一种莫来石纤维增强刚玉-尖晶石质预制件的制备方法技术

本发明专利技术属于耐火材料技术领域，涉及一种高温冶炼用莫来石纤维增强刚玉

【技术实现步骤摘要】
一种莫来石纤维增强刚玉
‑
尖晶石质预制件的制备方法


[0001]本专利技术属于耐火材料
，具体涉及一种高温冶炼用莫来石纤维增强刚玉
‑
尖晶石质预制件的制备方法。

技术介绍

[0002]用于真空感应熔炉的预制坩埚材质包括刚玉质、刚玉莫来石、镁质等；其中刚玉
‑
尖晶石预制坩埚是应用最为广泛的一种；这是因为刚玉
‑
尖晶石质耐火材料具有优异的高温性能如高耐火度、高强度、抗渣侵蚀性能等综合性能；真空冶炼环境较为苛刻，其最高温度可超过1700℃，单次冶炼周期可超过6h，循环周期温度超过1000℃，使用过程中要同时经受温度变化、渣金的侵蚀和气氛影响等协同效应所带来的冲击。
[0003]为提升刚玉
‑
尖晶石预制坩埚的寿命，需要提高材料的抗热震性、抗侵蚀性能等使用性能，可通过调整颗粒级配、改变颗粒形状、相变增韧(如引入氧化锆、氧化铬)以及引入第三添加相如钢纤维造成热膨胀性失配等多种办法；近年来，通过引入微孔刚玉原料替代传统刚玉来提高材料的抗热震性能也取得了一定成效；还能降低材料重量实现材料轻量化；为缓冲高温条件下温度变化所带来的热应力，通过加入适量硅微粉高温下局部形成微量液相亦能提高材料的抗热震性；但此种方法存在一些问题：一是硅微粉自身很容易形成局部团聚，液相量的多少和分布均匀性不易控制，也会因局部液相量过大造成破坏甚至恶化材料性能；二是只有高温形成液相后才有可能改善材料的性能。
[0004]根据上述情况介绍，为更好适应真空冶炼环境，提高材料的使用性能，需进一步优化改善材料的组织结构，获得液相微量且均匀分布、显微结构致密，且中低温性能也优异的刚玉
‑
尖晶石质材料。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提出一种莫来石纤维增强刚玉
‑
尖晶石质预制件的制备方法。
[0006]本专利技术为完成上述目的采用如下技术方案：一种莫来石纤维增强刚玉
‑
尖晶石质预制件的制备方法，所述预制件的原料包括刚玉、尖晶石、镁砂细粉和氧化铝微粉，上述原料总重为100%；所述的刚玉包括刚玉颗粒与刚玉细粉；所述的尖晶石包括尖晶石颗粒与尖晶石细粉；所述的预制件还外加有分散剂、水和莫来石纤维；其中莫来石纤维的加入量为原料总质量的0.05
‑
0.5%；将所有细粉、微粉、结合剂、分散剂、纤维进行预混，混料时长为2
‑
6h；之后和颗粒料干混2
‑
5min，之后一次性加水湿混搅拌3
‑
8min浇注成型、养护；最后在110
‑
250℃烘烤18
‑
36h，即可制得预制件；莫来石纤维中的Al2O3、SiO2以及从周围迁移碱性氧化物成分一起形成低熔点玻璃相，使得纤维由边缘向内呈逐渐玻璃化的趋势，因此材料中的液相被固定在纤维的周围；形成了高度分散的、零星液相。
[0007]莫来石纤维增强刚玉
‑
尖晶石质预制件的原料组成及具体质量配比为：
刚玉颗粒
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5‑
0mm
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
45
‑
60%，刚玉细粉
ꢀꢀꢀꢀꢀ
≤0.088mm
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10
‑
20%，尖晶石颗粒
ꢀꢀꢀꢀꢀ1‑
0mm
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5‑
15%，尖晶石细粉
ꢀꢀꢀꢀꢀ
≤0.044mm
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5‑
15%，镁砂细粉
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
≤0.088mm
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.5
‑
3%，氧化铝微粉
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ6‑
10%，结合剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ3‑
6%。
[0008]所述分散剂的加入量为原料总质量的0.05
‑
0.20%，水的加入量为原料总质量的4
‑
6%所述刚玉为高纯的烧结刚玉或电熔刚玉的任何一种，其中Al2O3≥98%。
[0009]所述尖晶石为高纯的烧结尖晶石或电熔尖晶石的任何一种，其中Al2O3≥74%；MgO≥22%；SiO2≤0.20%；体积密度≥3.25g
·
cm
‑3。
[0010]所述镁砂为高纯的烧结镁砂或电熔镁砂的任何一种，其中MgO≥97%。
[0011]所述氧化铝微粉为高活性微粉，其中Al2O3≥99%，D
0.9
≤5um。
[0012]所述结合剂为水合氧化铝、铝酸盐水泥、卤化镁的任何一种。
[0013]所述分散剂为聚磷酸盐、聚乙二醇型缩聚物、木质素磺酸盐的任何一种。
[0014]所述莫来石纤维为一种实心结构的铝硅质纤维，其中15%≤SiO2≤35%；直径在9
‑
12um；长度在1
‑
10mm；体积密度≥2.8g
·
cm
‑3。
[0015]本专利技术提出了一种莫来石纤维增强刚玉
‑
尖晶石质耐火材料预制件及其制备方法；以高耐火度的刚玉和尖晶石质原料为主原料，保障材料具有较高的使用温度和抗渣侵蚀性能；加入镁砂原料一方面可与氧化铝微粉高温下形成反应活性更高的纳米级原位尖晶石，有利于进一步改善材料的抗渣侵蚀和渗透性能；另一方面，尖晶石化的膨胀效应可有效抵消高温烧结引起的过度收缩，改善材料的抗热震性能。
[0016]加入的莫来石纤维是一种适合高温环境以莫来石为主晶相的纤维物质；纤维穿插于刚玉
‑
尖晶石主体材料中，可留存空气，加上自身极低的导热系数，均能有效降低温度骤变所形成的较大热应力，提高材料的抗热震性能；温度超过1150℃后，其自身的Al2O3、SiO2以及从周围迁移碱性氧化物成分如结合剂中的CaO一起形成低熔点玻璃相，且纤维由边缘向内呈逐渐玻璃化的趋势，有助于固定液相的位置，从而形成了高度分散的、零星液相，使得材料内部的气孔大小更加趋于一致，微观结构更加致密、均匀，提高材料的抗侵蚀性能；同时分散均匀的液相能够促进尖晶石化反应的协同进行，更有利抵消高温烧结带来的线收缩，改善材料的抗热震性能；此外，未形成液相前即中低温条件下，莫来石纤维的弹性特征还能改善刚玉
‑
尖晶石预制件的韧性，强化材料的结构。
[0017]加入氧化铝微粉可填充颗粒基质间的空隙，增强浇注料的临时结合强度；同时利用微粉的反应活性促进尖晶石化反应的进行。
[0018]加入水合氧化铝、铝酸盐水泥、卤化镁作为临时结合剂，保障预制件的常温结合强度；同时结合剂带来的Al, Ca, Mg, O元素与主材质体系一样或同族元素，不会因形成材料成分杂质化所带来的高温使用性能下降。
[0019]加入聚磷酸盐、聚乙二醇型缩聚物、木质素磺酸盐是为了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种莫来石纤维增强刚玉
‑
尖晶石质预制件的制备方法，其特征在于：所述预制件的原料包括刚玉、尖晶石、镁砂细粉和氧化铝微粉，上述原料总重为100%；所述的刚玉包括刚玉颗粒与刚玉细粉；所述的尖晶石包括尖晶石颗粒与尖晶石细粉；所述的预制件还外加有分散剂、水和莫来石纤维；其中莫来石纤维的加入量为原料总质量的0.05
‑
0.5%；将所有细粉、微粉、结合剂、分散剂、纤维进行预混，混料时长为2
‑
6h；之后和颗粒料干混2
‑
5min，之后一次性加水湿混搅拌3
‑
8min浇注成型、养护；最后在110
‑
250℃烘烤18
‑
36h，即可制得预制件；莫来石纤维中的Al2O3、SiO2以及从周围迁移碱性氧化物成分一起形成低熔点玻璃相，使得纤维由边缘向内呈逐渐玻璃化的趋势，因此材料中的液相被固定在纤维的周围；形成了高度分散的、零星液相。2.如权利要求1所述的一种莫来石纤维增强刚玉
‑
尖晶石质预制件的制备方法，其特征在于：莫来石纤维增强刚玉
‑
尖晶石质预制件的原料组成及具体质量配比为：刚玉颗粒
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5‑
0mm
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
45
‑
60%，刚玉细粉
ꢀꢀꢀꢀꢀ
≤0.088mm
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10
‑
20%，尖晶石颗粒
ꢀꢀꢀꢀꢀ1‑
0mm
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5‑
15%，尖晶石细粉
ꢀꢀꢀꢀꢀ
≤0.044mm
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5‑
15%，镁砂细粉
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
≤0.088mm
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.5
‑
3%，氧化铝微粉
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ6‑
10%，结合剂
ꢀꢀꢀꢀ...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯海霞，王刚，柳军，李世鹏，潘元帅，
申请(专利权)人：中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：