專利名稱：一種不沾鋁耐火材料顆粒及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐火材料顆粒及其制備方法，尤其是涉及一種不沾鋁耐火材料顆粒及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著我國對有色金屬需求的迅猛增長，有色冶煉廠不斷采用新工藝和新技術(shù)，使有色冶金爐的大型化和高效化以適應(yīng)時代要求，這就使得耐火材料的使用條件愈來愈苛刻，對耐火材料提出了許多新的要求，耐火材料的選用已成為生產(chǎn)中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一， 有色冶金窯爐中金屬液接觸部位均采用致密高質(zhì)量耐火材料。以鋁冶金為例，熔鋁爐采用常用的致密高鋁礬土、電熔氧化鋁、燒結(jié)氧化鋁等原材料，外加碳化硅、鈦酸鋁、氟化鈣、硫酸鋇等防滲劑，不但成本高昂，而且導(dǎo)熱系數(shù)高，熱量損失嚴重；若采用輕質(zhì)原料和低成本高硅原料則易出現(xiàn)滲鋁或與鋁熔液反應(yīng)，性能難以滿足生產(chǎn)所需。若這些原料表面涂敷一層抗鋁溶液滲透或反應(yīng)等氟化鈣，硫酸鋇，鈦酸鋁，就能很好地解決這些問題。此外在有色冶金中輕引入質(zhì)骨料作為爐料，可大幅度降低制品導(dǎo)熱系數(shù)，減少能耗，有利于貫徹執(zhí)行國家節(jié)能減排重大戰(zhàn)略，并能大幅度提高制品熱震性能， 延長使用壽命，降低使用成本。輕質(zhì)骨料表面氟化鈣，硫酸鋇，鈦酸鋁化還可大幅度提高其耐壓強度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種不沾鋁耐火材料顆粒及其制備方法，利用耐火材料顆粒，表面材料為氟化鈣、硫酸鋇、鈦酸鋁，并使其具有不沾鋁特性的方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一、一種不沾鋁耐火材料顆粒—種不沾鋁耐火材料顆粒，其特征在于在耐火材料顆粒表面覆蓋有一層鈦酸鋁、 氟化鈣或硫酸鋇涂層。所述的耐火材料顆粒為致密耐火材料顆粒或輕質(zhì)耐火材料顆粒，耐火材料顆粒尺寸為I微米 15厘米。所述的致密耐火材料顆粒為硅石、熔融石英、蠟石、焦寶石、黏土熟料、高鋁礬土、 燒結(jié)剛玉、電熔剛玉、尖晶石，燒結(jié)鎂砂、電熔鎂砂、鎂橄欖石、蛇紋石、硅線石，玄武巖、鐵渣、鉻鐵渣或鋼渣。所述的輕質(zhì)耐火材料顆粒為氧化鋁空心球、剛玉空心球、鎂鋁尖晶石空心球、鋁鈣空心球、漂珠、陶粒、珍珠巖或膨脹蛭石。所述覆蓋氟化鈣、硫酸鋇或鈦酸鋁時，氟化鈣、硫酸鋇或鈦酸鋁占不沾鋁耐火材料顆粒質(zhì)量分數(shù)的O. 05 50% ;二、一種不沾鋁耐火材料顆粒的制備方法，具體有以下三種方法I、當不沾鋁耐火材料表面覆蓋有鈦酸鋁層時的步驟如下
(I)配料采購市售或制備鈦鋁復(fù)合溶膠、鈦溶膠或鈦酸鋁粉體漿料備用；成分指標要求如下A鈦鋁復(fù)合溶膠:Ti4+濃度為O. 2 O. 3mol/L，Al3+濃度為O. 2 O. 3mol/L的鈦鋁復(fù)合溶膠；溶膠中加入摩爾分數(shù)為I. 6 6%的Mg2+為穩(wěn)定劑；或加入摩爾分數(shù)為3 5% 的Mg2+和摩爾分數(shù)為O. 4 O. 8%的Ce4+為穩(wěn)定劑；或只加入摩爾分數(shù)為I. 6 3. 3%的 Fe3+為穩(wěn)定劑；B鈦溶膠Ti4+濃度為O. 2 O. 3mol/L的溶膠，溶膠中加入摩爾分數(shù)為3. 7 13% 的Mg2+為穩(wěn)定劑；或加入摩爾分數(shù)為7 10%的Mg2+和摩爾分數(shù)為O. 9 I. 7%的Ce4+為穩(wěn)定劑；或加入摩爾分數(shù)為3. 8 7%的Fe3+作為穩(wěn)定劑；C鈦酸鋁粉體漿料組成為質(zhì)量分數(shù)為40 50%的Al2O3和50 60%的TiO2 ;其中加入質(zhì)量分數(shù)為I 4% MgO為穩(wěn)定劑；或加入質(zhì)量分數(shù)為I 4%的MgO和質(zhì)量分數(shù)為 I 3%的CeO2混合物為穩(wěn)定劑；或加入質(zhì)量分數(shù)為3 8% Fe2O3為穩(wěn)定劑；或加入質(zhì)量分數(shù)為O. 5 2%的ZrO2為穩(wěn)定劑；(2)表面涂敷，有以下二種方法2. I將耐火材料顆粒浸泡在鈦鋁復(fù)合溶膠或鈦溶膠或鈦酸鋁粉體漿料中，浸泡過程中不斷攪拌，浸泡時間為O. 5 60min,取出后烘干； 2. 2將鈦鋁復(fù)合溶膠或鈦溶膠或鈦酸鋁粉體漿料噴涂在耐火材料顆粒表面直至完全濕潤，烘干即可；(3)熱處理將浸泡或噴涂好鈦鋁復(fù)合溶膠，鈦溶膠和鈦酸鋁粉體漿料的耐火材料顆粒置于 1250 1450°C的熱處理爐中保溫I 4小時，隨爐降溫，完成制備。2、當不沾鋁耐火材料顆粒表面覆蓋有氟化鈣層時的步驟如下(I)配料制備含氟化合物水溶液、含鈣化合物水溶液，氟化鈣溶膠或氟化鈣粉體漿料備用； 其具體成分指標為含氟化合物水溶液質(zhì)量分數(shù)為2 48% ;含鈣化合物水溶液質(zhì)量分數(shù)為5 55% ;氟化鈣溶膠中氟化鈣溶膠質(zhì)量分數(shù)為5 25% ;氟化鈣粉體漿料中氟化鈣質(zhì)量分數(shù)含量為10 30% ;(2)表面涂敷，有以下五種方法2. I將耐火材料顆粒浸泡在含氟化合物水溶液中，烘干；然后再將已采用含氟化合物水溶液處理過的耐火材料再浸泡在含鈣化合物水溶液中生成氟化鈣層，清洗之后烘干;2. 2將含氟化合物水溶液噴涂在耐火材料顆粒的表面至濕潤，烘干；然后再將含鈣化合物水溶液噴涂在已采用含氟化合物水溶液處理過的耐火材料顆粒的表面生成氟化鈣，清洗之后烘干；2. 3將氟化鈣溶膠噴在耐火材料顆粒的表面至完全濕潤，烘干；2. 4將耐火材料顆粒浸泡在氟化鈣溶膠中，浸泡過程中不斷攪拌，浸泡時間為 O. 5 60min,取出后烘干；2. 5直接將氟化鈣粉體漿料噴在耐火材料顆粒的表面直至完全濕潤，烘干即可；
(3)熱處理將表面涂有一層氟化鈣的耐火材料顆粒置于800 1200°C的熱處理爐中保溫I 4小時，隨爐降溫，完成制備。所述的氟化合物水溶液為氟化銨水溶液、氟化鈉水溶液或氟化鉀水溶液；所述的含鈣化合物水溶液為硝酸鈣水溶液或氯化鈣水溶液。3、當不沾鋁耐火材料顆粒表面覆蓋有硫酸鋇層時的步驟如下(I)配料制備含硫酸根化合物水溶液、含鋇化合物水溶液，硫酸鋇溶膠或硫酸鋇粉體漿料備用；具體成分指標為含硫酸根化合物水溶液質(zhì)量分數(shù)為5 42. 9%;含鋇化合物水溶液質(zhì)量分數(shù)為3 26% ;硫酸鋇溶膠中硫酸鋇質(zhì)量分數(shù)為5 25% ;硫酸鋇粉體漿料中硫酸鋇質(zhì)量分數(shù)為10 30% ；(2)表面涂敷，有以下五種方法2. I將耐火材料顆粒浸泡在含硫酸根化合物水溶液中，烘干；然后再將已采用含硫酸根化合物水溶液處理過的耐火材料再浸泡在含鋇化合物水溶液中生成硫酸鋇層，清洗之后烘干；2. 2將含硫酸根化合物水溶液噴涂在耐火材料顆粒的表面至濕潤，烘干；然后再將含鋇化合物水溶液噴涂在已采用含硫酸根化合物水溶液處理過的耐火材料顆粒的表面生成硫酸鋇，清洗之后烘干；2. 3將硫酸鋇溶膠噴在耐火材料顆粒的表面至完全濕潤，烘干；2. 4將耐火材料顆粒浸泡在硫酸鋇溶膠中，浸泡過程中不斷攪拌，浸泡時間為 O. 5 60min,取出后烘干；2. 5直接將硫酸鋇粉體漿料噴在耐火材料顆粒的表面直至完全濕潤，烘干即可；(3)熱處理將表面涂有一層硫酸鋇的耐火材料顆粒置于600 900°C的熱處理爐中保溫I 4小時，隨爐降溫，完成制備。所述的含硫酸根化合物水溶液為硫酸銨水溶液、硫酸鉀水溶液或硫酸鈉水溶液； 所述的含鋇化合物水溶液為硝酸鋇水溶液或氯化鋇水溶液。本發(fā)明具有的有益效果是采用表面涂敷氟化鈣，硫酸鋇，鈦鋁復(fù)合溶膠的方法進行表面改性。氟化鈣，硫酸鋇和鈦鋁復(fù)合溶膠附著在耐火材料顆粒的表面，并進入縫隙，裂紋和孔洞中，干燥后氟化鈣，硫酸鋇，鈦鋁復(fù)合溶膠分布在耐火材料顆粒表面，縫隙和晶粒之間。在受熱的條件下氟化鈣，硫酸鋇，鈦酸鋁耐火材料顆粒燒結(jié)。由于氟化鈣，硫酸鋇，鈦鋁復(fù)合溶膠有對鋁不浸潤特性，因而經(jīng)過處理的耐火材料顆粒對鋁不浸潤。而氟化鈣，硫酸鋇，鈦鋁復(fù)合溶膠進入耐火材料顆粒裂紋和孔洞之中，高溫燒結(jié)后能修補裂紋和孔洞，從而提高耐火材料顆粒的耐壓強度。


圖I未處理前的不定型耐火材料顆粒分布圖。圖2處理后的不定型耐火材料顆粒圖。
圖3處理后的球形耐火材料顆粒圖。圖中1、不定型耐火材料顆粒，2、耐火材料顆粒表面涂層3、球型耐火材料顆粒。
具體實施例方式實施例I (鈦溶膠)先配好鈦溶膠Ti4+濃度為O. 2 O. 3mol/L的溶膠，溶膠中加入摩爾分數(shù)為3. 7 13%的Mg2+為穩(wěn)定劑；或加入摩爾分數(shù)為7 10%的Mg2+和摩爾分數(shù)為O. 9 I. 7%的Ce4+ 為穩(wěn)定劑；或加入摩爾分數(shù)為3. 8 7%的Fe3+作為穩(wěn)定劑。然后把需在表面形成鈦酸鋁涂層的耐火材料顆粒放入溶膠中浸泡O. 5 60分鐘之后烘干或?qū)⑷苣z噴涂在需在表面形成鈦酸鋁涂層的耐火材料顆粒表面至濕潤后烘干，然后將處理后的耐火材料顆粒放入高溫爐中熱處理，熱處理溫度為1250 1450°C，保溫時間I 4小時，得到表面有鈦酸鋁涂層的耐火材料顆粒，由于鈦酸鋁具備不沾鋁特性，所以處理后的耐火材料具備不沾鋁特性。具體實施方案見表I。未處理前的不定型耐火材料顆粒分布如圖1，其中I是硅石、熔融石英、 蠟石、焦寶石、黏土熟料、高鋁礬土、燒結(jié)剛玉、電熔剛玉、尖晶石、燒結(jié)鎂砂、電熔鎂砂、鎂橄欖石、鎂白云石、蛇紋石、硅線石、玄武巖、鐵渣、鋼渣、鉻鐵渣或膨脹蛭石。用該方法所得表面有一層氟化鈣的形狀不規(guī)則的耐火材料顆粒其局部剖視圖如圖2，其中2是硅石、熔融石英、蠟石、焦寶石、黏土熟料、高鋁礬土、燒結(jié)剛玉、電熔剛玉、尖晶石、燒結(jié)鎂砂、電熔鎂砂、 鎂橄欖石、鎂白云石、蛇紋石、硅線石、玄武巖、鐵渣、鋼渣、鉻鐵渣或膨脹蛭石基體，3是氟化鈣層；用該方法所得表面有一層氟化鈣的球形耐火材料顆粒其局部剖視圖如圖3，其中3是氟化鈣層，4是氧化鋁空心球、剛玉空心球、鎂鋁尖晶石空心球、鋁鈣空心球或漂珠基體。表I鈦溶膠改性耐火材料顆粒在不同溫度下處理
權(quán)利要求
1.一種不沾鋁耐火材料顆粒，其特征在于在耐火材料顆粒表面覆蓋有一層鈦酸鋁、 氟化鈣或硫酸鋇涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種不沾鋁耐火材料顆粒，其特征在于所述的耐火材料顆粒為致密耐火材料顆粒或輕質(zhì)耐火材料顆粒，耐火材料顆粒尺寸為I微米 15厘米。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種不沾鋁耐火材料顆粒，其特征在于所述的致密耐火材料顆粒為硅石、熔融石英、蠟石、焦寶石、黏土熟料、高鋁礬土、燒結(jié)剛玉、電熔剛玉、尖晶石， 燒結(jié)鎂砂、電熔鎂砂、鎂橄欖石、蛇紋石、硅線石，玄武巖、鐵渣、鉻鐵渣或鋼渣。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種不沾鋁耐火材料顆粒，其特征在于所述的輕質(zhì)耐火材料顆粒為氧化鋁空心球、剛玉空心球、鎂鋁尖晶石空心球、鋁鈣空心球、漂珠、陶粒、珍珠巖或膨脹蛭石。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種不沾鋁耐火材料顆粒，其特征在于所述覆蓋氟化鈣、硫酸鋇或鈦酸鋁時，氟化鈣、硫酸鋇或鈦酸鋁占不沾鋁耐火材料顆粒質(zhì)量分數(shù)的O. 05 50%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種不沾鋁耐火材料顆粒的制備方法，其特征在于，當不沾鋁耐火材料表面覆蓋有鈦酸鋁層時的步驟如下(1)配料采購市售或制備鈦鋁復(fù)合溶膠、鈦溶膠或鈦酸鋁粉體漿料備用；成分指標要求如下A鈦鋁復(fù)合溶膠Ti4+濃度為O. 2^0. 3mol/L, Al3+濃度為O. 2 O. 3mol/L的鈦鋁復(fù)合溶膠；溶膠中加入摩爾分數(shù)為I. 6 6%的Mg2+為穩(wěn)定劑；或加入摩爾分數(shù)為3 5%的 Mg2+和摩爾分數(shù)為O. 4 O. 8%的Ce4+為穩(wěn)定劑；或只加入摩爾分數(shù)為I. 6 3. 3%的Fe3+ 為穩(wěn)定劑；B鈦溶膠Ti4+濃度為O. 2 O. 3mol/L的溶膠，溶膠中加入摩爾分數(shù)為3. 7 13%的 Mg2+為穩(wěn)定劑；或加入摩爾分數(shù)為7 10%的Mg2+和摩爾分數(shù)為O. 9 I. 7%的Ce4+為穩(wěn)定劑；或加入摩爾分數(shù)為3. 8 7%的Fe3+作為穩(wěn)定劑；C鈦酸鋁粉體漿料組成為質(zhì)量分數(shù)為40 50%的Al2O3和50 60%的TiO2 ;其中加入質(zhì)量分數(shù)為I 4%MgO為穩(wěn)定劑；或加入質(zhì)量分數(shù)為I 4%的MgO和質(zhì)量分數(shù)為I 3%的CeO2混合物為穩(wěn)定劑；或加入質(zhì)量分數(shù)為3 8% Fe2O3為穩(wěn)定劑；或加入質(zhì)量分數(shù)為 O. 5 2%的ZrO2為穩(wěn)定劑；(2)表面涂敷，有以下二種方法2. I將耐火材料顆粒浸泡在鈦鋁復(fù)合溶膠或鈦溶膠或鈦酸鋁粉體漿料中，浸泡過程中不斷攪拌，浸泡時間為O. 5飛Omin，取出后烘干；2. 2將鈦鋁復(fù)合溶膠或鈦溶膠或鈦酸鋁粉體漿料噴涂在耐火材料顆粒表面直至完全濕潤，烘干即可；(3)熱處理將浸泡或噴涂好鈦鋁復(fù)合溶膠，鈦溶膠和鈦酸鋁粉體漿料的耐火材料顆粒置于 1250 1450°C的熱處理爐中保溫I 4小時，隨爐降溫，完成制備。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種不沾鋁耐火材料顆粒的制備方法，其特征在于，當不沾鋁耐火材料顆粒表面覆蓋有氟化鈣層時的步驟如下(I)配料制備含氟化合物水溶液、含鈣化合物水溶液，氟化鈣溶膠或氟化鈣粉體漿料備用；其具體成分指標為含氟化合物水溶液質(zhì)量分數(shù)為2 48% ;含鈣化合物水溶液質(zhì)量分數(shù)為5 55% ;氟化鈣溶膠中氟化鈣溶膠質(zhì)量分數(shù)為5 25% ;氟化鈣粉體漿料中氟化鈣質(zhì)量分數(shù)含量為10 30% ；(2)表面涂敷，有以下五種方法.2. I將耐火材料顆粒浸泡在含氟化合物水溶液中，烘干；然后再將已采用含氟化合物水溶液處理過的耐火材料再浸泡在含鈣化合物水溶液中生成氟化鈣層，清洗之后烘干；.2. 2將含氟化合物水溶液噴涂在耐火材料顆粒的表面至濕潤，烘干；然后再將含鈣化合物水溶液噴涂在已采用含氟化合物水溶液處理過的耐火材料顆粒的表面生成氟化鈣，清洗之后烘干；.2. 3將氟化鈣溶膠噴在耐火材料顆粒的表面至完全濕潤，烘干；.2. 4將耐火材料顆粒浸泡在氟化鈣溶膠中，浸泡過程中不斷攪拌，浸泡時間為O.5 60min,取出后烘干；.2. 5直接將氟化鈣粉體漿料噴在耐火材料顆粒的表面直至完全濕潤，烘干即可；(3)熱處理將表面涂有一層氟化鈣的耐火材料顆粒置于800 1200°C的熱處理爐中保溫I 4小時，隨爐降溫，完成制備。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種不沾鋁耐火材料顆粒的制備方法，其特征在于所述的氟化合物水溶液為氟化銨水溶液、氟化鈉水溶液或氟化鉀水溶液；所述的含鈣化合物水溶液為硝酸鈣水溶液或氯化鈣水溶液。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種不沾鋁耐火材料顆粒的制備方法，其特征在于，當不沾鋁耐火材料顆粒表面覆蓋有硫酸鋇層時的步驟如下(1)配料制備含硫酸根化合物水溶液、含鋇化合物水溶液，硫酸鋇溶膠或硫酸鋇粉體漿料備用； 具體成分指標為含硫酸根化合物水溶液質(zhì)量分數(shù)為5 42. 9% ;含鋇化合物水溶液質(zhì)量分數(shù)為3 26% ;硫酸鋇溶膠中硫酸鋇質(zhì)量分數(shù)為5 25% ;硫酸鋇粉體漿料中硫酸鋇質(zhì)量分數(shù)為10 30% ；(2)表面涂敷，有以下五種方法.2. I將耐火材料顆粒浸泡在含硫酸根化合物水溶液中，烘干；然后再將已采用含硫酸根化合物水溶液處理過的耐火材料再浸泡在含鋇化合物水溶液中生成硫酸鋇層，清洗之后烘干；.2. 2將含硫酸根化合物水溶液噴涂在耐火材料顆粒的表面至濕潤，烘干；然后再將含鋇化合物水溶液噴涂在已采用含硫酸根化合物水溶液處理過的耐火材料顆粒的表面生成硫酸鋇，清洗之后烘干；.2. 3將硫酸鋇溶膠噴在耐火材料顆粒的表面至完全濕潤，烘干；.2. 4將耐火材料顆粒浸泡在硫酸鋇溶膠中，浸泡過程中不斷攪拌，浸泡時間為O.5 60min,取出后烘干；.2.5直接將硫酸鋇粉體漿料噴在耐火材料顆粒的表面直至完全濕潤，烘干即可；(3)熱處理將表面涂有一層硫酸鋇的耐火材料顆粒置于600 900°C的熱處理爐中保溫I 4小時，隨爐降溫，完成制備。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種不沾鋁耐火材料顆粒的制備方法，其特征在于所述的含硫酸根化合物水溶液為硫酸銨水溶液、硫酸鉀水溶液或硫酸鈉水溶液；所述的含鋇化合物水溶液為硝酸鋇水溶液或氯化鋇水溶液。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種不沾鋁耐火材料顆粒及其制備方法。通過制備含氟化合物水溶液、含鈣化合物水溶液、氟化鈣溶膠和氟化鈣粉體漿料，制備含硫酸根化合物水溶液、含鋇化合物水溶液、硫酸鋇溶膠和硫酸鋇粉體漿料，制備鈦鋁復(fù)合溶膠、鈦溶膠和鈦酸鋁粉體漿料后；分別對耐火材料顆粒進行表面涂敷和熱處理，使耐火材料顆粒表面覆蓋有一層氟化鈣、硫酸鋇或鈦酸鋁涂層。由于氟化鈣，硫酸鋇，鈦酸鋁有對鋁不浸潤特性，因而經(jīng)過處理的耐火材料顆粒對鋁不浸潤。而氟化鈣，硫酸鋇，鈦酸鋁進入耐火材料顆粒裂紋和孔洞之中，高溫燒結(jié)后能修補裂紋和孔洞，從而提高耐火材料顆粒的耐壓強度。
文檔編號C04B35/66GK102584272SQ20121000715
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者傅曉云 申請人:傅曉云