[发明专利]一种轻质六铝酸钙－镁铝尖晶石复合微孔耐火骨料及制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及耐火材料领域所用的一种耐火骨料，尤其涉及一种轻质耐火浇注料用的六铝酸钙－镁铝尖晶石复合微孔耐火骨料以及制备方法。

背景技术

耐火材料由于对高温介质良好的抗侵蚀性，以及具有保温隔热的性能，在冶金、石化、玻璃等高温行业被广泛使用。随着我国对节能降耗的重视程度不断提高，具有良好保温隔热效果的轻质耐火材料得到了更多的研究与发展。其中，轻质耐火浇注料由于具有施工便利、生产成本低，以及衬体的整体结构性好等优势，而受到了特别的关注。

轻质耐火浇注料根据使用温度的不同可分为三大类。一是普通隔热材料，其使用温度通常低于1200℃；二是高级隔热材料，使用温度通常高于1500℃，；三是介于前述二者之间的隔热材料，其使用温度在1200～1500℃之间。其中，第三类隔热耐火材料在钢铁与石化行业应用得更为广泛。通常可使用的耐火材料主要为Al₂O₃-SiO₂系材料，但这类耐火材料在石化行业使用时，由于所处还原气氛或碱性环境的影响，会导致耐火材料的损毁加剧，从而使得材料的使用寿命降低。另外，由于传统的轻质耐火浇注料中气孔尺寸较大，孔径多处于毫米级，这样当该材料在高温环境中使用时，由于辐射传热与对流传热的加剧，会使耐火材料的导热系数升高，进而降低了耐火材料的隔热保温效果，增大了热能的流失，加大了生产成本。

为此，需要开发新型的适用于轻质耐火浇注料的高性能耐火骨料，使其能够在高温还原气氛与碱性环境中稳定使用，且材料内部的气孔孔径要尽可能低，以利于提高材料使用寿命并降低能耗的损失。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题存在的不足，提供一种轻质的六铝酸钙－镁铝尖晶石复合微孔耐火骨料以及它的制备方法。

本发明所采用的技术方案是：这种轻质六铝酸钙－镁铝尖晶石复合微孔骨料以石灰、菱镁矿和工业氢氧化铝作为起始物料，再外加入占起始料总重量百分比为3~6%的结合剂。起始物料的重量百分比为：石灰3%~7%、菱镁矿12%~18%、工业氢氧化铝75%~85%。然后经湿法共磨，机压成形，坯体经干燥后进行煅烧，烧后产物经破碎后得到该轻质六铝酸钙－镁铝尖晶石复合微孔耐火骨料。

原料中所述的石灰中CaO含量大于99%；菱镁矿中MgCO₃含量大于98%。工业氢氧化铝中，Al(OH)₃的含量大于98%；所用的结合剂为糊精。起始物料在湿式筒磨机内磨细混匀，混好的物料经干燥后，加入结合剂，在压力机上用20~30MPa的压力压制成尺寸为230mm×114mm×65mm的坯体，坯体先经自然干燥，再于干燥窑内在100℃~180℃的温度下充分干燥。干燥后的坯体放于隧道窑内在1400℃~1600℃的温度下煅烧，煅烧后得到的成品再经破碎成合适的粒度，就得到本发明所述的轻质六铝酸钙－镁铝尖晶石复合微孔骨料。

本发明的原理在于利用CaO的水化反应，以形成Ca(OH)₂。Ca(OH)₂与MgCO₃、Al(OH)₃在高温下发生反应，形成一种化学性质稳定、性能优异的六铝酸钙与镁铝尖晶石的复合相。六铝酸钙本身具有较低的导热系数(1.7W·(m·K)^-1)、低的热膨胀系数（8.0×10^-6m·k^-1）及优良的化学稳定性，在还原气氛与碱性环境中可稳定使用。镁铝尖晶石熔点高（2135℃），热膨胀系数小（8.9×10^-6m·k^-1），热震稳定性好，对侵蚀介质的抵抗性非常强。六铝酸钙与镁铝尖晶石的热膨胀系数相当，二者可以任何比例配合而不影响其体积稳定性。六铝酸钙－镁铝尖晶石的复合材料兼具了六铝酸钙与镁铝尖晶石各自的优点，使其能在高温还原气氛或碱性环境中稳定使用，且具有良好的抗热震性。此外，在所采用的起始物料中，Ca(OH)₂、MgCO₃及Al(OH)₃都可在一定的温度下发生分解，放出H₂O或CO₂，而在材料内部形成气孔，可提高材料的气孔率，且形成的气孔孔径微小，绝大部分处于微米级，从而降低了六铝酸钙－镁铝尖晶石复合材料的导热系数，提升了这种复合材料的保温隔热性能，有利于热能损耗的减少；添加剂促进了复合料中的晶型转化与晶体生长。

本发明中，轻质六铝酸钙与镁铝尖晶石复合微孔耐火骨料的制备方法为：