[发明专利]一种方镁石-铁铝尖晶石耐火材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域。具体涉及一种方镁石-铁铝尖晶石耐火材料及其制备方法。

背景技术

从20世纪60年代开始，直接结合镁铬砖便以其优良的高温性能而广泛应用于水泥窑烧成带，但镁铬砖在使用时会产生有毒的Cr⁶⁺。为了解决传统镁铬砖引起的环境污染问题，无铬碱性耐火材料已成为人们研究的重点。目前，替代镁铬砖的无铬碱性耐火材料主要有方镁石-镁铝尖晶石砖和方镁石-铁铝尖晶石砖等。方镁石-镁铝尖晶石砖具有较高的荷重软化温度、较高的高温强度和较好的热震稳定性(Journal of the European Ceramic Society，2004，24：2079-2085)，但其窑皮的附着性差，抗碱、硫、氯和熟料等侵蚀能力较差。方镁石-铁铝尖晶石砖虽有很好的窑皮的附着性、较高的耐火度、较好的热震稳定性和较强的抗碱、硫、氯和熟料等侵蚀能力(RHI，Bull，2003，1：25～28)，但其关键材料——铁铝尖晶石在生产时存在一些问题：由于铁铝尖晶石需在一定的CO分压下生成，用烧结法生产难以控制，因此，多用电熔法合成，但在熔制过程中，如果配料向氧化铁含量高的方向偏移，容易产生过多的液相，这导致铁铝尖晶石生产控制较难；在现有的电熔铁铝尖晶石制备工艺中，如以Al₂O₃和Fe为原料通过电熔法制备铁铝尖晶石时(Journal of Magnetism and Magnetic Materials，2003，264：264-274)，反应过程难以控制，且反应不够充分；以分析纯的Al₂O₃粉、分析纯Fe₂O₃粉和铁鳞为原料通过电熔法制备铁铝尖晶石时(硅酸盐通报，2007，26(5)：1003-1006)，虽然工艺简单，但分析纯的Al₂O₃粉和分析纯Fe₂O₃粉价格太高，致使成本太高，不适合大规模工业化生产。铁铝尖晶石的组成波动较大和质量不稳定，导致产品性能较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种既具有较高的窑皮附着性、较高的耐火度、良好的抗碱、硫、氯和熟料等侵蚀能力，又具有较高的荷重软化温度、较高的高温强度和较好的热震稳定性的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：将80～98wt％的镁砂和2～20wt％的铁铝尖晶石-刚玉复合材料进行混合，外加上述混合料3～8wt％的结合剂，将上述原料搅拌均匀，机压成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥8～36小时，然后在1450～1650℃条件下烧成，保温4～15小时，即得方镁石-铁铝尖晶石耐火材料。

所述的铁铝尖晶石-刚玉复合材料(CN200910272184.6)的制备方法是：先以34～44wt％的Fe₂O₃粉、55～65wt％的Al₂O₃粉和0.5～3wt％的轻烧镁砂粉为混合料，外加混合料0.5～4wt％的碳粉；或再外加混合料0.5～3wt％的结合剂，搅拌均匀，成型，坯体经110℃条件下干燥4～24小时，放入三相电弧炉内，或直接将原料搅拌均匀后放入三相电弧炉内；然后采用90～220V电压电熔，当原料或坯体全部熔融后，继续熔炼25～60分钟；或将熔炼后的高温合成料在电弧炉中冷却24～48小时，或将熔炼后的高温合成料导入水冷罐中冷却23～46小时，取出破碎至所需粒度，即得铁铝尖晶石-刚玉复合材料。

所述的镁砂为电熔镁砂、烧结镁砂中的一种以上，MgO含量＞93wt％，粒径为0～8mm。

所述的结合剂为亚硫酸纸浆废液和氯化镁水溶液中的一种以上。

由于采用上述技术方案，本发明以镁砂为主，与申请人申请的“一种电熔铁铝尖晶石-刚玉复合材料及其制备方法(专利申请号：CN200910272184.6)”专利技术相结合，制得以方镁石为主要相成分、铁铝尖晶石相为次成分、并含有少量镁铝尖晶石相的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料。所制备的方镁石-铁铝尖晶石耐火材料的气孔率为15.0～18.0％、的体积密度为2.90～3.10g/cm³、常温耐压强度为40～100MPa、高温抗折强度(1400℃×30min)为1.5～5.0MPa、热膨胀(1500℃)为1.80～2.15％、荷重软化温度(0.2MPa×0.6％)大于1600℃、热震性(1100℃，水冷)为6～20次。