高强耐磨衬砖的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种可用于大型回转窑的高强耐磨衬砖的制造方法，包括以下步骤：1)首先根据粘接强度情况采用敲击或切割方法去除铁，然后采用筒辊式磁选机三级除铁；2)根据含量与颗粒配比配料，混合均匀；3)出料、困料，再送入压力机进行成型；4)在200±10℃下干燥40h，残余水份≤1%；5)在高温隧道窑1350～1400度下烧成。作为固体垃圾的废弃滑板，其成份中Al2O3含量高达70%以上，经过处理的二次颗粒完全可以作为大型回转窑用高强耐磨衬砖的原料，替代部分高铝钒土，达到降低成本，减少废弃物对环境污染双重目的。
【专利说明】高强耐磨衬砖的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种大型回转窑用高强耐磨衬砖的制造方法，属于耐火材料【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着我国水泥工业的飞速发展，特别是近几年环保和节能减排口号的提出，水泥回转窑过渡带对耐火材料热震稳定性、耐磨性、抗剥落性、抗机械应力、抗化学侵蚀的要求越来越高。过渡带是窑衬最易损坏的部位，该部位温度较高并且温度变化频繁，热应力较大，特别是大型窑，窑转速的加快，料流量的加大，以及碱、硫对砖的侵蚀，使该处的耐火材料破坏力较强，为此，制备性能优异、适应过渡带工艺特性的大型回转窑用高强耐磨衬砖势在必行。
[0003]目前市场上的硅莫砖是以莫来石(3A1203.2Si02)和碳化硅(SiC)为主要矿物组成的烧成砖。其特点是既有莫来石的抗高温性能又具备碳化硅的耐磨耐腐蚀、导热性能好等优点。水泥回转窑中，与烧成 带相比，过渡带由于没有窑皮保护，容易受到气氛和热负荷等的影响，其使用寿命一直是水泥回转窑的瓶颈问题。因此一些水泥厂在过渡带采用镁铝尖晶石制品。根据大型水泥回转窑过渡带用镁铝尖晶石砖使用情况，前过渡带用镁铝尖晶石砖基本无侵蚀，可是由于碱沉积在开口气孔中，使结构致密化，造成同一块砖形成不同段带，而使砖热面剥落和产生裂隙，造成内衬损毁。
[0004]申请号为99102447.8的中国发明专利，公开了一种熔铸氧化铝_氧化锆_ 二氧化硅耐火材料，它基本上由刚玉晶体、二氧化锆矿晶体和玻璃基质相，其化学组成包括(a)30 ~70wt% Al2O3, (b) 20 ~59wt%Zr02, (c) 5 ~12wt%Si02, (d) 0.15 ~0.60wt%Na20, (e)
O~0.50wt%K20, (f) O ~0.40wt%Li20, (g) 0.05 ~0.80wt%B203 (h) 0.05 ~0.80wt%P205,
(i)总量为0.05~0.50%的选自Sn02、Zn0、Cu0和MnO2中的至少一种组分。该专利技术同其他现有技术一样，难以解决上述问题。
【发明内容】
[0005]本发明要解决上述技术问题，从而提供一种高强耐磨衬砖的制造方法。
[0006]本发明解决上述问题的技术方案如下:
高强耐磨衬砖的制造方法，包括以下步骤:
(I)配料:
高铝矾土熟料32~47质量份
废弃滑板二次颗粒24~27质量份
氧化娃微粉4~6质量份
a -Al2O3微粉2~4质量份
碳化娃粉末9~12质量份
错英砂I~8质量份高岭土6~12质量份
(2)混料;
(3)出料、困料，再送入压力机成型；
(4)在200± I (TC下干燥，残余水份≤lwt% ；
(5)在1350~1400°C下烧成。
[0007]本发明上述技术方案中，a-Al2O3微粉具有耐火度高、高温体积稳定性好、耐磨性强、对酸性和碱性炉料的化学侵蚀都有较强的低抗力等优点，是一种主要的耐火材料。微粉的使用增强了材料的密集堆积程度和烧结性，从而可以显著提高耐火材料的物理性能和抵抗化学侵蚀能力。
[0008]然而Al2O3的生产工艺十分复杂，氧化铝还需通过添加结晶促进剂经特殊的煅烧制成活性α -Al2O3,最后经超细磨制得a -Al2O3微粉，这样a -Al2O3微粉的价格十分昂贵，因此a -Al2O3微粉添加，显著增加了成本，从而添加的有效效果在多数情况下被抵销，耐火材料的性价比和竞争力提高不多。
[0009]另外一些工厂利用矾土熟料生产的325目(45um)的细粉，用于制造高铝质耐火材料。但存在三个问题:①矾土熟料未经过精心选择，产品常常不能满足优质矾土的要求二级矾土熟料经1600°C左右的高温烧成，a -Al2O3已发育成数十个微米的大小的晶粒，材料既无活性，磨细时电耗又高；③产品的细度不够，不能有效的发挥其有益作用。
[0010]精心选择矾土是制得优质微粉的先决条件。矾土和氧化铝的质量差异在于前者含有少量杂质。选择了优质矾土就减少了产品与高纯α-Α1203的差别，在更多情况下，低价格材料就可以表现出其优越性。发育不完善的晶粒含有的缺陷多；小晶粒疏松聚集体的易磨性比大晶粒致密烧结体好的多。根据矾土生料的煅烧特性，制定合适烧成制度就可以控制a -Al2O3晶粒的尺寸，获得高活性和易磨的原料。最后，原料必须经超细粉磨制成微粉，以起到提高材料成型性能、致密度、室温强度、高温物理性能和抗侵蚀性的作用。
[0011]因此，我们避免先对矾土提纯，然后花费很大代价获得的C1-Al2O3掺入低纯度高铝质材料的不合理过程，以及先过度烧结使材料丧失活性和易磨性再进行磨细的不合理过程，意图直接利用矾土和合理工艺烧制和粉磨制成Q-Al2O3微粉。产品的煅烧温度为1000-1400°C。如煅烧温度〈1000°C，材料的需水量过大，如煅烧温度>1400°C，刚玉晶粒过度成长，不利于产品的活性和粉磨。由于氧化铝微粉有一定的水化能力，宜采用振动磨、气流磨和高速机械冲击式等干式超细粉碎设备进行粉磨。
[0012]与现有硅莫砖比，项目成份中增加氧化锆粉体，主要是基于技术因素:
氧化锆具有抗热震性强、耐高温、化学稳定性好、材料复合性突出等特点。将氧化锆与其他材料复合，可以极大地提高材料的性能参数，提高其断裂韧性、抗弯强度等。添加氧化锆粉体烧结成的陶瓷由于其相变增韧的良好性能已成为主要的结构陶瓷之一。
[0013]应力诱导相变增韧是利用应力诱导四方氧化锆马氏体相变来改变陶瓷材料的韧性。氧化锆在室温下为单斜晶系，当温度达到1170°C时，由单斜晶系转化为亚稳态的四方晶型，在应力作用下，亚稳态的四方晶型氧化锆可诱发相变重新转化为单斜晶型。在高温烧结时，氧化锆颗粒以四方相存在，而烧结致密后冷却时，四方相氧化锆颗粒就要转变为单斜相颗粒。但这时周围的致密陶瓷基体束缚它的膨胀，因而相变也受到限制。在室温时，氧化锆颗粒仍以四方相存在，它有一种力图膨胀而变成单斜相的自发倾向，在许多陶瓷基体中，分散了这种亚稳定的氧化锆颗粒，会使陶瓷的韧性有极大的提高，这时因为四方相氧化锆颗粒是处在压应力状态，基体沿颗粒连线也是受到应力的。当外力作用时，陶瓷的内应力可使四方相的氧化锆粒子解除约束，发生四方相转变成单斜相的马氏体转变，引起体积膨胀。而相变颗粒的剪切应力和体积膨胀对基体产生压应变，使裂纹停止延伸，以致需要更大的能量才使主裂纹扩展。即在裂纹尖端应力场的作用下，氧化锆粒子发生四方相一单斜相的相变而吸收了能量，外力做了功，从而提高了断裂韧性。
[0014]由于硅莫砖热膨胀系数偏大，产品抗热震性会有所降低。通过对添加氧化锆的试验研究，我们发现:加入氧化锆的样品在烧成过程中，氧化锆会起到晶间定扎作用，阻碍晶粒过分生长，以实现材料基质显微结构的细微化，增加材料的断裂能提高材料的断裂韧性，同时添加少量的氧化锆，可在高温烧制中，ZrO2晶型转化中产生的微膨胀在刚玉、莫来石晶体间产生微裂纹，能消除热应力，从而提高制品的抗热震稳定性，使用中不易产生剥落和掉片，还能提闻抗侵蚀能力，从而进一步提闻使用寿命。
[0015]关键技术及解决的关键问题:
①对废滑板粉体除铁处理技术。
[0016]首先我们根据粘接 强度情况采用敲击或切割方法去除，以降低了二次颗粒料的夹带铁渣等含铁量。
[0017]其次通过筒辊式磁选机，采用三级除铁，一级永磁滚筒除去97-98%游离铁、机械铁，二级磁辊和三级磁辊磁性依次递增，将物料中的FeO、Fe2O3、铁锰等磁性杂质分级除去，并根据要求增加磁辊数量以达到更好的效果，使二次颗粒铁含量小于0.5 %
②降低α-Al2O3微粉制造成本。
[0018]a -Al2O3微粉具有耐火度高、高温体积稳定性好、耐磨性强、对酸性和碱性炉料的化学侵蚀都有较强的低抗力等优点，是一种主要的耐火材料。微粉的使用增强了材料的密集堆积程度和烧结性，从而可以显著提高耐火材料的物理性能和抵抗化学侵蚀能力。
[0019]目前C1-Al2O3微粉的价格十分昂贵，因此C1-Al2O3微粉添加，显著增加了成本，从而添加的有效效果在多数情况下被抵销，耐火材料的性价比和竞争力提高不多，降低a -Al2O3微粉制造成本是需解决的关键技术之一。
[0020]通过直接利用矾土生料，经过低温烧结和超细粉磨工艺制得活性a -Al2O微粉，从而生产出一种质优价廉的新型耐火原料，并通过在项目产品生产中添加2-4%百分比，提高材料的物理性能和抵抗化学侵蚀能力。
[0021 ] ③粉体材料团聚的问题:
由于粉体材料极易团聚，加入数量又少，不易均匀分散。要使颗粒分散，就必须增强颗粒间的排斥作用能，需要在增大颗粒表面电位的绝对值、在颗粒表面形成聚合物吸附层、增强颗粒表面对分散介质的润湿性进行研究，选择合适的分散剂与表面活性剂是关键，另外加入形态与方法也是重点研究内容。
[0022]④废弃滑板、ZrO2粉体、高铝熟料、硅微粉和a-Al203的含量配比及颗粒级配，废弃滑板占整体原料的24~27%。
[0023]二次莫来石化效应是由碳化硅氧化产生的SiO2与Al2O3反应产生。碳化硅反应得到的SiO2, —部分沉积在颗粒表面形成保护膜，防止其进一步氧化，另一部分填充和封闭气孔，使结构致密。但如果SiC大量氧化，将使砖氧化层加厚，内部结构变得疏松。[0024]研究表明，Al203、Si02合适摩尔比不仅有利于提高合成材料中莫来石相的含量，也有利于莫来石晶体结构的进一步完善。
[0025]另外制砖原料颗粒堆积密度也很重要。颗粒堆积紧密，气孔少且小，渗入的气体少，也能减轻氧化，同时能得到结构致密、强度高的制品。
[0026]作为上述技术方案的优选，所述高铝矾土熟料具体由以下成分组成，
3mm ≤ d < 5高铝矾土熟料8~18质量份
Imm ≤ d < 3mm高招帆土熟料10~12质量份
0.88mm ≤ d < Imm高招帆土熟料4~5质量份
d < 0.1mm高铝矾土熟料10~12质量份
所述废弃滑板二次颗粒具体由以下成分组成，
Imm≤d≤3mm废弃滑板二次颗粒20~22质量份
0.1mm ≤ d < Imm废弃滑板二次颗粒4~5质量份。
[0027]作为上述技术方案的优选，所述氧化娃微粉d < 0.088mm,所述a-Al2O3微粉d < 0.044mm,所述碳化娃微粉d < 0.088mm,所述错英砂d < 0.088mm,所述高岭土 d
<0.074mm。
[0028]作为上述技术方案的优选，所述CiAl2O3微粉是直接利用矾土生料，经过1000~1400°C的低温烧结和超细粉磨工艺制得的活性α-Α1203微粉；所述超细粉碎是采用振动磨、气流磨或高速机械冲击式的干式超细粉碎设备进行的粉磨。
[0029]作为上述技术方案的优选，所述氧化锆用量为6质量份。
[0030]作为上述技术方案的优选，所述高强耐磨衬砖参数指标如下，
体积密度(g/cm3)2.65~2.70
显气孔率％≤ 18%
耐压强度(MPa)≥100
0、2 MPa荷重软化开始温度/°C ≥1680 抗热震性1100°c水冷/次≥20 常温耐磨性/cm3 ≤5。
[0031]作为上述技术方案的优选，所述废弃滑板二次颗粒采用了除铁工艺，包括以下步骤:
首先根据粘接强度情况采用敲击或切割方法去除，以降低废弃滑板二次颗粒料的夹带铁禮:等含铁量；
其次通过筒辊式磁选机，采用三级除铁，一级永磁滚筒除去97~98wt%游离铁、机械铁，二级磁辊和三级磁辊磁性依次递增，将物料中的Fe0、Fe203、将物料中的Fe0、Fe203、以及其他含铁锰的磁性杂质分级除去，并根据要求增加磁辊数量以达到更好的效果，使所述废弃滑板二次颗粒铁含量小于0.5wt%。
[0032]本发明具有以下有益效果:
1、作为固体垃圾的废弃滑板，其成份中Al2O3含量高达70%以上，经过处理的二次颗粒完全可以作为大型回转窑用高强耐磨衬砖的原料，替代部分高铝钒土，达到降低成本，减少废弃物对环境污染双重目的；
2、通过低成本矾土基a- Al2O3微粉生产工艺，制得的a - Al2O3微粉具有价格低、活性高、耐火性好等特点，添加后提高了项目产品的性能，特别是解决了现有a - Al2O3微粉生产成本高,经济性差的弊病。
【具体实施方式】
[0033]本【具体实施方式】仅仅是对本发明的解释，并不是对本发明的限制。本领域技术人员在阅读了本发明的说明书之后所作出的任何修改，只要在权利要求的保护范围内，都将受到专利法的保护。
[0034]实施例一
高强耐磨衬砖的制造方法，其参数指标如下:
参数指标如下，
体积密度(g/cm3)2.65~2.70
显气孔率％( 18%
耐压强度(MPa)^ 100
0.2 MPa荷重软化开始温度/°C ≥1680 抗热震性1100°c水冷/次>20
常温耐磨性/cm3( 5，
由以下方法制成:
(1)配料:
3mm ^ d < 5高铝矾土熟料8质量份
Imm ^ d < 3mm高招帆土熟料10质量份
0.88mm ^ d < Imm高招帆土熟料4质量份
d < 0.1mm高铝矾土熟料10质量份
Imm ^ d ^ 3mm废弃滑板二次颗粒20质量份
0.1mm < d < Imm废弃滑板二次颗粒4质量份
d < 0.088mm氧化硅微粉4质量份
d < 0.044mm a -Al2O3 微粉2 质量份
d < 0.088mm碳化硅微粉9质量份
d < 0.088锆英砂I质量份
d < 0.074高岭土6质量份
(2)混料;
(3)出料、困料，再送入压力机成型；
(4)在200± I (TC下干燥，残余水份≤lwt% ；
(5)在1350~1400°C下烧成。
[0035]所述a -Al2O3微粉是直接利用矾土生料，经过1000~1400°C的低温烧结和超细粉磨工艺制得的活性Ct-Al2O3微粉；所述超细粉碎是采用振动磨、气流磨或高速机械冲击式的干式超细粉碎设备进行的粉磨。
[0036]所述废弃滑板二次颗粒采用了除铁工艺，包括以下步骤:
首先根据粘接强度情况采用敲击或切割方法去除，以降低废弃滑板二次颗粒料的夹带铁渣等含铁量；其次通过筒辊式磁选机，采用三级除铁，一级永磁滚筒除去97~98wt%游离铁、机械铁，二级磁辊和三级磁辊磁性依次递增，将物料中的Fe0、Fe203、以及其他含铁锰的磁性杂质分级除去，并根据要求增加磁辊数量以达到更好的效果，使所述废弃滑板二次颗粒铁含量小于 0.5wt%。
[0037]实施例二
高强耐磨衬砖的制造方法，其参数指标如下:
【权利要求】
1.高强耐磨衬砖的制造方法，包括以下步骤: (1)配料: 高铝矾土熟料32~47质量份 废弃滑板二次颗粒24~27质量份 氧化娃微粉4~6质量份 a -Al2O3微粉2~4质量份 碳化娃粉末9~12质量份错英砂1~8质量份 高岭土6~12质量份 (2)混料; (3)出料、困料，再送入压力机成型； (4)在200± 1 (TC下干燥，残余水份≤lwt% ； (5)在1350~1400°C下烧成。
2.根据权利要求1所述的高强耐磨衬砖的制造方法，其特征在于: 所述高铝矾土熟料具体由以下成分组成，. 3mm ^ d < 5高铝矾土熟料8~18质量份 . 1mm ^ d < 3mm高招帆土熟料10~12质量份 . 0.88mm ^ d < Imm高招帆土熟料4~5质量份 d < 0.1mm高铝矾土熟料10~12质量份 所述废弃滑板二次颗粒具体由以下成分组成， .1mm≤d≤3mm废弃滑板二次颗粒20~22质量份 . 0.1mm ^ d < Imm废弃滑板二次颗粒4~5质量份。
3.根据权利要求2所述的高强耐磨衬砖的制造方法，其特征在于:所述氧化硅微粉d<0.088mm,所述a -Al2O3微粉d < 0.044mm,所述碳化娃微粉d < 0.088mm,所述错英砂d<0.088mm,所述高岭土 d < 0.074mm。
4.根据权利要求3所述的高强耐磨衬砖的制造方法，其特征在于:所述C1-Al2O3微粉是直接利用矾土生料，经过1000~1400°C的低温烧结和超细粉磨工艺制得的活性a -Al2O3微粉；所述超细粉碎是采用振动磨、气流磨或高速机械冲击式的干式超细粉碎设备进行的粉磨。
5.根据权利要求3所述的高强耐磨衬砖的制造方法，其特征在于:所述氧化锆用量为6质量份。
6.根据权利要求5所述的高强耐磨衬砖的制造方法，其特征在于:所述高强耐磨衬砖参数指标如下， 体积密度(g/cm3)2.65~2.70 显气孔率％≤18% 耐压强度(MPa)≥ 100 . 0.2 MPa荷重软化开始温度/°C ≤1680 抗热震性1100°c水冷/次≥20 常温耐磨性/cm3≤5。
7.根据权利要求3所述的高强耐磨衬砖的制造方法，其特征在于，所述废弃滑板二次颗粒采用了除铁工艺，包括以下步骤: 首先根据粘接强度情况采用敲击或切割方法去除，以降低废弃滑板二次颗粒料的夹带铁禮:等含铁量； 其次通过筒辊式磁选机，采用三级除铁，一级永磁滚筒除去97~98wt%游离铁、机械铁，二级磁辊和三级磁辊磁性依次递增，将物料中的Fe0、Fe203、以及其他含铁锰的磁性杂质分级除去，并根据要求增加磁辊数量以达到更好的效果，使所述废弃滑板二次颗粒铁含量小于 0.5wt%。
【文档编号】C04B35/66GK103951451SQ201410186341
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月6日 优先权日:2014年5月6日
【发明者】范圣良 申请人:浙江华耐科技有限公司