本发明属于透气材料技术领域。具体涉及一种刚玉质透气材料及其制备方法。
背景技术：
炉外精炼技术是炼钢过程中重要的精炼工艺部分，可以调节钢成分及钢液的温度。而透气砖是这一工艺能够顺利实施的重要功能元件，对炉外精炼的可靠性和完备性起着至关重要的作用。相应的透气材料的材质包括黏土质、刚玉质、尖晶石质等，透气材料的类型主要包括弥散型、直通孔型及狭缝型等形式。在实际使用过程中，透气材料主要存在透气性能不稳定、抗侵蚀性能差和高温强度低等问题。上述问题的存在，影响了钢铁冶炼过程的正常节奏，降低了工作效率。
现有透气材料的制备技术中，虽通过引入添加剂的形式可以促进透气材料烧结和改善结合强度，但形成的低熔点液相降低了透气材料的机械强度；引入微粉虽能增强组织结构致密化和提高抗侵蚀性，但会影响产品的透气性，且微粉分布不均反而会降低产品结构和性能的稳定性。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，目的是提供一种生产成本低的刚玉质透气材料的制备方法，用该方法制备的刚玉质透气材料的高温抗折强度大、透气性稳定、抗冲刷性能优异和使用寿命长。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：
第一步、将40～60wt％的刚玉细粉、10～20wt％的α-al2o3微粉、10～20wt％的氢氧化铝、1～10wt％的氟化铝、1～5wt％的添加剂、1～5wt％的发泡剂、1～5wt％的稳泡剂、0.1～1wt％的减水剂和1～5wt％的铝酸钙水泥混合，得到混合料；再外加所述混合料10～20wt％的水，搅拌均匀，浇注成型，固化10～20小时，得到固化后的坯体。
第二步、将所述固化后的坯体于90～120℃条件下干燥12～24小时，再于1500～1700℃条件下热处理5～7小时，得到预烧料；然后将所述预烧料破碎，筛分，得到粒度小于0.25mm的颗粒料a和粒度为0.25～1mm的颗粒料b。
第三步、将20～40wt％的所述α-al2o3微粉、1～10wt％的所述氟化铝、1～10wt％的增稠剂和50～70wt％的水混合，搅拌均匀，得到料浆。
第四步、将60～80wt％的刚玉颗粒、1～10wt％的颗粒料a、10～20wt％的颗粒料b、0.1～1wt％的减水剂、1～5wt％的铝酸钙水泥和1～10wt％的所述料浆混合，搅拌均匀，浇注成型，固化10～20小时，再于90～120℃条件下干燥12～24小时，然后在1400～1600℃条件下热处理5～7小时，得到刚玉质透气材料。
所述刚玉细粉为板状刚玉细粉或为白刚玉细粉，所述刚玉细粉的al2o3含量大于99wt％；所述刚玉细粉的粒度小于0.088mm。
所述刚玉颗粒为板状刚玉颗粒或为白刚玉颗粒，所述刚玉颗粒的al2o3含量大于99wt％；所述刚玉颗粒的粒度为1～3mm。
所述α-al2o3微粉的al2o3含量大于99wt％；所述α-al2o3微粉的粒度小于0.01mm。
所述氢氧化铝的al(oh)3含量大于99wt％；所述氢氧化铝的粒度小于0.045mm。
所述氟化铝的alf3的含量大于99wt％；所述氟化铝的粒度小于0.045mm。
所述添加剂为氧化锌或为二氧化钛，所述添加剂的纯度大于99wt％；所述添加剂的粒度小于0.088mm。
所述发泡剂为十二烷基苯磺酸钠或为十二烷基硫酸钠；所述发泡剂的纯度大于98wt％。
所述稳泡剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠或为羧甲基纤维素钠。
所述减水剂为六偏磷酸钠或为三聚磷酸钠；所述减水剂的纯度大于98wt％。
所述铝酸钙水泥：al2o3的含量大于65wt％；sio2的含量小于0.5wt％；fe2o3的含量小于0.3wt％。
所述增稠剂为聚乙烯吡咯烷酮或为海藻酸钠。
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：
(1)本发明利用刚玉细粉、氢氧化铝和α-al2o3微粉等不同原料在不同温度条件下的反应性，制得的刚玉质透气材料是以刚玉为主的细晶结构颗粒料，具有多级通孔结构和高强度的特点。本发明采用预制料浆，能确保预制料浆中的微粉均匀地分布于刚玉颗粒、预制的颗粒料a和预制的颗粒料b间，既形成了细晶结合，也调节了组织结构。因此，制得的刚玉质透气材料具有较大的常温抗折强度。
(2)本发明由于控制了不同特性原料间的高温反应过程，避免了杂质相的引入，且能在预制的颗粒料a、预制的颗粒料b及刚玉颗粒之间形成稳定的细晶粒镶嵌结构，因此，制得的刚玉质透气材料具有较高的高温抗折强度。
(3)本发明利用添加剂、发泡剂、增稠剂等在不同阶段的复合作用，以及不同原料间的颗粒粒度差异，在预制的颗粒料a、预制的颗粒料b和刚玉颗粒之间形成了不同尺度的通孔结构，在确保刚玉质透气材料在不同温度条件下机械强度较高的同时，赋予了刚玉质透气材料稳定的透气性。
(4)本发明根据刚玉质透气材料的结构与性能特点，将制备过程分步控制，既调节了晶粒的生长与赋存状态，又控制了孔隙的形成与连通状态，实现了对刚玉质透气材料结构和性能的巧妙控制。
本发明采用的原料来源广泛，生产工艺简单，所制制品的生产成本低。
本发明制备的刚玉质透气材料的性能经检测：体积密度为2.5～2.9g/cm3；显气孔率为23～31％；常温抗折强度大于7mpa；高温(1400℃)抗折强度大于7mpa。因此，本发明生产成本低，所制备的刚玉质透气材料具有高温抗折强度大、透气性稳定、抗冲刷性能优异和使用寿命长的特点。
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粒径统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述刚玉细粉的al2o3含量大于99wt％；所述刚玉细粉的粒度小于0.088mm。
所述刚玉颗粒的al2o3含量大于99wt％；所述刚玉颗粒的粒度为1～3mm。
所述α-al2o3微粉的al2o3含量大于99wt％；所述α-al2o3微粉的粒度小于0.01mm。
所述氢氧化铝的al(oh)3含量大于99wt％；所述氢氧化铝的粒度小于0.045mm。
所述氟化铝的alf3的含量大于99wt％；所述氟化铝的粒度小于0.045mm。
所述添加剂的纯度大于99wt％；所述添加剂的粒度小于0.088mm。
所述发泡剂的纯度大于98wt％。
所述减水剂的纯度大于98wt％。
所述铝酸钙水泥：al2o3的含量大于65wt％；sio2的含量小于0.5wt％；fe2o3的含量小于0.3wt％。
实施例1
一种刚玉质透气材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
第一步、将40～50wt％的刚玉细粉、10～15wt％的α-al2o3微粉、15～20wt％的氢氧化铝、5～10wt％的氟化铝、1～5wt％的添加剂、1～5wt％的发泡剂、1～5wt％的稳泡剂、0.1～1wt％的减水剂和1～5wt％的铝酸钙水泥混合，得到混合料；再外加所述混合料15～20wt％的水，搅拌均匀，浇注成型，固化10～15小时，得到固化后的坯体。
第二步、将所述固化后的坯体于100～120℃条件下干燥12～16小时，再于1500～1600℃条件下热处理5～7小时，得到预烧料；然后将所述预烧料破碎，筛分，得到粒度小于0.25mm的颗粒料a和粒度为0.25～1mm的颗粒料b。
第三步、将20～30wt％的所述α-al2o3微粉、5～10wt％的所述氟化铝、1～5wt％的增稠剂和60～70wt％的水混合，搅拌均匀，得到料浆。
第四步、将60～70wt％的刚玉颗粒、5～10wt％的颗粒料a、10～20wt％的颗粒料b、0.1～1wt％的减水剂、1～5wt％的铝酸钙水泥和1～5wt％的所述料浆混合，搅拌均匀，浇注成型，固化15～20小时，再于90～120℃条件下干燥12～16小时，然后在1450～1550℃条件下热处理5～7小时，得到刚玉质透气材料。
本实施例中：
所述刚玉细粉为板状刚玉细粉；
所述刚玉颗粒为板状刚玉颗粒；
所述添加剂为二氧化钛；
所述发泡剂为十二烷基苯磺酸钠；
所述稳泡剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠；
所述减水剂为六偏磷酸钠；
所述增稠剂为海藻酸钠。
本实施例制备的刚玉质透气材料的性能经检测：体积密度为2.5～2.8g/cm3；显气孔率为23～30％；常温抗折强度大于7mpa；高温(1400℃)抗折强度大于7mpa。
实施例2
一种刚玉质透气材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
第一步、将50～60wt％的刚玉细粉、15～20wt％的α-al2o3微粉、10～15wt％的氢氧化铝、5～10wt％的氟化铝、1～5wt％的添加剂、1～5wt％的发泡剂、1～5wt％的稳泡剂、0.1～1wt％的减水剂和1～5wt％的铝酸钙水泥混合，得到混合料；再外加所述混合料10～15wt％的水，搅拌均匀，浇注成型，固化10～15小时，得到固化后的坯体。
第二步、将所述固化后的坯体于90～110℃条件下干燥19～24小时，再于1550～1650℃条件下热处理5～7小时，得到预烧料；和将所述预烧料破碎，筛分，得到粒度小于0.25mm的颗粒料a和粒度为0.25～1mm的颗粒料b。
第三步、将30～40wt％的所述α-al2o3微粉、1～5wt％的所述氟化铝、5～10wt％的增稠剂和50～60wt％的水混合，搅拌均匀，得到料浆。
第四步、将70～80wt％的刚玉颗粒、1～5wt％的颗粒料a、10～20wt％的颗粒料b、0.1～1wt％的减水剂、1～5wt％的铝酸钙水泥和5～10wt％的所述料浆混合，搅拌均匀，浇注成型，固化10～15小时，再于90～120℃条件下干燥15～18小时，然后在1500～1600℃条件下热处理5～7小时，得到刚玉质透气材料。
本实施例中：
所述刚玉细粉为板状刚玉细粉；
所述刚玉颗粒为板状刚玉颗粒；
所述添加剂为为二氧化钛；
所述发泡剂为十二烷基苯磺酸钠；
所述稳泡剂为羧甲基纤维素钠；
所述减水剂为三聚磷酸钠；
所述增稠剂为聚乙烯吡咯烷酮。
本实施例制备的刚玉质透气材料的性能经检测：体积密度为2.6～2.9g/cm3；显气孔率为25～31％；常温抗折强度大于8mpa；高温(1400℃)抗折强度大于7mpa。
实施例3
一种刚玉质透气材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
第一步、将50～60wt％的刚玉细粉、10～15wt％的α-al2o3微粉、10～15wt％的氢氧化铝、1～5wt％的氟化铝、1～5wt％的添加剂、1～5wt％的发泡剂、1～5wt％的稳泡剂、0.1～1wt％的减水剂和1～5wt％的铝酸钙水泥混合，得到混合料；再外加所述混合料15～20wt％的水，搅拌均匀，浇注成型，固化15～20小时，得到固化后的坯体。
第二步、将所述固化后的坯体于100～120℃条件下干燥15～18小时，再于1600～1700℃条件下热处理5～7小时，得到预烧料；然后将所述预烧料破碎，筛分，得到粒度小于0.25mm的颗粒料a和粒度为0.25～1mm的颗粒料b。
第三步、将20～30wt％的所述α-al2o3微粉、5～10wt％的所述氟化铝、1～5wt％的增稠剂和60～70wt％的水混合，搅拌均匀，得到料浆。
第四步、将60～70wt％的刚玉颗粒、1～5wt％的颗粒料a、10～20wt％的颗粒料b、0.1～1wt％的减水剂、1～5wt％的铝酸钙水泥和5～10wt％的所述料浆混合，搅拌均匀，浇注成型，固化15～20小时，再于90～120℃条件下干燥17～24小时，然后在1400～1500℃条件下热处理5～7小时，得到刚玉质透气材料。
本实施例中：
所述刚玉细粉为白刚玉细粉；
所述刚玉颗粒为白刚玉颗粒；
所述添加剂为氧化锌；
所述发泡剂为十二烷基硫酸钠；
所述稳泡剂为羧甲基纤维素钠；
所述减水剂为三聚磷酸钠；
所述增稠剂为聚乙烯吡咯烷酮。
本实施例制备的刚玉质透气材料的性能经检测：体积密度为2.6～2.9g/cm3；显气孔率为25～30％；常温抗折强度大于8mpa；高温(1400℃)抗折强度大于8mpa。
实施例4
一种刚玉质透气材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
第一步、将40～50wt％的刚玉细粉、15～20wt％的α-al2o3微粉、15～20wt％的氢氧化铝、5～10wt％的氟化铝、1～5wt％的添加剂、1～5wt％的发泡剂、1～5wt％的稳泡剂、0.1～1wt％的减水剂和1～5wt％的铝酸钙水泥混合，得到混合料；再外加所述混合料10～15wt％的水，搅拌均匀，浇注成型，固化10～15小时，得到固化后的坯体。
第二步、将所述固化后的坯体于90～110℃条件下干燥17～20小时，再于1550～1650℃条件下热处理5～7小时，得到预烧料；然后将所述预烧料破碎，筛分，得到粒度小于0.25mm的颗粒料a和粒度为0.25～1mm的颗粒料b。
第三步、将30～40wt％的所述α-al2o3微粉、1～5wt％的所述氟化铝、5～10wt％的增稠剂和50～60wt％的水混合，搅拌均匀，得到料浆。
第四步、将70～80wt％的刚玉颗粒、1～5wt％的颗粒料a、10～20wt％的颗粒料b、0.1～1wt％的减水剂、1～5wt％的铝酸钙水泥和1～5wt％的所述料浆混合，搅拌均匀，浇注成型，固化10～15小时，再于90～120℃条件下干燥15～18小时，然后在1400～1500℃条件下热处理5～7小时，得到刚玉质透气材料。
本实施例中：
所述刚玉细粉为白刚玉细粉；
所述刚玉颗粒为白刚玉颗粒；
所述添加剂为氧化锌；
所述发泡剂为十二烷基苯磺酸钠；
所述稳泡剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠；
所述减水剂为六偏磷酸钠；
所述增稠剂为聚乙烯吡咯烷酮。
本实施例制备的刚玉质透气材料的性能经检测：体积密度为2.6～2.9g/cm3；显气孔率为23～29％；常温抗折强度大于7mpa；高温(1400℃)抗折强度大于9mpa。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
(1)本具体实施方式利用刚玉细粉、氢氧化铝和α-al2o3微粉等不同原料在不同温度条件下的反应性，制得的刚玉质透气材料是以刚玉为主的细晶结构颗粒料，具有多级通孔结构和高强度的特点。本具体实施方式采用预制料浆，能确保预制料浆中的微粉均匀地分布于刚玉颗粒、预制的颗粒料a和预制的颗粒料b间，既形成了细晶结合，也调节了组织结构。因此，制得的刚玉质透气材料具有较大的常温抗折强度。
(2)本具体实施方式由于控制了不同特性原料间的高温反应过程，避免了杂质相的引入，且能在预制的颗粒料a、预制的颗粒料b及刚玉颗粒之间形成稳定的细晶粒镶嵌结构，因此，制得的刚玉质透气材料具有较高的高温抗折强度。
(3)本具体实施方式利用添加剂、发泡剂、增稠剂等在不同阶段的复合作用，以及不同原料间的颗粒粒度差异，在预制的颗粒料a、预制的颗粒料b和刚玉颗粒之间形成了不同尺度的通孔结构，在确保刚玉质透气材料在不同温度条件下机械强度较高的同时，赋予了刚玉质透气材料稳定的透气性。
(4)本具体实施方式根据刚玉质透气材料的结构与性能特点，将制备过程分步控制，既调节了晶粒的生长与赋存状态，又控制了孔隙的形成与连通状态，实现了对刚玉质透气材料结构和性能的巧妙控制。
本具体实施方式采用的原料来源广泛，生产工艺简单，所制制品的生产成本低。
本具体实施方式制备的刚玉质透气材料的性能经检测：体积密度为2.5～2.9g/cm3；显气孔率为23～31％；常温抗折强度大于7mpa；高温(1400℃)抗折强度大于7mpa。
因此，本具体实施方式生产成本低，所制备的刚玉质透气材料具有高温抗折强度大、透气性稳定、抗冲刷性能优异和使用寿命长的特点。