[发明专利]一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于尖晶石耐火原料技术领域，具体涉及一种含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。

背景技术

镁铝尖晶石（MA）是一种熔点高、热膨胀系数小（热膨胀系数(20~1000℃)为7.6×10^-6℃^-1）、热导率低（1000℃为5.82W/( m·K)）、耐磨损、还原气氛下体积稳定性优良、抗K₂O的硫酸盐侵蚀性强和抗Na₂O的硫酸盐侵蚀性强的材料。

方镁石-尖晶石砖具有良好的热震稳定性，以及抗碱、氯、硫侵蚀性好等优点，是水泥窑用无铬碱性耐火材料未来发展的趋势。但是方镁石-尖晶石砖也存在弱点，即砖体粘挂窑皮性能较差，且砖中尖晶石组分在过热条件下易于水泥熟料中的C₃S或C₃A反应生成低熔点的C₁₂A₇，尖晶石与水泥熟料组分中C₃S和C₃A反应如下：

MA_(brick)+C₃S+L_{(liquid phase)}→C₁₂A_{7(Mayenite phase)}+M+C₂S+L_{(liquid phase)}；

MA_(brick)+L_C3A{Ca,Al,Si,Fe}→C₁₂A_{7(Mayenite phase)}+M+ L_{(liquid phase)}。

故导致窑皮烧流，造成尖晶石矿物的蚀损，以上不足限制了它在水泥回转窑烧成带的使用。

水泥回转窑的窑皮是由水泥熟料或粉尘自液相或半液相变成固体形成的。回转窑的窑皮具有保护耐火砖，降低高温、熟料液相及窑内气氛对耐火砖的剥落和侵蚀损毁，同时窑皮可以储存热能，降低回转窑的热损失。水泥回转窑由于服役龄期长，要求水泥回转窑用耐火砖具有良好的粘挂窑皮性能。

研究具有优异的粘挂窑皮性能和良好的高温使用性能的尖晶石耐火原料，解决目前水泥窑用方镁石-尖晶石砖使用中存在的问题，实现水泥窑用耐火材料的长寿化和加快水泥行业的节能降耗，成为耐火材料行业的一项重要课题。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种粘挂窑皮性能优异和高温使用性能良好的含钙尖晶石耐火原料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先将55~75wt%的氧化铝原料、20 ~40wt%的氧化镁原料和1~10wt%的生白云石共磨，烘干，混练，挤压成坯体；将坯体在110~200℃条件下保温12~48小时；再置入高温窑，在1600~1850℃条件下煅烧，然后将煅烧后的产物破碎，即得含钙尖晶石耐火原料。

所述氧化铝原料为工业氧化铝、氢氧化铝、氧化铝微粉中的一种以上；氧化铝中的Al₂O₃含量≥96wt%，粒径≤1mm。

所述氧化镁原料为轻烧氧化镁、氢氧化镁、菱镁矿中的一种以上；氧化镁中的MgO含量≥96wt%，粒径≤1mm。

所述生白云石为市售矿物原料，生白云石的CaO₃·MgCO₃含量≥98wt%，粒径≤1mm。

所述共磨的设备为球磨机，共磨后的混合料粒径≤0.088mm占90%以上。

所述混练是在烘干的混合料中加入混合料3~5wt%的有机结合剂进行混合；有机结合剂为羧甲基纤维素、甲基纤维素、聚乙烯醇、木质素磺酸钙中的一种以上。

由于采用上述技术方案，本发明利用镁铝尖晶石中引入的CaO制备出含一种以上含钙物相的复相镁铝尖晶石原料。采用含钙尖晶石耐火原料所制备的方镁石-尖晶石砖在水泥回转窑烧成带使用过程中，利用水泥熟料中的C₃A等液相或半液相与复相尖晶石原料中含钙物相在高温下发生化学反应，原位生成具有较高熔点的铝酸钙系化合物，而不是低熔点的C₁₂A₇，覆盖在方镁石-尖晶石砖砖体表面，减少了水泥熟料与该砖体的接触面积，有效缓冲水泥熟料中的液相对窑皮的剥落；同时，该砖中的镁铝尖晶石原料所含的弹性含钙物相能吸收热应力，进一步提高了方镁石-尖晶石砖的抗热震性能。