本發明屬于鎂質耐火材料技術領域。具體涉及一種高溫窯爐用鎂質耐火材料及其制備方法。
背景技術：
鎂質耐火材料是重要的堿性耐火材料，是高溫窯爐不可少的內襯材料。隨著鋼鐵、水泥、玻璃、化工等工業的日益發展，世界各國在研究開發鎂質耐火材料新品種、改進和提高產品質量、延長使用壽命和降低耐火材料消耗等方面取得了長足發展。
鎂質耐火材料的耐火度高，對堿性渣和鐵渣有很好的抵抗性，在冶金行業中，主要用于平爐、電爐、氧化轉爐、水泥窯、有色金屬冶煉爐和堿性耐火材料的煅燒窯等。但是，采用現有技術方案制備的鎂質耐火材料亦存在抗熱震性能、抗滲透性能較差等不足，是鎂質耐火材料作為高溫窯爐內襯更為廣泛應用的主要障礙。
技術實現要素：
本發明旨在克服現有技術的不足，目的是提供一種生產成本低的高溫窯爐用鎂質耐火材料的制備方法，用該方法制備的高溫窯爐用鎂質耐火材料強度高、耐高溫性能優良、抗侵蝕性能優異和紅外反射率高。
為實現上述目的，本發明采用的技術方案的具體步驟是：
步驟一、將30~50wt%的含鋁原料、20~40wt%的含稀土原料、1~10wt%的表面活性劑、1~10wt%的添加劑和1~10wt%的含鋁溶液混合均勻，球磨，于80~110℃條件下烘干12~24小時，在50~100MPa條件下壓制成型；然后在800~1300℃條件下熱處理3~6小時，破碎，研磨，篩分，得到粒度小于0.045mm的A物料。
步驟二、將30~50wt%的所述A物料、1~10wt%的所述表面活性劑、1~10wt%的所述添加劑和40~60wt%的所述含鋁溶液混合均勻，球磨，即得混合料漿。
步驟三、將20~40wt%的所述含鋁原料、1~10wt%的含鋅原料、20~40wt%的所述含稀土原料、1~10wt%的含鈦原料和10~30wt%的所述A物料混合均勻，球磨，在50~100MPa條件下壓制成型，于還原氣氛和800~1300℃條件下熱處理3~6小時；然后依次在所述混合料漿中真空浸漬2~6小時和在含鋁溶液中真空浸漬2~6小時，再于1200~1500℃條件下熱處理3~6小時，破碎，研磨，篩分，得到粒度小于0.088mm的B物料和粒度為0.088~3mm的C物料。
步驟四、將50~70wt%的鎂砂、10~20wt%的所述A物料、1~10wt%的所述B物料、10~20wt%的所述C物料、1~10wt%的所述含鋅原料、1~10wt%的鎂鹽和1~10wt%的所述混合料漿混合均勻，在120~180MPa條件下壓制成型；然后升溫至800~1200℃，熱處理3~6小時，再升溫至1400~1700℃，熱處理3~6小時，制得高溫窯爐用鎂質耐火材料。
所述含鋁原料的粒度小于0.088mm；所述含鋁原料為水合氧化鋁或為氫氧化鋁，其中：水合氧化鋁中SiO2的含量小于0.3wt%，氫氧化鋁中Al(OH)3的含量大于99wt%。
所述含稀土原料的粒度小于0.088mm；所述含稀土原料為氫氧化釤或為氫氧化釹，其中：氫氧化釤中Sm(OH)3的含量大于99wt%，氫氧化釹中Nd(OH)3的含量大于99wt%。
所述含鋅原料的粒度小于0.088mm；所述含鋅原料為碳酸鋅或為硫酸鋅，其中：碳酸鋅中ZnCO3的含量大于99wt%，硫酸鋅中ZnSO4的含量大于99wt%。
所述含鈦原料的粒度小于0.088mm；所述含鈦原料為偏鈦酸或為鈦白粉，其中：偏鈦酸中TiO(OH)2的含量大于99wt%，鈦白粉中TiO2的含量大于99wt%。
所述表面活性劑為十二烷基二甲基甜菜堿或為丙烯酸甲酯。
所述添加劑為羥乙基纖維素或為羧甲基纖維素。
所述含鋁溶液為鋁溶膠或為聚氯化鋁的水溶液，所述含鋁溶液的濃度為25~30wt%。
所述還原氣氛為氫氣氣氛或為一氧化碳氣氛。
所述真空浸漬的真空度為0.01~0.06MPa。
所述鎂砂的粒度小于5 mm；所述鎂砂為電熔鎂砂或為燒結鎂砂，所述鎂砂中MgO的含量大于96wt%。
所述鎂鹽的粒度小于0.088mm；所述鎂鹽為草酸鎂或為碳酸鎂，其中：草酸鎂中MgC2O4·2H2O的含量大于99wt%，碳酸鎂中MgCO3的含量大于99wt%。
由于采用上述技術方案，本發明與現有技術相比具有如下積極效果：
本發明所采用的原料來源廣泛，生產成本低。本發明通過對各步驟中的氣氛、原料粒度、成型壓力和熱處理等工序的嚴格控制，既有利于不同原料顆粒的均化和各種原料顆粒之間的緊密接觸，也為微結構的形成提供了合理空間，所制備的高溫窯爐用鎂質耐火材料耐壓強度大、抗侵蝕性優異和紅外反射率高。
本發明制備的高溫窯爐用鎂質耐火材料：耐壓強度大于100MPa；紅外反射率大于0.8。
因此，本發明生產成本低，所制備的高溫窯爐用鎂質耐火材料耐壓強度大、耐高溫性能優良、抗侵蝕性能優異和紅外反射率高。
具體實施方式
下面結合具體實施方式對本發明作進一步的描述，并非對其保護范圍的限制。
為避免重復，先將本具體實施方式所涉及的物料統一描述如下，實施例中不再贅述：
所述含鋁原料的粒度小于0.088mm；所述水合氧化鋁中SiO2的含量小于0.3wt%，所述氫氧化鋁中Al(OH)3的含量大于99wt%。
所述含稀土原料的粒度小于0.088mm；所述氫氧化釤中Sm(OH)3的含量大于99wt%，所述氫氧化釹中Nd(OH)3的含量大于99wt%。
所述含鋅原料的粒度小于0.088mm；所述碳酸鋅中ZnCO3的含量大于99wt%，所述硫酸鋅中ZnSO4的含量大于99wt%。
所述含鈦原料的粒度小于0.088mm；所述偏鈦酸中TiO(OH)2的含量大于99wt%，所述鈦白粉中TiO2的含量大于99wt%。
所述含鋁溶液的濃度為25~30wt%。
所述鎂砂的粒度小于5mm；所述鎂砂中MgO的含量大于96wt%。
所述鎂鹽的粒度小于0.088mm；所述草酸鎂中MgC2O4·2H2O的含量大于99wt%，所述碳酸鎂中MgCO3的含量大于99wt%。
所述真空浸漬的真空度為0.01~0.06MPa。
實施例1
一種高溫窯爐用鎂質耐火材料及其制備方法。本實施例所述制備方法的具體步驟是：
步驟一、將30~40wt%的含鋁原料、30~40wt%的含稀土原料、1~10wt%的表面活性劑、1~10wt%的添加劑和1~10wt%的含鋁溶液混合均勻，球磨，于80~100℃條件下烘干12~24小時，在50~100MPa條件下壓制成型；然后在800~1100℃條件下熱處理3~6小時，破碎，研磨，篩分，得到粒度小于0.045mm的A物料。
步驟二、將30~40wt%的所述A物料、1~10wt%的所述表面活性劑、1~10wt%的所述添加劑和50~60wt%的所述含鋁溶液混合均勻，球磨，即得混合料漿。
步驟三、將20~30wt%的所述含鋁原料、1~10wt%的含鋅原料、30~40wt%的所述含稀土原料、1~10wt%的含鈦原料和10~20wt%的所述A物料混合均勻，球磨，在50~100MPa條件下壓制成型，于還原氣氛和800~1100℃條件下熱處理3~6小時；然后依次在所述混合料漿中真空浸漬2~6小時和在含鋁溶液中真空浸漬2~6小時，再于1200~1400℃條件下熱處理3~6小時，破碎，研磨，篩分，得到粒度小于0.088mm的B物料和粒度為0.088~3mm的C物料。
步驟四、將50~60wt%的鎂砂、15~20wt%的所述A物料、1~10wt%的所述B物料、10~20wt%的所述C物料、1~10wt%的所述含鋅原料、1~10wt%的鎂鹽和1~10wt%的所述混合料漿混合均勻，在120~180MPa條件下壓制成型；然后升溫至800~1100℃，熱處理3~6小時，再升溫至1400~1600℃，熱處理3~6小時，制得高溫窯爐用鎂質耐火材料。
本實施例中：
所述含鋁原料為水合氧化鋁；
所述含稀土原料為氫氧化釤；
所述含鋅原料為碳酸鋅；
所述含鈦原料為偏鈦酸；
所述表面活性劑為十二烷基二甲基甜菜堿；
所述添加劑為羥乙基纖維素；
所述含鋁溶液為鋁溶膠；
所述還原氣氛為氫氣氣氛；
所述鎂砂為電熔鎂砂；
所述鎂鹽為草酸鎂。
本實施例制備的高溫窯爐用鎂質耐火材料：耐壓強度大于105MPa；紅外反射率大于0.8。
實施例2
一種高溫窯爐用鎂質耐火材料及其制備方法。本實施例除下述物料外，其余同實施例1：
所述含鋁原料為氫氧化鋁；
所述含稀土原料為氫氧化釹；
所述含鋅原料為硫酸鋅；
所述含鈦原料為鈦白粉；
所述表面活性劑為丙烯酸甲酯；
所述添加劑為羧甲基纖維素；
所述含鋁溶液為聚氯化鋁的水溶液；
所述還原氣氛為一氧化碳氣氛；
所述鎂砂為燒結鎂砂；
所述鎂鹽為碳酸鎂。
本實施例制備的高溫窯爐用鎂質耐火材料：耐壓強度大于100MPa；紅外反射率大于0.8。
實施例3
一種高溫窯爐用鎂質耐火材料及其制備方法。本實施例所述制備方法的具體步驟是：
步驟一、將40~50wt%的含鋁原料、20~30wt%的含稀土原料、1~10wt%的表面活性劑、1~10wt%的添加劑和1~10wt%的含鋁溶液混合均勻，球磨，于90~110℃條件下烘干12~24小時，在50~100MPa條件下壓制成型；然后在1000~1300℃條件下熱處理3~6小時，破碎，研磨，篩分，得到粒度小于0.045mm的A物料。
步驟二、將40~50wt%的所述A物料、1~10wt%的所述表面活性劑、1~10wt%的所述添加劑和40~50wt%的所述含鋁溶液混合均勻，球磨，即得混合料漿。
步驟三、將30~40wt%的所述含鋁原料、1~10wt%的含鋅原料、20~30wt%的所述含稀土原料、1~10wt%的含鈦原料和20~30wt%的所述A物料混合均勻，球磨，在50~100MPa條件下壓制成型，于還原氣氛和1000~1300℃條件下熱處理3~6小時；然后依次在所述混合料漿中真空浸漬2~6小時和在含鋁溶液中真空浸漬2~6小時，再于1300~1500℃條件下熱處理3~6小時，破碎，研磨，篩分，得到粒度小于0.088mm的B物料和粒度為0.088~3mm的C物料。
步驟四、將60~70wt%的鎂砂、10~15wt%的所述A物料、1~10wt%的所述B物料、10~20wt%的所述C物料、1~10wt%的所述含鋅原料、1~10wt%的鎂鹽和1~10wt%的所述混合料漿混合均勻，在120~180MPa條件下壓制成型；然后升溫至900~1200℃，熱處理3~6小時，再升溫至1500~1700℃，熱處理3~6小時，制得高溫窯爐用鎂質耐火材料。
本實施例中：
所述含鋁原料為氫氧化鋁；
所述含稀土原料為氫氧化釹；
所述含鋅原料為硫酸鋅；
所述含鈦原料為鈦白粉；
所述表面活性劑為丙烯酸甲酯；
所述添加劑為羧甲基纖維素；
所述含鋁溶液為聚氯化鋁的水溶液；
所述還原氣氛為一氧化碳氣氛；
所述鎂砂為燒結鎂砂；
所述鎂鹽為碳酸鎂。
本實施例制備的高溫窯爐用鎂質耐火材料：耐壓強度大于105MPa；紅外反射率大于0.8。
實施例4
一種高溫窯爐用鎂質耐火材料及其制備方法。本實施例除下述物料外，其余同實施例3：
所述含鋁原料為水合氧化鋁；
所述含稀土原料為氫氧化釤；
所述含鋅原料為碳酸鋅；
所述含鈦原料為偏鈦酸；
所述表面活性劑為十二烷基二甲基甜菜堿；
所述添加劑為羥乙基纖維素；
所述含鋁溶液為鋁溶膠；
所述還原氣氛為氫氣氣氛；
所述鎂砂為電熔鎂砂；
所述鎂鹽為草酸鎂。
本實施例制備的高溫窯爐用鎂質耐火材料：耐壓強度大于105MPa；紅外反射率大于0.8。
本具體實施方式與現有技術相比具有如下積極效果：
本具體實施方式所采用的原料來源廣泛，生產成本低；本具體實施方式通過對各步驟中的氣氛、原料粒度、成型壓力和熱處理等工序的嚴格控制，既有利于不同原料顆粒的均化和各種原料顆粒之間的緊密接觸，也為微結構的形成提供了合理空間，所制備的高溫窯爐用鎂質耐火材料耐壓強度大、抗侵蝕性優異和紅外反射率高。
本具體實施方式制備的高溫窯爐用鎂質耐火材料：耐壓強度大于100MPa；紅外反射率大于0.8。
因此，本具體實施方式生產成本低，所制備的高溫窯爐用鎂質耐火材料耐壓強度大、耐高溫性能優良、抗侵蝕性能優異和紅外反射率高。