本发明属于尖晶石质耐火材料技术领域。具体涉及一种水泥窑用尖晶石质耐火材料及其制备方法。
背景技术：
镁铝尖晶石因具有熔点高、硬度大、抗热震性和抗渣侵蚀性优良的特点，因而被广泛用于耐火材料行业。近年来，人们认识到Cr6+的危害，考虑将尖晶石质耐火材料应用于水泥回转窑、玻璃窑和精炼设备等以取代含铬材料。然而，由于尖晶石质耐火材料高温强度低、以及抗侵蚀性能方面存在的问题，限制了尖晶石质耐火材料在上述工业领域的广泛应用。
现有技术中，人们通过引入添加剂促进烧结，但往往会生成大量高温液相，将削弱材料的热震稳定性和抗高温蠕变等性质，降低使用寿命。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术的不足，目的是提供一种原料来源广泛和生产成本低的水泥窑用尖晶石质耐火材料的制备方法；用该方法制备的水泥窑用尖晶石质耐火材料强度高、抗侵蚀性优良、热震稳定性高和导热系数低。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
第一步，将20~40wt%的含铝原料、1~10wt%的尖晶石、10~20wt%的镁砂、1~10wt%的镁盐、1~10wt%的含稀土原料、1~10wt%的表面活性剂、1~10wt%的添加剂和30~60wt%的含铝溶液混合均匀，球磨，得到混合料浆。
第二步，将20~40wt%的所述含铝原料、1~10wt%的含锌原料、20~40wt%的所述含稀土原料、1~10wt%的含钛原料和10~30wt%的所述镁盐混合均匀，球磨，在50~100MPa条件下压制成型，于还原气氛和800~1300℃条件下热处理3~6小时；然后于所述混合料浆中真空浸渍2~6小时，在所述含铝溶液中真空浸渍2~6小时，再于1200~1500℃条件下热处理3~6小时，破碎，研磨，筛分，得到粒度小于0.088mm的A物料和粒度为0.088~3mm的B物料。
第三步，将20~40wt%的所述尖晶石、10~20wt%的所述镁砂、10~20wt%的刚玉、1~10wt%的所述A物料、1~10wt%的所述B物料、1~10wt%的所述含锌原料、1~10wt%的所述镁盐和1~10wt%的所述混合料浆混合均匀，在120~180MPa条件下压制成型；然后于800~1200℃条件下热处理3~6小时，再于1400~1700℃条件下热处理3~6小时，得到水泥窑用尖晶石质耐火材料。
所述含铝原料的粒度小于0.088mm；所述含铝原料为水合氧化铝或为氢氧化铝，水合氧化铝中SiO2的含量小于0.3wt%，氢氧化铝中Al(OH)3的含量大于99wt%。
所述所述尖晶石的粒度小于5mm；所述尖晶石为烧结尖晶石或为电熔尖晶石，所述尖晶石中Al2O3的含量大于68wt%。
所述含稀土原料的粒度小于0.088mm；所述含稀土原料为氢氧化钐或为氢氧化钕，氢氧化钐中Sm(OH)3的含量大于99wt%，氢氧化钕中Nd(OH)3的含量大于99wt%。
所述含锌原料的粒度小于0.088mm；所述含锌原料为碳酸锌或为硫酸锌，碳酸锌中ZnCO3的含量大于99wt%，硫酸锌中ZnSO4的含量大于99wt%。
所述含钛原料的粒度小于0.088mm；所述含钛原料为偏钛酸或为钛白粉，偏钛酸中TiO(OH)2的含量大于99wt%，钛白粉中TiO2的含量大于99wt%。
所述镁砂的粒度小于5mm；所述镁砂为烧结镁砂或为电熔镁砂，所述镁砂中MgO的含量大于96wt%。
所述镁盐的粒度小于0.088mm；所述镁盐为草酸镁或为碳酸镁，草酸镁中MgC2O4·2H2O的含量大于99wt%，碳酸镁中MgCO3的含量大于99wt%。
所述刚玉的粒度小于5mm；所述刚玉为板状刚玉或为棕刚玉，所述刚玉中Al2O3的含量大于96wt%。
所述表面活性剂为十二烷基二甲基甜菜碱或为丙烯酸甲酯。
所述添加剂为羟乙基纤维素或为羧甲基纤维素。
所述含铝溶液为铝溶胶或为聚氯化铝的水溶液，含铝溶液的浓度为25-30wt%。
所述还原气氛为氢气气氛或为一氧化碳气氛。
所述真空浸渍的真空度为0.01~0.06MPa。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明所采用的原料来源广泛，生产成本低；本发明通过对各步骤中的气氛、粒度、成型及热处理等工序的严格控制，既有利于不同原料颗粒的均化及各种原料颗粒之间的紧密接触，也为微结构的形成提供了合理空间，因而所制备的水泥窑用尖晶石质耐火材料强度高、抗侵蚀性优良、热震稳定性高和导热系数低。
本发明制备的水泥窑用尖晶石质耐火材料：常温耐压强度大于100MPa；200~1400℃的导热系数为2~3.5W/(m·K)。
因此，本发明的原料来源广泛，生产成本低；所制备的水泥窑用尖晶石质耐火材料强度高、抗侵蚀性优良、热震稳定性高和导热系数低。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的物料和真空度统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述含铝原料的粒度小于0.088mm；所述水合氧化铝中SiO2的含量小于0.3wt%，所述氢氧化铝中Al(OH)3的含量大于99wt%。
所述尖晶石的粒度小于5mm；所述尖晶石中Al2O3的含量大于68wt%。
含稀土原料的粒度小于0.088mm；所述氢氧化钐中Sm(OH)3的含量大于99wt%，所述氢氧化钕中Nd(OH)3的含量大于99wt%。
所述含锌原料的粒度小于0.088mm；所述碳酸锌中ZnCO3的含量大于99wt%，所述硫酸锌中ZnSO4的含量大于99wt%。
所述含钛原料的粒度小于0.088mm；所述偏钛酸中TiO(OH)2的含量大于99wt%，所述钛白粉中TiO2的含量大于99wt%。
所述镁砂的粒度小于5mm；所述镁砂中MgO的含量大于96wt%。
所述镁盐的粒度小于0.088mm；所述草酸镁中MgC2O4·2H2O的含量大于99wt%，所述碳酸镁中MgCO3的含量大于99wt%。
所述刚玉的粒度小于5mm；所述刚玉中Al2O3的含量大于96wt%。
所述含铝溶液的浓度为25~30wt%。
所述还原气氛为氢气气氛或一氧化碳气氛。
所述真空浸渍的真空度为0.01-0.06MPa。
实施例1
一种水泥窑用尖晶石质耐火材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
第一步，将20~30wt%的含铝原料、1~10wt%的尖晶石、10~20wt%的镁砂、1~10wt%的镁盐、1~10wt%的含稀土原料、1~10wt%的表面活性剂、1~10wt%的添加剂和45~60wt%的含铝溶液混合均匀，球磨，得到混合料浆。
第二步，将20~30wt%的所述含铝原料、1~10wt%的含锌原料、30~40wt%的所述含稀土原料、1~10wt%的含钛原料和10~30wt%的所述镁盐混合均匀，球磨，在50~100MPa条件下压制成型，于还原气氛和800~1200℃条件下热处理3~6小时；然后于所述混合料浆中真空浸渍2~6小时，在所述含铝溶液中真空浸渍2~6小时，再于1200~1400℃条件下热处理3~6小时，破碎，研磨，筛分，得到粒度小于0.088mm的A物料和粒度为0.088~3mm的B物料。
第三步，将20~30wt%的所述尖晶石、15~20wt%的所述镁砂、10~20wt%的刚玉、1~10wt%的所述A物料、1~10wt%的所述B物料、1~10wt%的所述含锌原料、1~10wt%的所述镁盐和1~10wt%的所述混合料浆混合均匀，在120~180MPa条件下压制成型；然后于800~1100℃条件下热处理3~6小时，再于1400~1600℃条件下热处理3~6小时，得到水泥窑用尖晶石质耐火材料。
本实施例中：
所述含铝原料为水合氧化铝；
所述尖晶石为烧结尖晶石；
所述含稀土原料为氢氧化钐；
所述含锌原料为碳酸锌；
所述含钛原料为偏钛酸；
所述镁砂为烧结镁砂；
所述镁盐为草酸镁；
所述刚玉为板状刚玉；
所述表面活性剂为十二烷基二甲基甜菜碱；
所述添加剂为羟乙基纤维素；
所述含铝溶液为铝溶胶；
所述还原气氛为氢气气氛。
实施例2
一种水泥窑用尖晶石质耐火材料及其制备方法。本实施例除下述物料外其余同实施例1：
所述含铝原料为氢氧化铝；
所述尖晶石为电熔尖晶石；
所述含稀土原料为氢氧化钕；
所述含锌原料为硫酸锌；
所述含钛原料为钛白粉；
所述镁砂为电熔镁砂；
所述镁盐为碳酸镁；
所述刚玉为棕刚玉；
所述表面活性剂为丙烯酸甲酯；
所述添加剂为羧甲基纤维素；
所述含铝溶液为聚氯化铝的水溶液；
所述还原气氛为一氧化碳气氛。
实施例3
一种水泥窑用尖晶石质耐火材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
第一步，将30~40wt%的含铝原料、1~10wt%的尖晶石、10~20wt%的镁砂、1~10wt%的镁盐、1~10wt%的含稀土原料、1~10wt%的表面活性剂、1~10wt%的添加剂和30~45wt%的含铝溶液混合均匀，球磨，得到混合料浆。
第二步，将30~40wt%的所述含铝原料、1~10wt%的含锌原料、20~30wt%的所述含稀土原料、1~10wt%的含钛原料和10~30wt%的所述镁盐混合均匀，球磨，在50~100MPa条件下压制成型，于还原气氛和900~1300℃条件下热处理3~6小时；然后于所述混合料浆中真空浸渍2~6小时，在所述含铝溶液中真空浸渍2~6小时，再于1300~1500℃条件下热处理3~6小时，破碎，研磨，筛分，得到粒度小于0.088mm的A物料和粒度为0.088~3mm的B物料。
第三步，将30~40wt%的所述尖晶石、10~15wt%的所述镁砂、10~20wt%的刚玉、1~10wt%的所述A物料、1~10wt%的所述B物料、1~10wt%的所述含锌原料、1~10wt%的所述镁盐和1~10wt%的所述混合料浆混合均匀，在120~180MPa条件下压制成型；然后于900~1200℃条件下热处理3~6小时，再于1500~1700℃条件下热处理3~6小时，得到水泥窑用尖晶石质耐火材料。
本实施例中：
所述含铝原料为水合氧化铝；
所述尖晶石为烧结尖晶石；
所述含稀土原料为氢氧化钐；
所述含锌原料为碳酸锌；
所述含钛原料为偏钛酸；
所述镁砂为烧结镁砂；
所述镁盐为草酸镁；
所述刚玉为板状刚玉；
所述表面活性剂为十二烷基二甲基甜菜碱；
所述添加剂为羟乙基纤维素；
所述含铝溶液为铝溶胶；
所述还原气氛为氢气气氛。
实施例4
一种水泥窑用尖晶石质耐火材料及其制备方法。本实施例除下述物料外其余同实施例3：
所述含铝原料为氢氧化铝；
所述尖晶石为电熔尖晶石；
所述含稀土原料为氢氧化钕；
所述含锌原料为硫酸锌；
所述含钛原料为钛白粉；
所述镁砂为电熔镁砂；
所述镁盐为碳酸镁；
所述刚玉为棕刚玉；
所述表面活性剂为丙烯酸甲酯；
所述添加剂为羧甲基纤维素；
所述含铝溶液为聚氯化铝的水溶液；
所述还原气氛为一氧化碳气氛。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
本具体实施方式所采用的原料来源广泛，生产成本低；本具体实施方式通过对各步骤中的气氛、粒度、成型及热处理等工序的严格控制，既有利于不同原料颗粒的均化及各种原料颗粒之间的紧密接触，也为微结构的形成提供了合理空间，因而所制备的水泥窑用尖晶石质耐火材料强度高、抗侵蚀性优良、热震稳定性高和导热系数低。
本具体实施方式制备的水泥窑用尖晶石质耐火材料：常温耐压强度大于100MPa；200~1400℃范围内的导热系数为2~3.5W/(m·K)。
因此，本具体实施方式的原料来源广泛，生产成本低；所制备的水泥窑用尖晶石质耐火材料强度高、抗侵蚀性优良、热震稳定性高和导热系数低。