一种致密CA₂?CA₆复相轻质耐火熟料及其制备方法

一种致密CA₂?CA₆复相轻质耐火熟料及其制备方法
【专利摘要】一种致密CA2?CA6复相轻质耐火熟料及其制备方法，其成分按重量百分比含Al2O3 77.2~84.6%，CaO 11.4~20.8%，MnO 2.0~4.0%；其相对密度为91.3~95.2%，显气孔率为2.6~3.8%。制备方法为：（1）将铝矾土和石灰石分别磨细后混合；（2）将混合物料压制成生球，然后进行第一次煅烧制成熟料；（3）将熟料磨细后加入一氧化锰微粉，再压制成球；（4）进行第二次煅烧。本发明采用一氧化锰微粉作为促烧结剂，在煅烧过程中一氧化锰固溶到CA2、CA6晶相中形成固溶体，促使CA2、CA6相发生晶格畸变，活性提高，有效促进了CA2?CA6复相轻质耐火熟料的烧结与致密化行为，从而可在较低的二次煅烧温度和较短的保温时间条件下获得致密CA2?CA6复相轻质耐火熟料。
【专利说明】
_种致密C A2-C Α?复相轻质耐火熟料及其制备方法
技术领域
[0001 ]本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]二铝酸钙(Ca0.2Α?2θ3，简称CA2)和六铝酸钙(Ca0.6Α?2θ3，简称CA6)是CaO-Al2O3二元系统中重要的高熔点化合物。其中，CA2自身热膨胀系数低，同时在与其它高熔点、高膨胀系数材料复合时可以很好的降低复相材料的热膨胀系数，具有相当好的热震稳定性;CA6在含铁熔渣中的溶解度低，在还原气氛(CO)中的稳定性高，在碱性环境中的化学稳定性好，对熔融金属和熔渣(钢铁和有色金属)的润湿性低，因此是非常好的抗高温，抗侵蚀，抗金属液和熔渣渗入，且CA6与Al2O3有很好的化学相容性和相近的热膨胀性，可以和氧化铝以任何比例配合使用。将CA2和CA6黄金搭档、强强联合、复合搭配可制备出性能更加优越用于高温炉衬或包衬的CA2-CA6复相耐火材料，在冶金、水泥、玻璃等高温行业有着十分广泛的应用前景。
[0003]另一方面，氧化铝被广泛应用于耐火材料领域，由于氧化铝的真密度较大(4.10g/cm3)，致使含铝质耐火材料的体积密度较大，增加了耐火材料重量，不仅导致高温炉窑的蓄热损失增大，还直接增加用后耐火材料的排放量。同时受铝土矿资源问题的影响，近年来，刚玉原料价格持续攀升，含铝质耐火材料的生产成本也随之走高;而石灰石在全球范围内资源丰富，且在CaO-Al2O3二元系统中CA6的真密度为(3.79 g/cm3)，而CA2具有更小的真密度(2.88 g/cm3)，可见如能用石灰石替代部分刚玉生产CA2-CA6复相轻质耐火材料，不仅可以显著降低生产成本，还可通过降低体积密度，实现耐火材料的轻量化，有利于减少高温炉衬或包衬的蓄热损失，促进节能减排。
[0004]在固相合成制备致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料的过程中，由于CaO-Al2O3系耐火材料在高温条件下内部存在很多化学反应，且各组元之间反应所伴随的体积膨胀效应抑制了烧结及致密化过程，难以通过一次煅烧获得致密的耐火熟料；同时，由于CA6相的烧结活性低，即使通过两次煅烧，也难以获得致密熟料，因此一般要求烧成温度不低于1700°C;此夕卜，由于反应过程中CA6晶相间易枝晶搭桥互联形成网状多孔结构，进一步影响了 CA2-CA6复相轻质耐火材料的烧结致密化。

【发明内容】

[0005]针对目前CaO-Al2O3系耐火熟料制备技术上存在的上述问题，本发明提供了一种制备致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料及其制备方法，目的是通过在制备过程中加入一氧化锰微粉，然后进行煅烧，在较低的煅烧温度和较短的保温时间条件下实现CA2-CA6耐火熟料的良好烧结，获得致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料。
[0006]本发明的致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料，其成分按重量百分比含AI2O377.2?84.6%, CaO 11.4-20.8%, MnO 2.0-4.0%;其相对密度为 91.3-95.2%，显气孔率为 2.6-3.8%。
[0007]本发明的致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料的制备方法，按以下步骤进行:
(1)将铝矾土和石灰石分别破碎并磨细至粒度<88目，在混砂机中进行混合后，制成混合物料；其中铝矾土占混合物料总重量的71.1-82.5%，石灰石占混合物料总重量的17.5?28.9%；
(2)将混合物料通过压球机在100?150MPa的压力下压制成生球，将生球在1200?1250°C条件下保温I?2小时，进行第一次煅烧，制成熟料；
(3)将熟料破碎并再次磨细至粒度<88目，加入一氧化锰微粉并在混砂机中进行混合，其中一氧化锰微粉占熟料总重量的2.0-4.0%;混合均匀后通过压球机在100?150MPa的压力下压制成球，获得二次球料；
(4)将二次球料在1550?1600°C条件下保温2?3小时，进行第二次煅烧，获得致密二铝酸钙六铝酸钙耐火熟料。
[0008]上述的招研!土中AI2O3的重量含量多73.8%，石灰石中CaO的重量含量多50.2%。
[0009 ] 上述的一氧化锰微粉纯度彡98.0%，粒度彡I Oym。
[0010]与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是:
本发明的致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料采用一氧化锰微粉作为促烧结剂，在煅烧过程中一氧化锰能固溶到CaO-Al2O3烧结体系当中，使体系内部晶相发生晶格畸变，活性提高，加速晶间扩散和晶间反应，促进烧结与致密化行为，从而可在较低的二次煅烧温度和较短的保温时间条件下获得致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料。
【具体实施方式】
[0011 ]本发明实施例中混合物料采用的设备为SI 110型混砂机。
[0012]本发明实施例中压制成球采用的设备为GY650-180型压球机。
[0013]本发明实施例中煅烧采用的设备为高温竖窑。
[0014]本发明实施例中采用的铝矾土、石灰石和一氧化锰微粉为市售产品。
[0015]实施例1
本实施例中米用的原料招巩土中AI2O3的重量百分含量85.6%，米用石灰石中CaO的重量百分含量54.5%。
[0016]制备的致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料成分按重量百分比含Al2O384.6%,CaO
11.4%，MnO 4.0%;相对密度为91.3%，显气孔率为3.8%;制备方法按以下步骤进行:
(I)将铝矾土和石灰石分别破碎并磨细至粒度<88目，在混砂机中进行混合后，制成混合物料，其中铝矾土占混合物料总重量的82.5%，石灰石占混合物料总重量的17.5%;
(2 )将混合物料通过压球机在150MPa的压力下压制成生球，将生球在1250 °C条件下保温2小时，进行第一次煅烧，制成熟料；
(3)将熟料破碎并再次磨细至粒度<88目，加入占熟料总重量4.0%的一氧化锰微粉，在混砂机中进行二次混合后，通过压球机在150MPa的压力下压制成球，获得二次球料；
(4 )将二次球料在1600 0C条件下保温3小时，进行第二次煅烧，获得致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料；
在不添加一氧化锰微粉的情况下，按上述方式进行对比实验，获得对比实验的烧结熟料;将获得的CA2-CA6耐火熟料与对比实验的烧结熟料分别进行SEM分析，结果表明，无添加剂条件下烧结试样内部组织松散，气孔较多，相比之下，由于添加剂MnO的加入，试样的气孔显著减少，显微结构明显致密，可清晰观察到其主晶相CA2、CA6的存在，从微观结构上进一步说明了添加剂MnO对Al203-Ca0系耐火材料的烧结起到了有效的促进作用。将获得的致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料进行EDS分析，结果表明，添加的MnO存在于体系内部CA2、CA6晶相当中，形成了固溶体，会促使CA2、CA6相发生晶格畸变，活性提高，说明MnO的加入有效促进了CA2-CA6复相轻质耐火熟料的烧结与致密化行为。
[0017]实施例2
本实施例中采用的原料组成同实施例1。
[0018]制备的致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料成分按重量百分比含Al2O38 3.4%, CaO12.9%，MnO 3.7%；相对密度为91.6%，显气孔率为3.7%；制备方法按以下步骤进行:
(1)将铝矾土和石灰石分别破碎并磨细至粒度<88目，在混砂机中进行混合后，制成混合物料，其中铝矾土占混合物料总重量的80.4%，石灰石占混合物料总重量的19.6%;
(2)将混合物料通过压球机在140MPa的压力下压制成生球，将生球在1200°C条件下保温2小时，进行第一次煅烧，制成熟料；
(3)将熟料破碎并再次磨细至粒度<88目，加入占熟料总重量3.7%的一氧化锰微粉，在混砂机中进行二次混合后，通过压球机在HOMPa的压力下压制成球，获得二次球料；
(4 )将二次球料在1600 0C条件下保温3小时，进行第二次煅烧，获得致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料。
[0019]实施例3
本实施例中米用的招巩土中AI2O3的重量含量73.8%，米用的石灰石中CaO的重量含量52.6%o
[0020]制备的致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料成分按重量百分比含Al2O382.7%，CaO13.8%,MnO 3.5%;其相对密度为92.1%，显气孔率为3.5%;制备方法按以下步骤进行:
(1)将铝矾土和石灰石分别破碎并磨细至粒度<88目，在混砂机中进行混合后，制成混合物料，其中铝矾土占混合物料总重量的81.0%，石灰石占混合物料总重量的19.0%;
(2)将混合物料通过压球机在120MPa的压力下压制成生球，将生球在1250°C条件下保温2小时，进行第一次煅烧，制成熟料；
(3)将熟料破碎并再次磨细至粒度<88目，加入占熟料总重量3.5%的一氧化锰微粉，在混砂机中进行二次混合后，通过压球机在HOMPa的压力下压制成球，获得二次球料；
(4 )将二次球料在1600 0C条件下保温2小时，进行第二次煅烧，获得致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料。
[0021 ] 实施例4
本实施例中采用的原料组成同实施例3。
[0022]制备的致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料成分按重量百分比含Al2O3 81.7%，CaO15.1%，Μη0 3.2%;其相对密度为92.8%，显气孔率为3.4%;制备方法按以下步骤进行:
(1)将铝矾土和石灰石分别破碎并磨细至粒度<88目，在混砂机中进行混合后，制成混合物料，其中铝矾土占混合物料总重量的79.4%，石灰石占混合物料总重量的20.6%;
(2)将混合物料通过压球机在I1MPa的压力下压制成生球，将生球在1200°C条件下保温I小时，进行第一次煅烧，制成熟料； (3)将熟料破碎并再次磨细至粒度<88目，加入占熟料总重量3.2%的一氧化锰微粉，在混砂机中进行二次混合后，通过压球机在IlOMPa的压力下压制成球，获得二次球料；
(4 )将二次球料在1600 0C条件下保温3小时，进行第二次煅烧，获得致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料。
[0023]实施例5
本实施例中米用的招巩土中AI2O3的重量含量77.1%，米用的石灰石中CaO的重量含量50.2%。
[0024]制备的致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料成分按重量百分比含Al2O37 9.6%, CaO17.4%,MnO 3.0%;其相对密度为93.1%，显气孔率为3.2%;制备方法按以下步骤进行:
(1)将铝矾土和石灰石分别破碎并磨细至粒度<88目，在混砂机中进行混合后，制成混合物料，其中铝矾土占混合物料总重量的74.9%，石灰石占混合物料总重量的25.1%;
(2)将混合物料通过压球机在130MPa的压力下压制成生球，将生球在1250°C条件下保温2小时，进行第一次煅烧，制成熟料；
(3)将熟料破碎并再次磨细至粒度<88目，加入占熟料总重量3.0%的一氧化锰微粉，在混砂机中进行二次混合后，通过压球机在150MPa的压力下压制成球，获得二次球料；
(4)将二次球料在1550°C条件下保温3小时，进行第二次煅烧，获得致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料。
[0025]实施例6
本实施例中采用的原料组成同实施例5。
[0026]制备的致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料成分按重量百分比含Al2O379.1%，CaO18.2%,MnO 2.7%;其相对密度为93.9%，显气孔率为3.0%;制备方法按以下步骤进行:
(1)将铝矾土和石灰石分别破碎并磨细至粒度<88目，在混砂机中进行混合后，制成混合物料，其中铝矾土占混合物料总重量的73.9%，石灰石占混合物料总重量的26.1%;
(2)将混合物料通过压球机在I1MPa的压力下压制成生球，将生球在1200°C条件下保温2小时，进行第一次煅烧，制成熟料；
(3)将熟料破碎并再次磨细至粒度<88目，加入占熟料总重量2.7%的一氧化锰微粉，在混砂机中进行二次混合后，通过压球机在120MPa的压力下压制成球，获得二次球料；
(4)将二次球料在1550°C条件下保温2小时，进行第二次煅烧，获得致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料。
[0027]实施例7
本实施例中米用的招巩土中AI2O3的重量含量81.2%，米用的石灰石中CaO的重量含量53.8%o
[0028]制备的致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料成分按重量百分比含Al2O378.2%,CaO19.5%,MnO 2.3%;其相对密度为94.6%，显气孔率为2.7%;制备方法按以下步骤进行:
(1)将铝矾土和石灰石分别破碎并磨细至粒度<88目，在混砂机中进行混合后，制成混合物料，其中铝矾土占混合物料总重量的72.6%，石灰石占混合物料总重量的27.4%;
(2)将混合物料通过压球机在120MPa的压力下压制成生球，将生球在1250°C条件下保温I小时，进行第一次煅烧，制成熟料；
(3)将熟料破碎并再次磨细至粒度<88目，加入占熟料总重量2.3%的一氧化锰微粉，在混砂机中进行二次混合后，通过压球机在130MPa的压力下压制成球，获得二次球料；
(4)将二次球料在1550°C条件下保温2小时，进行第二次煅烧，获得致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料。
[0029]实施例8
本实施例中采用的原料组成同实施例7。
[0030]制备的致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料成分按重量百分比含Al2O37 7.2%, CaO20.8%,MnO 2.0%;其相对密度为95.2%，显气孔率为2.6%;制备方法按以下步骤进行:
(1)将铝矾土和石灰石分别破碎并磨细至粒度<88目，在混砂机中进行混合后，制成混合物料，其中铝矾土占混合物料总重量的71.1%，石灰石占混合物料总重量的28.9%;
(2)将混合物料通过压球机在10MPa的压力下压制成生球，将生球在1200°C条件下保温I小时，进行第一次煅烧，制成熟料；
(3)将熟料破碎并再次磨细至粒度<88目，加入占熟料总重量2.0%的一氧化锰微粉，在混砂机中进行二次混合后，通过压球机在10MPa的压力下压制成球，获得二次球料；
(4)将二次球料在1550°C条件下保温2小时，进行第二次煅烧，获得致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料。
【主权项】
1.一种致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料及其制备方法，其特征在于成分按重量百分比含Al2O3 77.2-84.6%,CaO 11.4-20.8%,MnO 2.0?4.0%;其相对密度为91.3?95.2%，显气孔率为2.6?3.8%ο2.—种权利要求1所述的致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料的制备方法，其特征在于按以下步骤进行: (1)将铝矾土和石灰石分别破碎并磨细至粒度<88目，在混砂机中进行混合后，制成混合物料；其中铝矾土占混合物料总重量的71.1-82.5%，石灰石占混合物料总重量的17.5?28.9%； (2)将混合物料通过压球机在100?150MPa的压力下压制成生球，将生球在1200?1250°C条件下保温I?2小时，进行第一次煅烧，制成熟料； (3)将熟料破碎并再次磨细至粒度<88目，加入一氧化锰微粉并在混砂机中进行混合，其中一氧化锰微粉占熟料总重量的2.0-4.0%;混合均匀后通过压球机在100?150MPa的压力下压制成球，获得二次球料； (4)将二次球料在1550?1600°C条件下保温2?3小时，进行第二次煅烧，获得致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料。3.根据权利要求2所述的致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料的制备方法，其特征在于所述的一氧化锰微粉纯度彡98.0%，粒度< I Oym。4.根据权利要求2所述的致密CA2-CA6复相轻质耐火熟料的制备方法，其特征在于所述的招巩土中AI2O3的重量含量多73.8%，石灰石中CaO的重量含量^ 50.2%。
【文档编号】C04B35/44GK106083077SQ201610401741
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】不公告发明人
【申请人】辽宁科技学院, 尹雪亮