一種Al2O3‑TiO2‑CaO系復相隔熱耐火材料及其製備方法與流程
2023-05-01 01:52:51
本發明屬於復相隔熱耐火材料技術領域。具體涉及一種Al2O3-TiO2-CaO系復相隔熱耐火材料及其製備方法。
背景技術：
隔熱耐火材料是高溫工業窯爐節能降耗的關鍵功能材料，低導熱、高強度等功能化要求已經成為隔熱耐火材料的發展趨勢。
Al2O3-TiO2-CaO三元體系所形成的複合材料具有熱膨脹係數低、導熱係數小和強度大等優良特點，適於作為隔熱耐火材料的原料。
目前，隔熱耐火材料的製備以發泡法、化學法和燒失法為主。發泡法製備工藝較複雜，對發泡劑的選擇和泡沫的強度等要求較高，如「一種莫來石質輕質耐火材料及其製備方法」(201510186484.8)；化學法則難以穩定控制化學反應造孔的速率；燒失法所引入的燒失物難以分散均勻，導致所製備的隔熱耐火材料強度較低。
技術實現要素：
本發明旨在克服現有技術缺陷，目的在於提供一種成本低廉、工藝簡單和成品率高的Al2O3-TiO2-CaO系復相隔熱耐火材料的製備方法，用該方法製備的Al2O3-TiO2-CaO系復相隔熱耐火材料的體積密度低、耐壓強度大和導熱係數小。
為實現上述目的，本發明所採用的製備方法的具體步驟是：
第一步、按鈦鐵渣細粉︰石灰石細粉︰ρ-氧化鋁微粉的質量比為100︰(1～4)︰(3～8)配料，球磨至粒度≤80μm，製得混合料。
第二步、在30～40℃的水浴條件下，按鈦酸四丁酯∶聚乙二醇400∶水的質量比為1∶(0.1～0.3)∶(20～25)，將鈦酸四丁酯、聚乙二醇400和水置入容器中，超聲分散15～20分鐘，製得混合液。
第三步、按所述混合料∶所述混合液的質量比為100∶(10～15)，向所述混合料中加入所述混合液，攪拌3～5分鐘，加入模具，振動成型，在150～180℃條件下乾燥6～12小時，製得乾燥後的坯料。
第四步、將乾燥後的坯料置於馬弗爐中，在1450～1500℃條件下保溫40～60分鐘，隨爐自然冷卻，即得Al2O3-TiO2-CaO系復相隔熱耐火材料。
所述鈦鐵渣細粉為冶煉鈦鐵合金所產生的爐渣，鈦鐵渣細粉的主要化學成分是：Al2O3含量為70～75wt％，TiO2含量為10～15wt％，CaO含量為5～8wt％；所述鈦鐵渣細粉的粒度為90～100μm。
所述石灰石細粉的CaCO3含量≥95wt％；石灰石細粉的粒度為90～100μm。
所述ρ-氧化鋁微粉的Al2O3含量≥98wt％；ρ-氧化鋁微粉的粒度為90～100μm。
所述鈦酸四丁酯為化學純。
所述聚乙二醇400為化學純。
由於採用上述技術方案，本發明與現有技術相比具有以下優點：
1、本發明以冶煉鈦鐵合金所產生的爐渣為主要原料，通過結合劑的水解作用形成網絡包覆，不僅成本低廉和工藝簡單，且能提高Al2O3-TiO2-CaO系復相隔熱耐火材料的強度。
2、本發明利用原料組分的分解反應原位形成固-固結合，降低了隔熱耐火材料的體積密度，提高了Al2O3-TiO2-CaO系復相隔熱耐火材料的成品率。
本發明所製備的Al2O3-TiO2-CaO系復相隔熱耐火材料經檢測：成品率為99.2～99.7％；體積密度為0.88～0.93g·cm-3；耐壓強度為9～14MPa；導熱係數為0.18～0.23W·m-1·K-1。
因此，本發明具有成本低廉、工藝簡單和成品率高的特點；所製備的Al2O3-TiO2-CaO系復相隔熱耐火材料體積密度低、耐壓強度大和導熱係數小。
具體實施方式
下面結合具體實施方式對本發明作進一步的描述，並非對其保護範圍的限制。
本具體實施方式中：
所述鈦鐵渣細粉為冶煉鈦鐵合金所產生的爐渣，鈦鐵渣細粉的主要化學成分是：Al2O3含量為70～75wt％，TiO2含量為10～15wt％，CaO含量為5～8wt％；所述鈦鐵渣細粉的粒度為90～100μm。
所述石灰石細粉的CaCO3含量≥95wt％；石灰石細粉的粒度為90～100μm。
所述ρ-氧化鋁微粉的Al2O3含量≥98wt％；ρ-氧化鋁微粉的粒度為90～100μm。
所述鈦酸四丁酯為化學純。
所述聚乙二醇400為化學純。
實施例中不再贅述。
實施例1
一種Al2O3-TiO2-CaO系復相隔熱耐火材料及其製備方法。本實施例所述製備方法的具體步驟是：
第一步、按鈦鐵渣細粉︰石灰石細粉︰ρ-氧化鋁微粉的質量比為100︰(1～3)︰(3～5)配料，球磨至粒度≤80μm，製得混合料。
第二步、在30～40℃的水浴條件下，按鈦酸四丁酯∶聚乙二醇400∶水的質量比為1∶(0.1～0.25)∶(20～22)，將鈦酸四丁酯、聚乙二醇400和水置入容器中，超聲分散15～20分鐘，製得混合液。
第三步、按所述混合料∶所述混合液的質量比為100∶(10～12)，向所述混合料中加入所述混合液，攪拌3～5分鐘，加入模具，振動成型，在150～180℃條件下乾燥6～12小時，製得乾燥後的坯料。
第四步、將乾燥後的坯料置於馬弗爐中，在1450～1470℃條件下保溫40～60分鐘，隨爐自然冷卻，即得Al2O3-TiO2-CaO系復相隔熱耐火材料。
本實施例所製備的Al2O3-TiO2-CaO系復相隔熱耐火材料經檢測：成品率為99.2～99.4％；體積密度為0.88～0.90g·cm-3；耐壓強度為9～11MPa；導熱係數為0.18～0.20W·m-1·K-1。
實施例2
一種Al2O3-TiO2-CaO系復相隔熱耐火材料及其製備方法。本實施例所述製備方法的具體步驟是：
第一步、按鈦鐵渣細粉︰石灰石細粉︰ρ-氧化鋁微粉的質量比為100︰(1～3)︰(4～6)配料，球磨至粒度≤80μm，製得混合料。
第二步、在30～40℃的水浴條件下，按鈦酸四丁酯∶聚乙二醇400∶水的質量比為1∶(0.1～0.25)∶(21～23)，將鈦酸四丁酯、聚乙二醇400和水置入容器中，超聲分散15～20分鐘，製得混合液。
第三步、按所述混合料∶所述混合液的質量比為100∶(11～13)，向所述混合料中加入所述混合液，攪拌3～5分鐘，加入模具，振動成型，在150～180℃條件下乾燥6～12小時，製得乾燥後的坯料。
第四步、將乾燥後的坯料置於馬弗爐中，在1460～1480℃條件下保溫40～60分鐘，隨爐自然冷卻，即得Al2O3-TiO2-CaO系復相隔熱耐火材料。
本實施例所製備的Al2O3-TiO2-CaO系復相隔熱耐火材料經檢測：成品率為99.3～99.5％；體積密度為0.89～0.91g·cm-3；耐壓強度為10～12MPa；導熱係數為0.19～0.21W·m-1·K-1。
實施例3
一種Al2O3-TiO2-CaO系復相隔熱耐火材料及其製備方法。本實施例所述製備方法的具體步驟是：
第一步、按鈦鐵渣細粉︰石灰石細粉︰ρ-氧化鋁微粉的質量比為100︰(2～4)︰(5～7)配料，球磨至粒度≤80μm，製得混合料。
第二步、在30～40℃的水浴條件下，按鈦酸四丁酯∶聚乙二醇400∶水的質量比為1∶(0.15～0.3)∶(22～24)，將鈦酸四丁酯、聚乙二醇400和水置入容器中，超聲分散15～20分鐘，製得混合液。
第三步、按所述混合料∶所述混合液的質量比為100∶(12～14)，向所述混合料中加入所述混合液，攪拌3～5分鐘，加入模具，振動成型，在150～180℃條件下乾燥6～12小時，製得乾燥後的坯料。
第四步、將乾燥後的坯料置於馬弗爐中，在1470～1490℃條件下保溫40～60分鐘，隨爐自然冷卻，即得Al2O3-TiO2-CaO系復相隔熱耐火材料。
本實施例所製備的Al2O3-TiO2-CaO系復相隔熱耐火材料經檢測：成品率為99.4～99.6％；體積密度為0.90～0.92g·cm-3；耐壓強度為11～13MPa；導熱係數為0.20～0.22W·m-1·K-1。
實施例4
一種Al2O3-TiO2-CaO系復相隔熱耐火材料及其製備方法。本實施例所述製備方法的具體步驟是：
第一步、按鈦鐵渣細粉︰石灰石細粉︰ρ-氧化鋁微粉的質量比為100︰(2～4)︰(6～8)配料，球磨至粒度≤80μm，製得混合料。
第二步、在30～40℃的水浴條件下，按鈦酸四丁酯∶聚乙二醇400∶水的質量比為1∶(0.15～0.3)∶(23～25)，將鈦酸四丁酯、聚乙二醇400和水置入容器中，超聲分散15～20分鐘，製得混合液。
第三步、按所述混合料∶所述混合液的質量比為100∶(13～15)，向所述混合料中加入所述混合液，攪拌3～5分鐘，加入模具，振動成型，在150～180℃條件下乾燥6～12小時，製得乾燥後的坯料。
第四步、將乾燥後的坯料置於馬弗爐中，在1480～1500℃條件下保溫40～60分鐘，隨爐自然冷卻，即得Al2O3-TiO2-CaO系復相隔熱耐火材料。
本實施例所製備的Al2O3-TiO2-CaO系復相隔熱耐火材料經檢測：成品率為99.5～99.7％；體積密度為0.91～0.93g·cm-3；耐壓強度為12～14MPa；導熱係數為0.21～0.23W·m-1·K-1。
本具體實施方式與現有技術相比具有以下優點：
1、本具體實施方式以冶煉鈦鐵合金所產生的爐渣為主要原料，通過結合劑的水解作用形成網絡包覆，不僅成本低廉和工藝簡單，且能提高Al2O3-TiO2-CaO系復相隔熱耐火材料的強度。
2、本具體實施方式利用原料組分的分解反應原位形成固-固結合，降低了隔熱耐火材料的體積密度，提高了Al2O3-TiO2-CaO系復相隔熱耐火材料的成品率。
本具體實施方式所製備的Al2O3-TiO2-CaO系復相隔熱耐火材料經檢測：成品率為99.2～99.7％；體積密度為0.88～0.93g·cm-3；耐壓強度為9～14MPa；導熱係數為0.18～0.23W·m-1·K-1。
因此，本具體實施方式具有成本低廉、工藝簡單和成品率高的特點；所製備的Al2O3-TiO2-CaO系復相隔熱耐火材料體積密度低、耐壓強度大和導熱係數小。