[發(fā)明專利]一種尖晶石-剛玉質(zhì)輕量耐火材料及其制備方法

在審

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• 申請日: 2022-06-20
• 公開（公告）號: CN114933473A
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 簡云鈴;尹洪峰;湯云;辛亞樓;任小虎;袁蝴蝶
• 申請（專利權(quán)）人: 西安建筑科技大學(xué)
• 主分類號: C04B35/443
• 分類號: C04B35/443;C04B35/622;C04B35/66;C04B38/02
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 劉國智

一種尖晶石?剛玉質(zhì)輕量耐火材料及其制備方法，該尖晶石?剛玉輕量耐火材料在保持低熱導(dǎo)率的情況下，在材料內(nèi)部形成閉孔，實(shí)現(xiàn)了輕量化，并在保證使用性能的同時，提高了材料的保溫隔熱能力。其制法是選取剛玉細(xì)粉和尖晶石細(xì)粉作為反應(yīng)原料基質(zhì)，碳酸鈣造粒球粒、尖晶石顆粒和鎂砂顆粒作為反應(yīng)原料骨料，壓制好的試樣置于高溫爐中，在空氣氣氛下對爐體進(jìn)行加熱，達(dá)到一定溫度后進(jìn)行保溫，高溫下鎂砂顆粒與剛玉細(xì)粉發(fā)生反應(yīng)生成原位尖晶石使試樣具有較高的機(jī)械性能，同時高溫下碳酸高造粒球粒的球核分解后在Kirkendall效應(yīng)的作用下向球殼中擴(kuò)散，并與球殼發(fā)生反應(yīng)，使球粒內(nèi)部產(chǎn)生閉氣孔。制備出保溫隔熱性能好、耐壓強(qiáng)度和荷重軟化溫度較高的耐火材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于耐火材料生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種尖晶石-剛玉質(zhì)輕量耐火材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著全球節(jié)能減排進(jìn)程的不斷推進(jìn)，水泥回轉(zhuǎn)窯的節(jié)能減排勢在必行。在水泥窯運(yùn)行過程中，由于低的能源利用效率，大量熱能通過窯殼以傳導(dǎo)、輻射和對流的方式散失，據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，通過回轉(zhuǎn)窯窯殼的熱損失可占水泥生成全過程能量損失的8～15％。研究人員發(fā)現(xiàn)，具有隔熱性能的耐火材料越靠近回轉(zhuǎn)窯的高溫工作面，其隔熱節(jié)能效果越好。因此，既具有重質(zhì)耐火材料高強(qiáng)度、耐侵蝕等特點(diǎn)，又具有輕質(zhì)耐火材料低導(dǎo)熱特點(diǎn)的輕量耐火材料應(yīng)運(yùn)而生。作為水泥回轉(zhuǎn)窯過渡帶常用的耐火材料之一，鎂鋁尖晶石質(zhì)耐火材料由于其優(yōu)異的使用性能，近年來成為代替鎂鉻制品的最有競爭力的產(chǎn)品之一。同時我國豐富的菱鎂礦和鋁土礦資源，是發(fā)展鎂鋁系列制品良好的原料基礎(chǔ)。關(guān)于尖晶石-剛玉質(zhì)輕量耐火材料的制備目前主要通過引入多孔骨料如微孔剛玉。研究證實(shí)，輕量骨料的引入使耐火材料使用性能的降低尤其是抗侵蝕性能下降，降低了耐火材料的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種尖晶石-剛玉質(zhì)輕量耐火材料及其制備方法，以引入具有核殼結(jié)構(gòu)的碳酸鈣造粒球粒利用高溫反應(yīng)時Kirkendall擴(kuò)散制備尖晶石-剛玉輕量耐火材料。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種尖晶石-剛玉質(zhì)輕量耐火材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟一，將碳酸鈣細(xì)粉通過造粒機(jī)造粒得到母粒，再將剛玉細(xì)粉包裹在母粒表面，干燥后得到以碳酸鈣細(xì)粉作為球核，以剛玉細(xì)粉作為球殼的碳酸鈣造粒球粒；

步驟二，選取尖晶石細(xì)粉和剛玉微粉作為反應(yīng)原料，將反應(yīng)原料磨細(xì)混勻，作為耐火材料配料中細(xì)粉部分；

步驟三，按照顆粒級配進(jìn)行配料，骨料部分為不同質(zhì)量比的尖晶石顆粒、鎂砂顆粒和碳酸鈣造粒球粒；

步驟四，將骨料部分混合，再加入MgCl₂溶液混合，之后加入細(xì)粉部分混合，完成混合后進(jìn)行睏料；

步驟五，將睏料后的物料成型、干燥，然后1600℃～1650℃燒結(jié)保溫，保證碳酸鈣造粒球粒發(fā)生Kirkendall擴(kuò)散，即得尖晶石-剛玉質(zhì)輕量耐火材料。

在一個實(shí)施例中，所述步驟一，碳酸鈣造粒球粒的粒徑約為1mm±0.2mm左右，所述步驟二，將尖晶石細(xì)粉和剛玉微粉磨細(xì)至180目及以下，等質(zhì)量混勻。

在一個實(shí)施例中，所述步驟一，剛玉細(xì)粉為電熔剛玉細(xì)粉；所述碳酸鈣細(xì)粉為普通碳酸鈣細(xì)粉，所述步驟三，所述尖晶石顆粒為電熔鎂鋁尖晶石顆粒；所述鎂砂顆粒為燒結(jié)鎂砂顆粒。

在一個實(shí)施例中，所述步驟一，碳酸鈣細(xì)粉與剛玉細(xì)粉按摩爾比1:10備料，包裹剛玉細(xì)粉時以稀釋后的鋁溶膠作為結(jié)合劑于造粒機(jī)中進(jìn)行造粒包裹。

在一個實(shí)施例中，所述步驟三，尖晶石顆粒、鎂砂顆粒和碳酸鈣造粒球粒的質(zhì)量比為5:(M₁+M₂)，鎂砂顆粒與碳酸鈣顆粒比例變化，M₁和M₂分別表示鎂砂顆粒和碳酸鈣造粒球粒的質(zhì)量；骨料部分與細(xì)粉部分的質(zhì)量比為3：2。