[发明专利]一种钛增强刚玉系耐火材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种钛增强刚玉系材料及制备方法，属于耐火材料领域。产品是通过化学成分和物理组成的调控从金属铝还原金红石精矿后的渣中，制备钛增强刚玉合成原料。所使用的金红石矿物中Fe含量较高，得到的金属为钛铁合金，通过电熔减少渣中的金属夹杂。产品的主要化学成分(以正价氧化物含量表示)为Al₂O₃和TiO₂，有少量MgO、Fe₂O₃、CaO，SiO₂，Na₂O。主晶相刚玉，次晶相三氧化二钛。其它物相为尖晶石和六铝酸钙。显气孔率在≤10％；体积密度在3.5‑3.9g/cm³之间。产品实现了矿渣的高效利用，得到了一种具有高性能和高应用价值的耐火材料。同时具有环保意义和经济价值。

技术领域

本发明涉及制备一种新型耐火材料，尤其涉及一种钛增强刚玉耐火材料制备方法，属于耐火材料领域。

背景技术

金属钛因具有密度小、比强度高、耐腐蚀性好等优点，在航空航天、石油、化工、冶金等众多领域都有重要应用。它的制备方法有很多种，常见的有卤化钛还原分解法、钛化合物电解法、氧化钛还原法。其中氧化钛还原法是在TiO₂富集物料中，添加比钛更活泼的金属，实现氧化钛的脱氧。金属铝来源广，价格低，常被选用为金属钛生产过程中的还原剂。通过高温下的反应TiO₂+Al＝Ti+Al₂O₃来实现金属钛的冶炼。金属钛熔点较低会与高熔点的反应渣Al₂O₃和未反应的TiO₂分离，因Al₂O₃熔点过高，会夹杂大量的金属钛，在冶炼过程中会添加石灰，生成铝酸钙低熔点相，减少金属夹杂。

用上述方法冶炼金属钛产生的矿渣含钛铝酸钙的应用价值较低，不利于环保要求的二次利用。本发明涉及的金属钛冶炼过程，以金属铝为还原剂，但不在生产过程中添加石灰水，而是将Al₂O₃、TiO₂、金属Ti混合的矿渣在高温电炉下加热，以减少金属钛的夹杂。以此得到一种钛增强的刚玉材料。

在刚玉系材料中添加TiO₂，可以得到钛酸铝增强相。该相熔点高、线膨胀系数低，对金属铝液、钢液、铜渣和钢渣具有优良的抗侵蚀性以及抗碱性材料腐蚀。在刚玉系材料中添加金属钛，在氮气低氧分压条件下可生成非氧化物增强相TiC、TiN和Ti(C,N)。这些相都具有熔点高、热膨胀系数小、化学稳定性高、耐腐蚀、与金属润湿性差等优点。即在刚玉系材料中添加TiO₂或金属钛对材料性能有较大提升。但TiO₂和金属钛价格都相对昂贵，该复合材料成本较高。

发明内容

本发明旨在制备出一种钛增强刚玉系耐火材料及制备方法。产品是通过化学成分和物理组成的调控从金属铝还原金红石精矿后的渣中，制备钛增强刚玉合成原料。所使用的金红石矿物中Fe含量较高，得到的金属为钛铁合金。产品的主要化学成分为Al₂O₃和TiO₂，有少量Fe₂O₃和MgO等。产品实现了矿渣的高效利用，得到了一种具有高性能和高应用价值的耐火材料。同时具有环保意义和经济价值。

一种钛增强刚玉系耐火材料，其特征在于：材料由Al₂O₃，TiO₂，MgO，Fe₂O₃，CaO，SiO₂，Na₂O组成，其中：