一种功能烧结刚玉的原料及其生产方法技术

本发明专利技术涉及耐火材料生产领域内，一种单质Si、Al均匀分布于Al2O3晶格之间的功能烧结刚玉原料的生产，该原料可采用如ZL201310509414.2或ZL201310509406.8中方法预埋可燃管做氮化模具的方案，实现无氮化炉下施工体的Sialon化；该功能烧结刚玉原料是用过量的金属Al粉还原研磨级矾土或煅烧高岭土中的SiO2、Fe2O3和TiO2，该功能烧结刚玉中Si全部来源于此还原反应，而Al全部来源于还原铝的过量部分，还原产物中Ti、Fe均匀分布于刚玉晶格中，成为Sialon形成的催化剂；目标产物的Si、Al质量比为（3‑4）：1，Si和Al的质量之和占功能烧结刚玉总质量的8‑12wt%，Fe含量

【技术实现步骤摘要】
一种功能烧结刚玉的原料及其生产方法
本专利技术涉及耐火原料生产领域，尤其涉及一种功能烧结刚玉的原料及其生产方法。
技术介绍
1970年，人类在Si3N4与Al2O3热压成型的过程中，发现Al2O3可固溶入Si3N4晶格中达60-70％，形成含Si-Al-O-N的固溶体，把四个元素符号罗列SIALON或sialon来表示这种固溶体，读作：“赛隆”，随后人们逐渐发现sialon材料有非常优良的热震稳定性，和人类已发现的热稳定性最好的堇青石、熔融石英、锂辉石和钛酸铝的膨胀系数相接近，只有(2-3)*10-6/k；它的熔点高到几乎无熔点，在2200-2300摄氏度下仍能稳定存在，有非常优良的抵抗溶渣侵蚀性能，抗碱侵蚀性也非常优秀，其机械强度比普通材料高两个数量级。经研究后，耐材专家认为sialon是将来高炉上使用条件最苛刻部位最好的材料。法国Savoie公司经过十年的不断探索，在1985年前后，开发出了高炉上一代寿命可达二十年的sialon结合刚玉砖，在sialon结合刚玉砖出现之前，高炉上用的最好的是日本生产的Si3N4结合SiC砖，因此专家断定sialon结合刚玉砖寿命可达二十年，在此之前，全球的特大型高炉有三分之二是集中在日本，在此之后，特大型高炉在全球逐渐增多，目前，这些赛隆结合刚玉砖高炉都已服役到期，实践证明了sialon材料二十年寿命，甚至是二十五年也没有问题。在sialon结合刚玉砖诞生的初期，我国就有数十家大专院校和科研机构对sialon材料进行了研究，至今已有四十年了，我国始终未诞生和法国相同的材料，研究部门在没有研究出和法国相同的sialon结合刚玉砖的情况下，开始想以刚玉原料和煤矸石等废弃物作为原料，氮化与还原一步完成，但得到的产物不明确，也未对产物进行应用做研究与分析，因此，在四十年内，国内的研究一直在已有的刚玉原料和煤矸石等废料上做研发，并未研究出sialon结合刚玉砖，其主要原因之一是未研发出适合生产sialon材料的原料。在我国sialon材料研究进入瓶颈期时，2011年，专利技术人团队在思考高炉用工作层喷涂料时，突发奇想：采用可燃管通N2方式实现喷涂料的Sialon化，于2015年拿到了高炉Sialon和铁沟Sialon施工体的制备两项专利技术专利，因为当时没有适合做赛隆材料的刚玉，只得用棕刚玉来申请两专利，因此开发适合做Sialon原料的刚玉使命自然就落到本开发团队肩上。从适合生产sialon材料的原料上进行研发，利于原料生产得到均匀分布的β-sialon施工体，提高高炉的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺陷和现有技术合成Sialon必须在氮化炉内完成的技术不足，而提供一种功能烧结刚玉的原料、生产及其应用，该功能烧结刚玉的原料中Si、Al均匀分散于Al2O3晶格之间，用该功能烧结刚玉原料制成sialon材料时，无需氮化炉即可实现Sialon的生成，节省成本，原料中被还原的Fe、Ti均匀分布于原料中，直接作为sialon材料制备过程中的催化剂，得到的sialon材料使用寿命长。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种功能烧结刚玉的原料，用过量的金属Al粉还原研磨级烧结刚玉和/或煅烧高岭土中的SiO2、Fe2O3和TiO2，该功能烧结刚玉原料中：Si、Al的质量比为(3-4)：1，Si和Al的质量之和占功能烧结刚玉总质量的8-12wt％，且功能烧结刚玉中的Si全部来源于此还原反应，Al全部来源于还原剂的过量部分，Fe含量<1wt％，Ti含量为2-4wt％，Al2O3含量为75-90wt％，体积密度为2.8-3.2g/cm3。一种功能烧结刚玉原料的生产方法，包括以下步骤：A：原料研磨将研磨级烧结矾土和/或煅烧高岭土分别研磨至300-600目备用，准确检测研磨级矾土或煅烧高岭土中SiO2、Fe2O3和TiO2的量，加入Al粉，Al粉的质量依据目标产物中Si、Al量根据质量守恒定律算得，使目标产物中Si、Al的质量比为(3-4)：1，Si和Al的质量之和占功能烧结刚玉总质量的8-12％；Fe含量<1wt％，Ti含量为2-4wt％，Al2O3含量为75-90wt％，体积密度为2.8-3.2g/cm3；将研磨级矾土粉、煅烧高岭土粉和Al粉加入内有刚玉球的球磨机中进行干磨，干磨2h后放料；球磨机混粉只在打破粉料团聚，提高细粉混合熵和均匀程度更利于还原反应的顺利进行；B：湿辗将步骤A中得到的混合粉料加入湿辗机或强制式搅拌机，向混合粉料中加入稀酚醛树脂湿混5-10min，稀酚醛树脂的加入量为混合粉料质量的4-6％，只所以用稀酚醛树脂，旨在提供一种不含水的结合剂避免Al的水化氧化；C：压坯将步骤B中的湿混料在100-150MPa下压坯，得到的坯体装入隧道窑车或入倒焰窑中，以30-50℃/h的升温速率对坯体焙烧，烧至1500-1550℃，保温2-8h后进行冷却，对冷却后的坯体进行破碎、磨粉、包装、入库。以作浇注料、喷涂料之用。优选的，步骤A中研磨级烧结刚玉中Al2O3含量>80wt％，Fe2O3含量<1.5wt％，TiO2含量为2-4wt％。优选的，步骤A中煅烧高岭土中Al2O3含量>45wt％，Al2O3+SiO2≥98wt％，Fe2O3<1.0wt％，TiO2＝1-1.5wt％，体积密度为2.1-2.35g/cm3。优选的，所述步骤B中稀酚醛树脂由酚醛树脂和乙二醇组成，所述酚醛树脂和乙二醇的质量比例为1：(3-4)。一种用功能烧结刚玉的原料制备Sialon材料的方法：本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的功能烧结刚玉原料中Si、Al均匀分布于Al2O3晶格之间，该功能烧结刚玉原料用过量的还原剂，将研磨级矾土和/或煅烧高纯高岭土中的SiO2、Fe2O3和TiO2还原成Si、Fe和Ti，使还原得到的Si成为将来sialon材料全部的单质Si的来源，还原剂Al的过量部分sialon材料全部的单质Al的来源，而被还原的Fe、Ti均匀分布于功能烧结刚玉原料中，恰好作为制备sialon的催化剂。这种材料之所以称为“功能烧结刚玉原料”，它除了单质Si、Al均匀分布于Al2O3晶格中外，其均匀程度可达到分子组成的原子级均匀，Si、Al处于发生还原反应的原位处，为日后重新氮化形成原位sialon材料提供了Si、Al资源，这种资源的均匀程度是任何一种机械搅拌与机械混合无法达到的，且Al与被还原的Si形成Al-Si合金，而机械混合的Si、Al是独立存在的，遇水会发生Al+3H2O＝Al(OH)3+3/2H2↑,使Al水化氧化而损失，这些仅仅是功能烧结刚玉原料的重要功能之一，且功能烧结刚玉原料可以作为原料生产sialon浇注或喷涂料，实现无氮化炉对sialon材料的制备和不定形化才是本专利技术人要解决的主要问题。功能烧结刚玉原料之所以做成烧结刚玉，而没有做成更致密的刚玉，是因为刚玉一般都是电熔的，内部几乎无气孔，但考虑到生成sialon的反应是气固反应：ZSi+Z/3Al+Z/3Al2O3+(4-Z)/2N2＝Si6-zAlzOZN8-Z不利于气固传质，因此本申请的专利技术人认为此功能烧结刚玉原料做成含有一定透气性的烧结刚玉更加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功能烧结刚玉的原料，其特征在于：用过量的金属Al粉还原研磨级矾土和/或煅烧高岭土中的SiO2、Fe2O3和TiO2，该功能烧结刚玉的原料中：Si、Al的质量比为（3‑4）：1，Si和Al的质量之和占功能烧结刚玉总质量的8‑12wt%，Fe含量

【技术特征摘要】
1.一种功能烧结刚玉的原料，其特征在于：用过量的金属Al粉还原研磨级矾土和/或煅烧高岭土中的SiO2、Fe2O3和TiO2，该功能烧结刚玉的原料中：Si、Al的质量比为（3-4）：1，Si和Al的质量之和占功能烧结刚玉总质量的8-12wt%，Fe含量<1wt%，Ti含量为2-4wt%，Al2O3含量为75-90wt%，体积密度为2.8-3.2g/cm3。2.一种根据权利要求1所述的功能烧结刚玉原料的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：A：原料研磨将研磨级矾土和煅烧高岭土分别研磨至300-600目备用，检测研磨级矾土和或煅烧高岭土中SiO2、Fe2O3和TiO2的量，加入Al粉，Al粉的质量依据功能烧结刚玉中Si、Al之量根据质量守恒定律算得，使目标产物中Si、Al的质量比为（3-4）：1，Si和Al的质量之和占功能烧结刚玉总质量的8-12wt%；将研磨级矾土粉/煅烧高岭土粉和Al粉加入内有刚玉球的球磨机中进行干磨，干磨2h后放料；B：湿辗将步骤A中得到的混合粉料加入湿辗机或强制式搅拌机，向混合粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明建，宋继昌，
申请(专利权)人：李明建，
类型：发明
国别省市：河南,41