一种利用两步焙烧法制备优质六铝酸钙耐火原料的方法与流程

本发明属于耐火材料领域，具体涉及一种利用两步焙烧法制备优质六铝酸钙耐火原料的方法。

背景技术：

耐高温的轻质耐火材料一直是耐火材料领域的重点发展领域。而六铝酸钙不仅具有熔点高和质量较轻的特点，同时其还具有化学性质相对稳定、抗导热性好，热膨胀性差等优点。其自身的片状结构也使得其自身具有较大的表面积，在高温条件下不仅可以有效的降低反应物对环境间的热辐射损失，还可以显著降低改料自身的重量，同时由于自身的高氧化铝含量也使得自身抗熔渣及一些金属熔体的侵蚀性能相对较好。目前，相关的六铝酸钙材料已被广泛应用于冶金炉窑的耐火材料、化工的抗高温侵蚀材料以及航天过程中的保温隔热层等多种领域。

但在六铝酸钙的制备过程中，由于高温下六铝酸钙的合成过程会出现晶型转变的体积膨胀过程，使得其烧结后的材料性能相对较差。为了在提升六铝酸钙的合成量的同时提升材料的自身性能，一般多采用1700～1800℃的高温进行多次煅烧或者是添加一些添加剂已获得相对较好的六铝酸钙产品。但这些方法不仅会带来大量的能耗浪费，同时还会由于添加剂的引入而降低其耐火材料的使用的极限温度和抗侵蚀性能。

因此，为了解决上述问题，需研发出一种新的低能耗的生产高纯度的优质六铝酸钙耐火原料方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种利用两步焙烧法制备优质六铝酸钙耐火原料的方法，利用该方法可以通过较短的工艺流程和较低的能耗下生产出纯度较高的优质六铝酸钙耐火原料。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种利用两步焙烧法制备优质六铝酸钙耐火原料的方法，采用工业α-al2o3为全部工艺中的铝原料，采用优质石灰石作为钙源进行制备六铝酸钙，包括如下步骤：(1)破碎、混料；(2)一次煅烧；(3)压块成型；(4)煅烧成型。

所述的利用两步焙烧法制备优质六铝酸钙耐火原料的方法，破碎、混料：石灰石粉和工业α-al2o3粉粒度控制在100目以下，并且石灰石粉和工业α-al2o3粉分别按质量百分比14％和86％进行混料。

所述的利用两步焙烧法制备优质六铝酸钙耐火原料的方法，一次煅烧：将混合后的粉料送入高温炉窑中进行1500～1600℃焙烧25～35min后进行冷却，形成半成品六铝酸钙粉末。

所述的利用两步焙烧法制备优质六铝酸钙耐火原料的方法，压块成型：根据待烧制后的形状设计，通过压力机将步骤(2)中制得的半成品六铝酸钙粉末进行压制成型。

所述的利用两步焙烧法制备优质六铝酸钙耐火原料的方法，成型压力根据不同物料表面积进行调节：成型表面最大直径在2厘米以下时，采用80～100mpa的压制力；成型表面最大直径大于2厘米且在5厘米以下时，采用大于100mpa且在200mpa以下的压制力；以此类推。

所述的利用两步焙烧法制备优质六铝酸钙耐火原料的方法，煅烧成型：将步骤(3)制得的产品送入高温炉窑中进行1500～1600℃焙烧50～70min后进行冷却，即得到优质六铝酸钙耐火原料。

所述的利用两步焙烧法制备优质六铝酸钙耐火原料的方法，优质六铝酸钙耐火原料的技术参数如下：显气孔率为控制在50％以下，体积密度在1.70g/cm³以上，抗压强度为21.00mpa以上。

本发明的设计思想是：

由于高纯度的轻质耐火材料是目前耐火材料行业急需解决并大规模工业化生产的发展方向。本发明从实际生产应用角度出发，首先通过采用相对优质的原材料以保证生产过程的纯净化，并且降低生成过程中去除杂质成分所需的附加能源和经济浪费。其次，采用二步煅烧法来防止消除一步合成或多步分梯度合成过程中的铝酸盐晶型转变而导致的体积膨胀及内部结构断裂。最终，在二次煅烧后可以直接得到用户所需规格的优质的高纯度的六铝酸钙耐火原料。

本发明与其他现有发明及相关技术相比，其优点及有益效果在于：

(1)本发明所提供的方法与其他方法相比，其原料来源相对纯净，并且在生产过程中不额外添加任何添加剂，进而保证原料制备过程中的纯度，有利于提升产品的耐火度和抗渣侵能力，进而提升材料质量。

(2)本发明采用的二步煅烧法，在一次焙烧过程中不仅可以有效的合成一定含量的六铝酸钙，有效的防止在二次焙烧过程中不同形式的铝酸钙生成过程所导致的体积膨胀。进而，保证制得的六铝酸钙材料具有一定致密度的同时保证其具有良好的抗压强度。

(3)本发明采用的二步煅烧法，可以有效提升产品中六铝酸钙的含量(见图1)，与其他方法相比，本发明的产品中基本所有物相结构组成均为六铝酸钙，基本不含氧化铝、氧化钙以及其他形式的铝酸钙，有效保障产品的成分与质量。

附图说明

图1为本发明所制备的六铝酸钙的x射线衍射图谱。

具体实施方式

下面，通过实施例和附图对本发明进一步详细阐述。

实施例1

本实施例采用山东某铝业生产的α-al2o3为全部工艺中的铝原料以及优质石灰石作为钙源进行制备六铝酸钙。首先利用破碎和研磨机将石灰石进行破碎磨细至粒度0.075mm。之后将石灰石粉和工业α-al2o3粉(粒度0.075mm)分别按质量百分比14％和86％进行混料。待充分混匀后，将混合后的粉料送入高温炉窑中进行1500℃焙烧30min后进行冷却。将冷却后的粉体通过压力机采用200mpa的压制力将其压制成直径为5厘米的圆柱形样品。最后将样品再次送入高温炉窑中进行1600℃焙烧1h后进行冷却，即可得到优质六铝酸钙耐火原料。如图1所示，本实施例所制备的六铝酸钙的x射线衍射图谱，基本所有物相结构组成均为六铝酸钙，基本不含氧化铝、氧化钙以及其他形式的铝酸钙。

将制备好的六铝酸钙样品进行性能检测，其显气孔率为46.09％，体积密度为1.98g/cm³，抗压强度为27.02mpa。

实施例2

本实施例采用山东某铝业生产的α-al2o3为全部工艺中的铝原料以及优质石灰石作为钙源进行制备六铝酸钙。首先利用破碎和研磨机将石灰石进行破碎磨细至粒度0.075mm。之后将石灰石粉和工业α-al2o3粉(粒度0.075mm)分别按质量百分比14％和86％进行混料。待充分混匀后，将混合后的粉料送入高温炉窑中进行1500℃焙烧30min后进行冷却。将冷却后的粉体通过压力机采用100mpa的压制力将其压制成直径为2厘米的圆柱形样品。最后将样品再次送入高温炉窑中进行1600℃焙烧1h后进行冷却，即可得到优质六铝酸钙耐火原料。如图1所示，本实施例所制备的六铝酸钙的x射线衍射图谱，基本所有物相结构组成均为六铝酸钙，基本不含氧化铝、氧化钙以及其他形式的铝酸钙。

将制备好的六铝酸钙样品进行性能检测，其显气孔率为47.27％，体积密度为1.74g/cm³，抗压强度为21.40mpa。

技术特征：

技术总结
本发明属于耐火材料领域，具体涉及一种利用两步焙烧法制备优质六铝酸钙耐火原料的方法。采用工业生产的α‑Al2O3为全部工艺中的铝原料，采用优质石灰石作为钙源进行制备六铝酸钙，包括如下步骤：(1)破碎、混料；(2)一次煅烧；(3)压块成型；(4)煅烧成型。利用该方法可以通过较短的工艺流程和较低的能耗下生产出纯度较高的优质六铝酸钙耐火原材料。

技术研发人员：田晨;袁磊;靳恩东;温天朋;贾丹彬;刘震丽;于景坤
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：2018.12.20
技术公布日：2019.02.22