本发明属于轻质耐火材料技术领域。具体涉及一种六铝酸钙轻质耐火材料及其制备方法。
背景技术：
六铝酸钙（CaO·6Al2O3，简写为CA6）是CaO-Al2O3二元体系内重要的化合物，具有熔点高、导热系数小和抗水化性强等优点而广泛应用于轻质耐火材料的制备（王长宝.“六铝酸钙轻质耐火材料的研究”，武汉科技大学硕士学位论文，2008；易帅.“CaAl12O19及其复相材料的制备与性能研究”，中国地质大学(北京)博士学位论文，2015）。
目前，六铝酸钙轻质耐火材料的制备大多以可分解钙盐（如碳酸钙、氢氧化钙等）和可分解铝盐（如氢氧化铝、碳酸铝等）为原料，并辅以一定量的发泡剂或可燃物等组分，经混合成型后，在高温条件下烧成，如“一种六铝酸钙和刚玉复相多孔轻质隔热保温耐火材料及其制备方法”（CN201010269867.9）、“一种高强六铝酸钙轻质隔热材料及其制备方法”（CN201310434127.X）。但采用原位分解反应造孔，其化学反应速率难以控制；采用发泡剂造孔不仅浪费大量化学热，而且制备工艺过程复杂；采用烧失法造孔则孔隙结构完全依赖于可燃物的形态，大大降低了轻质耐火材料的成品率与性能。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种成本低廉、工艺简单和成品率高的六铝酸钙轻质耐火材料的制备方法，用该方法制备的六铝酸钙轻质耐火材料的体积密度低、耐压强度大和导热系数小。
为实现上述目的，本发明所采用的制备方法的具体步骤是：
第一步、按γ-氧化铝微粉︰石灰石的质量比为(6.5~7.0)︰1配料，球磨至粒度≤80μm，得到混合料A。
第二步、将所述混合料A在30~50MPa条件下压制成型，再置于马弗炉中，于空气气氛和1375~1425℃条件下热处理30~40分钟，随炉冷却，破碎，研磨至粒度为40~60μm，得到热处理料。
第三步、按所述热处理料∶ρ-氧化铝微粉∶碳酸氢铵∶水的质量比为(40~70)∶(1.0~1.5)∶(2.0~2.5)∶100，将所述热处理料、ρ-氧化铝微粉、碳酸氢铵和水搅拌5~7分钟，得到混合料B。
第四步、按所述混合料B︰电石的质量比为100︰(2~3)，搅拌3~5分钟，加入模具中成型，困料6~12小时，得到坯体。
第五步、将所述坯体置于马弗炉中，在1450~1500℃条件下保温30~40分钟，随炉自然冷却，制得六铝酸钙轻质耐火材料。
所述γ-氧化铝微粉的Al2O3含量≥96wt%。
所述石灰石的CaCO3含量≥95wt%。
所述ρ-氧化铝微粉的Al2O3含量≥96wt%；ρ-氧化铝微粉的粒度为40~60μm。
所述碳酸氢铵为化学纯。
所述电石的CaC2含量≥96wt%；电石的粒度为60~80μm。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明选用的原料来源丰富，成本低廉，无需特殊的处理技术与设备，工艺简单。
2、本发明利用原料组分的原位反应及其化学热，实现轻质耐火材料坯体的免干燥，有效抑制孔隙坍塌，提升了六铝酸钙轻质耐火材料的成品率与强度，降低了六铝酸钙轻质耐火材料的体积密度和导热系数。
本发明所制备的六铝酸钙轻质耐火材料经检测：成品率为99.0~99.5%；体积密度为0.45~0.70g·cm-3；耐压强度为8~13MPa；导热系数为0.10~0.15W·m-1·K-1。
因此，本发明具有成本低廉、工艺简单和成品率高的特点；所制备的六铝酸钙轻质耐火材料体积密度低、耐压强度大和导热系数小。
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原料统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述γ-氧化铝微粉的Al2O3含量≥96wt%。
所述石灰石的CaCO3含量≥95wt%。
所述ρ-氧化铝微粉的Al2O3含量≥96wt%；ρ-氧化铝微粉的粒度为40~60μm。
所述碳酸氢铵为化学纯。
所述电石的CaC2含量≥96wt%；电石的粒度为60~80μm。
实施例1
一种六铝酸钙轻质耐火材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：
第一步、按γ-氧化铝微粉︰石灰石的质量比为(6.5~6.7)︰1配料，球磨至粒度≤80μm，得到混合料A。
第二步、将所述混合料A在30~50MPa条件下压制成型，再置于马弗炉中，于空气气氛和1375~1425℃条件下热处理30~40分钟，随炉冷却，破碎，研磨至粒度为40~60μm，得到热处理料。
第三步、按所述热处理料∶ρ-氧化铝微粉∶碳酸氢铵∶水的质量比为(40~52)∶(1.0~1.2)∶(2.0~2.2)∶100，将所述热处理料、ρ-氧化铝微粉、碳酸氢铵和水搅拌5~7分钟，得到混合料B。
第四步、按所述混合料B︰电石的质量比为100︰(2~2.4)，搅拌3~5分钟，加入模具中成型，困料6~12小时，得到坯体。
第五步、将所述坯体置于马弗炉中，在1450~1470℃条件下保温30~40分钟，随炉自然冷却，制得六铝酸钙轻质耐火材料。
本实施例所制备的六铝酸钙轻质耐火材料经检测：成品率为99.0~99.2%；体积密度为0.45~0.55g·cm-3；耐压强度为8~10MPa；导热系数为0.10~0.12W·m-1·K-1。
实施例2
一种六铝酸钙轻质耐火材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：
第一步、按γ-氧化铝微粉︰石灰石的质量比为(6.6~6.8)︰1配料，球磨至粒度≤80μm，得到混合料A。
第二步、将所述混合料A在30~50MPa条件下压制成型，再置于马弗炉中，于空气气氛和1375~1425℃条件下热处理30~40分钟，随炉冷却，破碎，研磨至粒度为40~60μm，得到热处理料。
第三步、按所述热处理料∶ρ-氧化铝微粉∶碳酸氢铵∶水的质量比为(46~58)∶(1.1~1.3)∶(2.1~2.3)∶100，将所述热处理料、ρ-氧化铝微粉、碳酸氢铵和水搅拌5~7分钟，得到混合料B。
第四步、按所述混合料B︰电石的质量比为100︰(2.2~2.6)，搅拌3~5分钟，加入模具中成型，困料6~12小时，得到坯体。
第五步、将所述坯体置于马弗炉中，在1460~1480℃条件下保温30~40分钟，随炉自然冷却，制得六铝酸钙轻质耐火材料。
本实施例所制备的六铝酸钙轻质耐火材料经检测：成品率为99.1~99.3%；体积密度为0.50~0.60g·cm-3；耐压强度为9~11MPa；导热系数为0.11~0.13W·m-1·K-1。
实施例3
一种六铝酸钙轻质耐火材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：
第一步、按γ-氧化铝微粉︰石灰石的质量比为(6.7~6.9)︰1配料，球磨至粒度≤80μm，得到混合料A。
第二步、将所述混合料A在30~50MPa条件下压制成型，再置于马弗炉中，于空气气氛和1375~1425℃条件下热处理30~40分钟，随炉冷却，破碎，研磨至粒度为40~60μm，得到热处理料。
第三步、按所述热处理料∶ρ-氧化铝微粉∶碳酸氢铵∶水的质量比为(52~64)∶(1.2~1.4)∶(2.2~2.4)∶100，将所述热处理料、ρ-氧化铝微粉、碳酸氢铵和水搅拌5~7分钟，得到混合料B。
第四步、按所述混合料B︰电石的质量比为100︰(2.4~2.8)，搅拌3~5分钟，加入模具中成型，困料6~12小时，得到坯体。
第五步、将所述坯体置于马弗炉中，在1470~1490℃条件下保温30~40分钟，随炉自然冷却，制得六铝酸钙轻质耐火材料。
本实施例所制备的六铝酸钙轻质耐火材料经检测：成品率为99.2~99.4%；体积密度为0.55~0.65g·cm-3；耐压强度为10~12MPa；导热系数为0.12~0.14W·m-1·K-1。
实施例4
一种六铝酸钙轻质耐火材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：
第一步、按γ-氧化铝微粉︰石灰石的质量比为(6.8~7.0)︰1配料，球磨至粒度≤80μm，得到混合料A。
第二步、将所述混合料A在30~50MPa条件下压制成型，再置于马弗炉中，于空气气氛和1375~1425℃条件下热处理30~40分钟，随炉冷却，破碎，研磨至粒度为40~60μm，得到热处理料。
第三步、按所述热处理料∶ρ-氧化铝微粉∶碳酸氢铵∶水的质量比为(58~70)∶(1.3~1.5)∶(2.3~2.5)∶100，将所述热处理料、ρ-氧化铝微粉、碳酸氢铵和水搅拌5~7分钟，得到混合料B。
第四步、按所述混合料B︰电石的质量比为100︰(2.6~3)，搅拌3~5分钟，加入模具中成型，困料6~12小时，得到坯体。
第五步、将所述坯体置于马弗炉中，在1480~1500℃条件下保温30~40分钟，随炉自然冷却，制得六铝酸钙轻质耐火材料。
本实施例所制备的六铝酸钙轻质耐火材料经检测：成品率为99.3~99.5%；体积密度为0.60~0.70g·cm-3；耐压强度为11~13MPa；导热系数为0.13~0.15W·m-1·K-1。
本具体实施方式与现有技术相比具有以下优点：
1、本具体实施方式选用的原料来源丰富，成本低廉，无需特殊的处理技术与设备，工艺简单。
2、本具体实施方式利用原料组分的原位反应及其化学热，实现轻质耐火材料坯体的免干燥，有效抑制孔隙坍塌，提升了六铝酸钙轻质耐火材料的成品率与强度，降低了六铝酸钙轻质耐火材料的体积密度和导热系数。
本具体实施方式所制备的六铝酸钙轻质耐火材料经检测：成品率为99.0~99.5%；体积密度为0.45~0.70g·cm-3；耐压强度为8~13MPa；导热系数为0.10~0.15W·m-1·K-1。
因此，本具体实施方式具有成本低廉、工艺简单和成品率高的特点；所制备的六铝酸钙轻质耐火材料体积密度低、耐压强度大和导热系数小。