细晶粒铝锆复合耐火原料制造技术

一种细晶粒铝锆复合耐火原料，其特征在于：所述耐火原料的配方为：　　　　脱硅锆　　３０－７３％　　　　工业氧化铝　　２７－７０％　　　　镁砂　　０－１０％　　　　其中脱硅锆中氧化锆的含量为８５－９２％，镁砂中氧化镁含量为９７％，该配方中氧化镁的总含量为０．２－１０％，二氧化硅的总含量为０．５－１．５％，氧化锆总含量为３０－６０％，三氧化二铝总含量为３０－６５％，所述耐火原料的原晶粒尺寸约２－４μｍ。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是用于制备方镁石镁铝尖晶石耐火材料和高级熔铸AZS耐火材料的的一种新型耐火原料。
技术介绍
2.1方镁石镁铝尖晶石材料镁铬质材料使用中将产生含剧毒、致癌和严重污染环境的含六价铬物质。从而，方镁石—镁铝尖晶石耐火材料得到了发展。第1代方镁石(M)镁铝尖晶石(MA)材料在制砖时加入Al2O3，通过原位反应生成MA-M基质结合M颗粒的组织。因生成MA伴随约10％的体积变化，耐火砖的性能不佳。第2代尖晶石砖加入预合成MA颗粒，形成M基质结合MA和M颗粒的组织。因抗热震性好且无碱侵蚀和氧化还原问题，这种材料已广泛用于水泥窑的过渡带。但因大量引入氧化铝，第2代尖晶石砖的抗侵蚀性不佳。第3代尖晶石砖的特征是砖内含两部分尖晶石。一部分MA以预合成颗粒形式加入；另一部分则以氧化铝细粉的方式加入，在烧成时通过原位反应形成MA。因存在MA的粗粒，可以形成微裂纹和提高抗热震性；因基质中存在MA，导热率被降低，挂窑皮性也有所改善。第3代尖晶石砖用较低的氧化铝掺量获得了较好的抗热震性和可以勉强接受的隔热性，减少了受侵蚀时产生的铝酸盐矿物，从而可以作为烧成带的主体材料。然而，Cr2O3可以在耐火材料中可以增大液相对耐火相的润湿角，提高直接结合程度，当受CaO侵蚀时可以提高出现液相的温度，还可以生成低膨胀的镁铬尖晶石，形成方镁石—镁铬尖晶石—微裂纹复相结构，使镁铬质材料具有良好的荷重软化温度、高温强度、抗侵蚀性、热震稳定性、较低的导热率和较好的挂窑皮性。镁铝尖晶石并不完全具备这些优点。所以，第3代方镁石镁铝尖晶石材料替代镁铬质耐火材料仍难于推广。中国专利CN 1321620采用复合添加氧化铝和氧化锆微粉的方式制备了方镁石尖晶石耐火材料。该技术的不足之处是尽管氧化锆和侵入的氧化钙优先反应，因氧化铝和氧化锆粒子各不相关地分散于耐火材料之中。氧化锆不能有效地起到保护原位生成的镁铝尖晶石粒子的作用。美国专利6261983在制备方镁石镁铝尖晶石材料时使用了铝锆复合原料。依该专利第13条，铝锆复合原料的尺寸应小于150目(对应尺寸≥104μm)。该技术的主要缺陷是铝锆复合原料是用慢速冷却方法生产的，晶粒尺寸较大。如进一步粉碎，氧化铝—氧化锆的复合结构便被破坏。添加经过细粉碎的粗晶复合原料和和同时添加氧化铝和氧化锆粉体没有多大差别，复合也就失去了意义。中国专利CN1413941叙述了一种制备电熔镁铝锆合成料生产方法以重量份为例含菱镁矿石料177～192份，氧化铝粉4～8.2份，氧化锆2～7份，将上述各原料加入电弧炉中通电加温熔化，再在电弧炉中冷却降温24～48小时，凝固成块，或熔炼后的高温合成料液浇铸倒入碳砖容器或水冷罐中冷却，然后将冷却成块的合成料擂碎，分选，及粉碎加工。该种方法制出的复合原料不仅晶粒粗大，而且原料的成分是以氧化镁为主的，氧化铝合氧化锆仅占少量，该专利和本技术没有关系。2.2熔铸AZS耐火材料生产氧化锆含量大于33％的熔铸AZS耐火材料时必须加入氧化锆。氧化锆的熔点高达2600℃。电炉的熔炼温度为1900℃。氧化锆—氧化铝的最低共熔点为1860℃，成分是60％的氧化铝，40％的氧化锆。熔炼中加入的氧化锆或含氧化锆85％以上的脱硅锆一部分将熔入熔池；另一部分将沉入熔池底部，再通过十分缓慢地熔解进入AZS熔体。熔炼的时间长，电耗高，产品的化学成分波动，物理化学性能指标难于被控制。因此，用易于熔解的铝锆复合原料代替氧化锆或现有的脱硅锆将减少熔炼时间和电耗，并对稳定产品成分和性能有很大好处。
技术实现思路
本专利技术的目的是制备细晶粒的铝锆复合耐火原料，以便利用该种原料制备复合铝锆粉体，或者加快这种原料的熔解速度。脱硅锆含氧化锆85-92％，氧化铝13-6％，仅含有4％以下的杂质，价格也只有氧化锆的30-40％。本专利技术采用脱硅锆为原料以降低成本，同时利用脱硅锆带入的杂质便于熔解、吹球和制得细晶粒产品。第二使用0.2-10％的氧化镁作为助熔剂。氧化镁为方镁石-镁铝尖晶石耐火材料的主要成分。制备铝锆复合原料时，加入氧化镁将大大有利于熔解、吹球和降低电耗，又不影响产品的纯度。第三是采用压缩空气冲击倒出电炉的熔体流股，将其击碎成0.5-3mm的小球，从而实现快速冷却，并制得平均粒径小于5μm的细晶粒铝锆复合耐火原料。有了这种原料才可以制得尺寸小于88μm且同时含有氧化铝和氧化锆的耐火材料粉体，使用这一价格较低粉体不仅可以提高耐火材料的抗热震性，而且还将大大有利于改善方镁石镁铝尖晶石材料的抗侵蚀性、挂窑皮性和隔热性能，从而显著提高材料的性能/价格比值，增强产品的竞争力。生产AZS熔铸材料时使用这种原料将有利于提高产量、合格率和产品的质量。本专利技术所述耐火原料的配方为脱硅锆 30-73％工业氧化铝 27-70％镁砂 0-10％其中脱硅锆系以锆英石为主要原料，添加适量氧化铝，利用碳热还原法制得的耐火原料，其中氧化锆的含量为85-92％，镁砂中氧化镁含量为97％，该配方中氧化镁的总含量为0.2-10％，二氧化硅的总含量为0.5-1.5％，二氧化锆总含量为30-60％，三氧化二铝总含量为30-65％。4实施例4.1实施例1原料的配比为脱硅锆176kg，工业氧化铝234kg。原料的化学成分含量请见表1表1原料化学成分 配合完成后，将配合料混合均匀，然后装入料斗用天车送至炉前平台。所用三相电弧炉的容量为1.5吨，电炉直径1.8米，深度1.2米，石墨电极直径200毫米，极心圆直径650毫米。开炉前检查水、电、油、气，在炉底铺好碎电极块，一切准备就绪后进行起弧操作。下降电极，接电起弧。炉温达到1500度后，分批加入配合料。每隔10分钟加一次料，每次加料约100公斤，最后一批料加完后精炼20分钟，总计60分钟。熔炼电压为180V，电流3000A。熔炼完毕后，将熔体倒出电弧炉，同时开启压缩空气喷吹。压缩空气将熔流迅速击碎成直径为0.5-3mm的小球，快速冷却得以实现，但有约25％物料不能被压缩空气击碎。经显微镜检验，氧化铝和氧化锆混合均匀，原晶尺寸约2-4μm，复合原料被粉碎至直径为20μm的颗粒后，每个粉体粒子都均匀地含有氧化铝和氧化锆。该种原料以3％掺量加入镁铝尖晶石砖后，抗热震性提高30-50％；取代全部脱硅锆用于电熔AZS砖生产时，提高熔解速度10％。4.2实施例2原料的配比为脱硅锆173kg，工业氧化铝228kg，MgO97％的镁砂粉9kg。％，用和实施列1相同的方式生产出铝锆复合原料。原料中氧化铝和氧化锆混合均匀，原晶尺寸约2-4μm，不能被压缩空气击碎的物料从实施例1的25％下降至10％，产品的得率有了很大的提高。该种原料以3％掺量加入镁铝尖晶石砖后，抗热震性提高30-50％。本专利技术的主要优点是晶粒细小、化学纯度适中、价格较低、熔解速度快、制备方便。该原料用于制备方镁石—镁铝尖晶石材料可以显著改善所制材料的抗热震性、导热性和挂窑皮性；用于制备AZS熔铸材料则可以减少熔炼时间、降低电耗，防止成分偏析，从而可以制得高级AZS熔铸耐火材料。本专利技术所述技术能够顺利实现，原料的熔解快，生产的时间短，电能的消耗低，工艺过程易于被控制。产出的物质具有晶粒细小，氧化铝和氧化锆分布均匀，化学纯度适中和价格较低的特点。因此，本专利技术成功实现了细晶粒铝锆复本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王杰曾，袁林，刘锡俊，曾鲁举，王志武，
申请(专利权)人：北京瑞泰高温材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：