一種利用人工合成的微孔尖晶石製備低導熱鎂鋁尖晶石耐火磚的方法與流程
2023-05-21 05:19:16
一種利用人工合成的微孔尖晶石製備低導熱鎂鋁尖晶石耐火磚的方法，屬於耐火材料技術領域。
背景技術：
鎂鋁尖晶石（mgal2o4）也被簡稱為尖晶石。尖晶石僅是mgo-al2o3二元系統相圖中的一個中間化合物，其熔點為2135℃。自然界中鎂鋁尖晶石的蘊藏量很少，目前工業應用上主要以合成原料為主。工業合成方法主要有：固相燒結法和電弧爐熔製法。因此，目前鎂鋁尖晶石主要用於重質緻密耐火材料的研究和開發，而將其作為輕質耐火材料的應用還很少。作為重質的鎂鋁尖晶石具有體密大、熱震穩定性好、抗侵蝕能力與抗渣性強的優點。廣泛應用在大型水泥窯、中型水泥過渡帶襯磚，但其導熱係數大，容易造成筒體外壁溫度高，散熱損失打，既不節能，對筒體安全也不利。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種強度高、導熱係數低的低導熱鎂鋁尖晶石耐火磚的製備方法。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：該低導熱鎂鋁尖晶石耐火磚的製備方法，其特徵在於製備步驟為：
1）將重燒鎂砂和微孔尖晶石按質量比50~99：1~50幹混後再加水以及結合劑進行溼混；其中，微孔尖晶石體積密度為25%，最可幾氣孔孔徑在<2um；
2）然後使用壓力機打壓成半成品磚坯，在烘乾窯內80℃~120℃條件下烘乾後進入隧道窯在高於1460℃燒成。
本發明的發明人利用具有特定體積密度、特定氣孔率和最可幾氣孔孔徑的微孔尖晶石以原料的形式加入到耐火磚的配方中，配合先幹混後溼混的工藝，最終製備成了低導熱的鎂鋁尖晶石耐火磚。微孔尖晶石與重燒鎂砂混煉，壓機成型，燒結最終生成一種體密低，強度高，導熱係數低的新型的鎂鋁尖晶石鹼性耐火磚。
優選的，步驟1）所述的重燒鎂砂和微孔尖晶石的粒度分布遵循安卓森方程，
,
式中，udp為累計篩下百分數，%；dpmax=4mm；q=1/2~1/3。安卓森方程是連續粒度體系緊密堆積方程。
重燒鎂砂和微孔尖晶石的粒度級配影響耐火磚本身的原料分布和整體的強度。上述的優選顆粒級配能保證本發明的耐火磚原料分布均勻，從而能保證了具有更好的結構強度。
步驟1）所述的微孔尖晶石的比例在耐火磚成品中所佔的質量比為1%~50%。
優選的，步驟1）所述的微孔尖晶石的比例在耐火磚成品中所佔的質量比為17%~22%。優選的微孔尖晶石的比例能夠得到性能最佳的耐火磚成品，磚體內氣孔孔徑大小均勻、細密，不但使耐火磚成品強度達到最大，體積密度也接近本發明所能達到的最小值。
所述的微孔尖晶石的製備工藝為：取主原料、主原料重量1.1~1.4倍的水、主原料重量0.5%~4%的發泡劑，研磨得到泥漿；泥漿經濾水、真空擠出、乾燥、燒結，即得微孔尖晶石；所述主原料的重量份組成為：氧化鋁50~70份、輕燒鎂15~50份、菱鎂礦0~15份。
本發明提供的微孔尖晶石的製備工藝中以輕燒鎂全部或部分代替傳統方法中的菱鎂礦，能夠製得與重燒鎂砂適應性更好的微孔尖晶石，改善燒結後所得磚體的結晶形態，使同密度的磚體的高溫抗折強度更高。
所述的燒結中燒結溫度在1600℃~1680℃，保溫時間30~45分鐘。
本發明提供了一種溼法燒結的微孔尖晶石生產方法，將氧化鋁、輕燒鎂和菱鎂礦加入一定的水進行溼混，由於水分子在研磨中沿著物料毛細管壁或微裂紋擴散至狹窄地區，對裂紋的四壁產生約0.1mpa的壓力，使得物料更容易劈裂開，另外還可以促進各種原料和發泡劑分布均勻，使其中菱鎂礦不粘磨機壁，從而所磨泥漿粒度更細；本發明採用的燒結法微孔尖晶石生產工藝所得的尖晶石體積密度可以25%，最可幾氣孔孔徑<2um，而傳統的緻密燒結或者電熔尖晶石的最可幾氣孔孔徑在80~100um。該溼法燒結生產的微孔尖晶石，由於加水共磨所得泥漿顆粒較細(典型值500目)，使得在製備微孔尖晶石時的燒結溫度降低50℃~150℃，減少了保溫時間，大大節約產品生產成本。所得該微孔尖晶石在本發明中降低了耐火磚的熱導率，降低了熱損耗，達到了更好的保溫隔熱性能；
步驟3）的乾燥條件能夠適應本發明工藝需求，提高磚體強度。
經過不斷優化配置最終獲得低導熱鎂鋁尖晶石磚。所檢測的典型物理性能與傳統鎂鋁尖石磚進行了對比。
微孔尖晶石與重燒鎂砂混煉，壓機成型，燒結最終生成一種體密低，強度高，導熱係數低的新型的鎂鋁尖晶石鹼性耐火磚。本發明提供的溼法燒結的微孔尖晶石，將氧化鋁、輕燒鎂和菱鎂礦加入一定的水進行溼混，可以促進各種原料和發泡劑分布均勻，使其中菱鎂礦不粘磨機壁，從而所磨泥漿粒度更細；本發明採用真空擠泥機成型，可使微孔尖晶石泥料中孔徑尺寸由原來的幾十微米降低到幾微米，同時也使泥料組成更加均勻，可塑性和密度均得到增加，保證了成型後坯體強度。本發明採用本發明燒結生產方法微孔尖晶石生產工藝所得的產品，體積密度大大減小，氣孔率較傳統工藝提高一個數量級，氣孔孔徑大小均勻細密。採用本發明溼法燒結生產方法生產微孔尖晶石，解決了傳統幹法生產環境差、勞動強度大等問題；採用本發明溼法燒結生產方法生產微孔尖晶石，由於加水共磨所得泥漿顆粒較細，大大降低燒結溫度，大大節約產品成本，從而更具有市場競爭力。
附圖說明
圖1是本發明的低導熱鎂鋁尖晶石耐火磚的顯微鏡觀察照片；1是方鎂石；2是微孔尖晶石。
具體實施方式
下面結合具體實施例本發明做進一步說明，其中實施例1為最佳實施例。
實施例1
1）將重燒鎂砂和製得的微孔尖晶石按照78：22的質量比幹混後再加水以及結合劑進行溼混；其中，微孔尖晶石體積密度為2.45g/cm3，氣孔率在26%，最可幾氣孔孔徑在1.7um；重燒鎂砂和微孔尖晶石的粒度級配包括粉料和顆粒料，粒度分布遵循安卓森方程，
,
式中，udp為累計篩下百分數，%；dpmax=4mm；q=1/2；
2）然後使用壓力機打壓成半成品磚坯，在烘乾窯內80℃~120℃條件下烘乾後進入隧道窯在1480℃下燒成，微孔尖晶石的比例在耐火磚成品中所佔的質量比為22%。
實施例2
1）將重燒鎂砂製得的微孔尖晶石按照83：17的質量比幹混後再加水以及結合劑進行溼混；其中，微孔尖晶石體積密度為2.3g/cm3，氣孔率在28%，最可幾氣孔孔徑在1.5um；重燒鎂砂和微孔尖晶石的粒度級配包括粉料和顆粒料，粒度分布遵循安卓森方程，
,
式中，udp為累計篩下百分數，%；dpmax=4mm；q=1/3；
2）然後使用壓力機打壓成半成品磚坯，在烘乾窯內80℃~120℃條件下烘乾後進入隧道窯在1460℃下燒成，微孔尖晶石的比例在耐火磚成品中所佔的質量比為17%。
表1：各實施例和對比例物理性能
表2：將樣品磚熱面插入電爐爐膛內（溫度1200℃）保溫24小時，然後通過紅外線測溫儀測試耐火磚從熱面傳遞到冷麵的溫度。可以看到傳遞到低導熱鎂鋁尖晶石磚冷麵溫度比傳統鎂鋁尖晶石磚低了大約60℃左右。
從實施例與傳統鎂鋁尖晶石磚的性能對比可以看出本發明實現了在低密度的情況下大大的提高高溫抗折強度，並降低導熱係數。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非是對本發明作其它形式的限制，任何熟悉本專業的技術人員可能利用上述揭示的技術內容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬於本發明技術方案的保護範圍。