[發明專利]一種含鎂改性剛玉復相材料制備方法

在審

• 申請號: 201410689519.5
• 申請日: 2014-11-26
• 公開（公告）號: CN104446390A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 李正坤;張家勤;李寅;呂戍生;張嘉良
• 申請（專利權）人: 江蘇晶鑫新材料股份有限公司
• 主分類號: C04B35/10
• 分類號: C04B35/10;C04B35/622
• 代理公司: 北京連和連知識產權代理有限公司 11278
• 代理人: 奚衡寶

技術領域

本發明屬于剛玉質耐火材料技術領域，具體涉及一種含鎂改性剛玉復相材料制備方法。

背景技術

耐火材料的技術進步和高溫工業的發展相互影響、相互促進，對于現代高溫技術已不僅是消耗性材料，也是實現高溫新技術所必須的功能型材料。我國是全球鋼鐵生產大國，但高品質特種鋼的質量不及世界發達國家，主要原因是鋼的純度不高，而由于耐火材料與鋼水直接接觸，其噸鋼耐火消耗可直接反應，鋼鐵中的夾雜含量，因此，提高耐火材料的抗侵蝕、抗沖刷、抗滲透性能，降低耐材消耗是專家們長期以來研究的課題。

隨著爐外精煉和連鑄技術的發展，鋼包由原來功能單一的盛鋼水容器逐漸轉變為功能復雜的爐外鋼水精煉設備，剛玉尖晶石復合材料具有熱震穩定性好、熔點高、抗渣侵蝕和抗滲透能力強等特點，因而被廣泛應用。但是該復合材料在制備上存在一些不足，復合材料通常以剛玉、尖晶石獨立材質引入作骨料，而基質料中通常引入5～10%合成尖晶石或3～5%的燒結鎂砂，燒結后剛玉尖晶石復合體只存在于剛玉或尖晶石獨立晶體的中間，加上原位反應帶來的晶格缺陷，形成了晶體表面及晶間較多微裂紋，影響了耐火材料在高溫下的服役性能，使得剛玉尖晶石復合材料的優異性能得不到充分發揮。

發明內容

本發明在克服現有技術缺陷，目的提供一種含鎂改性剛玉復相材料及其制備方法，讓剛玉晶體包裹尖晶石，形成固溶體，實現真正意義的復合為復相，該復相材料具有雜質含量低、高溫性能好、抗渣侵蝕和抗沖刷抗滲透能力強，熱震穩定性好，熱膨脹系數略低于剛玉等優點，適用于制備高效節能、長壽命高溫工業窯爐和容器內襯，作為基礎原料更適用于鋼包內襯、滑板、透氣磚以及連鑄三大件。

為實現上述任務，本發明所采用的技術方案是：確定該材料主要化學成分為Al₂O₃﹥95%，MgO﹤5%，Al₂O₃＋MgO﹥99%。工藝路線為以80～100%工業氧化鋁、0～20%的工業氫氧化鋁或0～10%的煅燒氧化鋁為鋁源，以0～10%水鎂石或煅燒水鎂石，0～5%輕燒氧化鎂或重燒氧化鎂，0～10%菱鎂礦等工業鎂鹽為鎂源，并添加0.5～5%的鋁溶膠作結合劑或促燒劑，經球磨機均勻混合并細磨加工，風選分級，粉體經成球或壓坯等工藝成型，干燥后再經1700～1950℃豎窯或回轉窯中快速燒成，破碎后即可得到含鎂改性剛玉復相材料。

原料研磨采用圈流球磨機有利于實現連續工業化大生產，該磨機產量大，通過風選分級，能及時將合格粉體排出，減少了過粉碎現象，同時產品粒度均勻，產品細度可調節。實現多峰粒徑組成有利于成球坯體致密度的提高。

在臥式或圓盤式成球機中成球，球坯大小為25-30mm，再在1700~1950℃條件下豎窯或回轉窯中快速燒成，燒后產物經破碎后即可得到含鎂改性剛玉復相材料。

在上述技術方案中：工業氧化鋁細粉的Al2O3含量>99wt%，其粒徑為＜0.2mm；工業氫氧化鋁細粉的Al(OH)3的含量>98%，其粒徑<0.2mm；煅燒氧化鋁微粉的Al2O3含量>99.5wt%，α-Al2O3晶相>90wt%，其粒徑<0.045mm；鋁溶膠其PH值為2-4；水鎂石或煅燒水鎂石，為揀選的高純礦物，煅燒（1100℃）后的MgO＞97%，其粒徑＜0.1mm；輕燒氧化鎂和重燒氧化鎂的MgO含量＞97%，其粒徑＜0.1mm；菱鎂礦為揀選的高純礦物，煅燒（1100℃）后的MgO＞97%，其粒徑＜0.1mm；球磨機中為剛玉質襯磚和磨球。

由于采用上述技術方案，以工業氧化鋁細粉中主要物相γ-氧化鋁為骨架，充分利用其固有的微晶團聚體優勢，以煅燒氧化鋁的α-Al₂O₃晶體作為剛玉晶核，有利于產品燒結，加之γ-氧化鋁晶體缺陷多、活性高，高溫時晶界擴散速度快，有利于氧化鎂與氧化鋁發生反應生成鎂鋁尖晶石，而鎂鋁尖晶石在氧化鋁晶粒之間具有“釘扎”，可阻止氧化鋁晶粒異常長大，同時，伴隨鎂鋁尖晶石在材料中產生的膨脹應力，可促進氧化鋁的燒結，少量尖晶石易被剛玉晶體所包裹，而形含尖晶石的剛玉固溶體，從而獲得既致密但導熱系數較小的改性剛玉復相材料。?

球坯成型我們選擇采用干法工藝的臥式或圓盤式成球機，以少量的水及有機物為結合劑，球坯含水量在10-20%，相對于濕法粉磨及烘干（坯體水分在40-80%），要大大的節約燃耗，同時由于采用多峰粉體，使球坯更致密，從而減少大氣孔（顯氣孔）的形成，彼此微晶間更貼近，有利于晶體的生長和閉氣孔的增加。