.081.02局韦吕研j 土1.61.82.01.51.92.1电熔刚玉0.080.100.120.070.110.13氧化铝空心球2.53.03.32.33.13.5刚玉空心球2.63.13.42.53.23.7镁铝尖晶石空心球2.83.03.22.73.13.5实施例2 (钛铝复合溶胶)先配好钛铝复合溶胶Ti4+浓度为O. 2 O. 3mol/L，Al3+浓度为O. 2 O. 3mol/L的钛招复合溶胶；溶胶中加入摩尔分数为I. 6 6%的Mg2+为稳定剂；或加入摩尔分数为3 5%的Mg2+和摩尔分数为O. 4 O. 8%的Ce4+为稳定剂；或只加入摩尔分数为I. 6 3. 3% 的Fe3+为稳定剂。将需在表面形成钛酸铝涂层的耐火材料颗粒料放入溶胶中浸泡O. 5 60min或将溶胶喷涂在需在表面形成钛酸铝涂层耐火材料颗粒表面至表面湿润后烘干，然后放入高温炉中热处理，热处理温度为1250 1450°C，保温时间I 4小时，得到表面有钛酸铝涂层的耐火材料颗粒，具体实施方案及效果见表2。未处理前的不定型耐火材料颗粒分布如图1，其中I硅石、熔融石英、蜡石、焦宝石、黏土熟料、高铝矾土、烧结刚玉、电熔刚玉、尖晶石、烧结镁砂、电熔镁砂、镁橄榄石、镁白云石、蛇纹石、硅线石、玄武岩、铁渣、钢渣、 铬铁渣或膨胀蛭石。用该方法所得表面有一层钛酸铝的形状不规则的耐火材料颗粒其局部剖视图如图2，其中2是硅石、熔融石英、蜡石、焦宝石、黏土熟料、高铝矾土、烧结刚玉、电熔刚玉、尖晶石、烧结镁砂、电熔镁砂、镁橄榄石、镁白云石、蛇纹石、硅线石、玄武岩、铁渣、钢渣、铬铁渣或膨胀蛭石基体，3是钛酸铝层；用该方法所得表面有一层氟化钙的球形耐火材料颗粒其局部剖视图如图3，其中3是钛酸铝层，4是氧化铝空心球、刚玉空心球、镁铝尖晶石空心球、铝钙空心球或漂珠基体。表2钛铝复合溶胶改性耐火材料颗粒在不同温度下处理
权利要求
1.一种耐火材料颗粒，其特征在于在耐火材料颗粒表面覆盖有一层钛酸铝；质量分数为O. 05 50%的钛酸铝。
2.如权利要求I所述的一种耐火材料颗粒，其特征在于所述的耐火材料颗粒为致密耐火材料颗粒或轻质耐火材料颗粒，耐火材料颗粒尺寸为I微米 15厘米。
3.如权利要求2所述的一种耐火材料颗粒，其特征在于所述的致密耐火材料颗粒为硅石、熔融石英、蜡石、焦宝石、黏土熟料、高铝矾土、烧结刚玉、电熔刚玉、尖晶石，烧结镁砂、电熔镁砂、镁橄榄石、镁白云石、蛇纹石、硅线石，玄武岩、铁渣、铬铁渣或钢渣。
4.如权利要求2所述的一种耐火材料颗粒，其特征在于所述的轻质耐火材料颗粒为氧化铝空心球、刚玉空心球、镁铝尖晶石空心球、铝钙空心球、漂珠或膨胀蛭石。
5.如权利要求所述的一种耐火材料颗粒的制备方法，其特征在于该方法的步骤如下(I)配料采购市售或制备钛铝复合溶胶、钛溶胶和钛酸铝粉体浆料备用；成分指标要求如下A钛铝复合溶胶Ti4+浓度为O. 2^0. 3mol/L, Al3+浓度为O. 2 O. 3mol/L的钛铝复合溶胶；溶胶中加入摩尔分数为I. 6 6%的Mg2+为稳定剂；或加入摩尔分数为3 5%的 Mg2+和摩尔分数为O. 4 O. 8%的Ce4+为稳定剂；或只加入摩尔分数为I. 6 3. 3%的Fe3+ 为稳定剂；B钛溶胶Ti4+浓度为O. 2 O. 3mol/L的溶胶，溶胶中加入摩尔分数为3. 7 13%的 Mg2+为稳定剂；或加入摩尔分数为7 10%的Mg2+和摩尔分数为O. 9 I. 7%的Ce4+为稳定剂；或加入摩尔分数为3. 8 7%的Fe3+作为稳定剂；C钛酸铝粉体浆料组成为质量分数为40 50%的Al2O3和50 60%的TiO2 ;其中加入质量分数为I 4%MgO为稳定剂；或加入质量分数为I 4%的MgO和质量分数为I 3%的CeO2混合物为稳定剂；或加入质量分数为3 8% Fe2O3为稳定剂；或加入质量分数为O.5 2%的ZrO2为稳定剂；(2)表面涂敷，有以下二种方法2. I将耐火材料颗粒浸泡在钛铝复合溶胶或钛溶胶或钛酸铝粉体浆料中，浸泡过程中不断搅拌，浸泡时间为O. 5飞Omin，取出后烘干；2.2将钛铝复合溶胶或钛溶胶或钛酸铝粉体浆料喷涂在耐火材料颗粒表面直至完全湿润，烘干即可；(3)热处理将浸泡或喷涂好钛铝复合溶胶，钛溶胶和钛酸铝粉体浆料的耐火材料颗粒置于 1250 1450°C的热处理炉中保温I 4小时，随炉降温，完成制备。
6.如权利要求5所述的一种耐火材料颗粒的制备方法，其特征在于耐火材料颗粒为致密耐火材料颗粒或轻质耐火材料颗粒，耐火材料颗粒尺寸为I微米 15厘米。
7.如权利要求6所述的一种耐火材料颗粒的制备方法，其特征在于所述的致密耐火材料颗粒为硅石、熔融石英、蜡石、焦宝石、黏土熟料、高铝矾土、烧结刚玉、电熔刚玉、烧结镁砂、电熔镁砂、镁橄榄石、蛇纹石、铁渣或钢渣。
8.如权利要求6所述的一种耐火材料颗粒的制备方法，其特征在于所述的轻质耐火材料颗粒为氧化铝空心球、刚玉空心球、镁铝尖晶石空心球、铝钙空心球、漂珠、陶粒、珍珠岩或膨胀蛭石。
全文摘要
本发明公开了一种耐火材料颗粒及其制备方法，通过制备钛溶胶，钛铝复合溶胶，钛酸铝粉体浆料后，对耐火材料颗粒进行表面涂敷和热处理，使耐火材料颗粒表面覆盖有一层钛酸铝，由于钛酸铝有对铝不浸润特性，因而经过处理的耐火材料颗粒对铝不浸润。而钛溶胶，钛铝复合溶胶，钛酸铝粉体浆料进入耐火材料颗粒裂纹和孔洞之中，高温烧结后能修补裂纹和孔洞，从而提高耐火材料颗粒的耐压强度。
文档编号C04B35/66GK102584269SQ20121000713
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者王家邦 申请人:浙江大学