本发明专利技术属于耐火材料领域，一种非均质结构的Cr2O3-Al2O3耐火材料，骨料是由Cr2O3含量30%~50%粗颗粒，Cr2O3含量40%~60%中颗粒，Cr2O3含量50%~70%细颗粒构成；基质是由Cr2O3含量80%~95%、粒度为0.043mm~0.15mm的Cr2O3-Al2O3细粉，Cr2O3≥99%、粒度为0.03mm~0.15mm的氧化铬绿细粉，Al2O3≥99%、粒度D50为1μm~10μm的氧化铝微粉构成。本发明专利技术可有效提高Cr2O3资源的利用效率，降低耐火材料的成本，同时降低含铬材料对环境的危害。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于耐火材料领域，主要涉及一种非均质结构的Cr2O3-Al2O3耐火材料。
技术介绍
耐火材料是高温领域的关键材料，高温熔渣对耐火材料的化学侵蚀将直接影响耐火材料的实用性。在所有氧化物和非氧化物耐火材料中，三氧化二铬(Cr2O3)具有极好的抗熔渣侵蚀性能，是耐侵蚀材料必备的耐火原料，被广泛应用于有色金属冶炼、石油化工、煤化工、玻璃熔炼等诸多领域。然而，Cr2O3原料本身资源稀缺、价格昂贵，而且在使用中还存在“六价铬”的潜在危害。高Cr2O3含量的耐火材料受到了制约。如何设计制造Cr2O3含量低但抗渣侵蚀性能又能与Cr2O3含量高的材料相当的耐火材料，成为耐火材料工作者亟待解决的现实问题。氧化铬(Cr2O3)属于重金属氧化物，相对分子质量152，熔点2350°C。耐火材料中常用的氧化铬原料主要有氧化铬绿、电熔氧化铬、烧结氧化铬。氧化铬绿是从铬矿中提炼加工出的一种化工原料，通常采用铬酸酐ιοο(ΓΙ2ΟΟ 热分解法制成。氧化铬绿在耐火材料中属于生料，具有较高的烧结活性。以氧化铬绿为原料，通过电熔法和烧结法工艺可制备电熔氧化铬和烧结氧化铬原料。电熔氧化铬和烧结氧化铬原料属于熟料，具有较高的体积密度和致密度。氧化铬与氧化铝(Al2O3)在高温下极易生成连续固溶体Cr2O3-Al2O315以氧化铬绿和工业氧化铝粉为原料，按任意比例混合均勻，通过电熔法或烧结法制备工艺，可制备各种 Cr2O3含量的电熔Cr2O3-Al2O3原料或烧结Cr2O3-Al2O3原料。目前，高Cr2O3含量的耐火材料的品种主要有致密铬砖和高铬砖。致密铬砖通常 Cr2O3 ^ 98wt%，具有极好的抗无碱玻璃熔液侵蚀性能，主要用于砌筑无碱玻璃纤维池窑。致密铬砖是由Cr2O3 ^ 99. 5wt%的氧化铬绿细粉为主原料，经喷雾造粒后等静压成型生坯，特殊工艺烧制而成。高铬砖通常Cr2O3含量85wt% 95wt%，具有良好的抗煤熔渣侵蚀性能，主要用作水煤浆气化炉炉衬材料。高铬砖是一种Cr2O3-Al2O3系耐火材料，由Cr2O3彡99wt%的电熔或烧结氧化铬颗粒为骨料，Cr2O3 ^ 99wt%的电熔或烧结氧化铬细粉、Cr2O3 ^ 99wt%的氧化铬绿细粉、氧化铝微粉以及其它添加剂为基质，与有机或无机结合剂混合均勻成半干料后，摩擦压砖机压制成坯体，约1700°C烧制而成。高铬砖中起抗侵蚀作用的主要是Cr2O3 成分，通常情况下Cr2O3含量越高，高铬砖的抗侵蚀性能越好。为了降低Cr2O3-Al2O3耐火材料中的Cr2O3含量，科研人员研制出了 Cr2O3含量 50wt% 75wt%的中等Cr2O3含量的Cr2O3-Al2O3耐火材料。该类耐火材料通常是一种均质结构，由Cr2O3含量与材料整体相当的电熔或烧结Cr2O3- Al2O3颗粒为骨料，Cr2O3含量与材料整体相当的电熔或烧结Cr2O3-Al2O3细粉、Cr2O3彡99wt%的氧化铬绿细粉、氧化铝微粉等为基质，与有机或无机结合剂混合均勻成半干料后，摩擦压砖机压制成型后，约 1600°c 1750°C烧制而成。这种耐火材料由于Cr2O3含量相对较低，抗侵蚀性能有限，一般使用于侵蚀环境不十分苛刻的场合，而不能使用于受侵蚀严重部位。在耐火材料中，基质与骨料是相对的，较小粒度的组分构成基质，较大粒度的组分构成骨料。由于构成基质的粉料粒度较细，比表面积较大、活性相对较高，而且烧成后基质部分结构较为疏松，内部气孔较多，因而基质部分是熔渣侵蚀过程中材料最薄弱部位。而大粒度的骨料结构较为致密，内部气孔较少，使用过程中熔渣从颗粒边缘逐步向颗粒中心渗透侵蚀，侵蚀速率慢。然而，耐火材料的整体寿命是由最薄弱部位决定的。一般情况下，基质被熔渣侵蚀后，未完全被侵蚀的骨料大颗粒也将从耐火材料基体脱落，被熔渣“吞噬”。因此，高品质的骨料对改善材料整体的抗侵蚀性作用甚微，而且骨料和基质被侵蚀速率不匹配也造成了优质骨料的浪费。中等Cr2O3含量的Cr2O3-Al2O3耐火材料，现有技术一般采用单一 Cr2O3含量的骨料和基质，或者为提高材料的烧结性，采用较高Cr2O3含量的单一骨料和较低Cr2O3含量的基质。在这些材料中骨料和基质由于反应活性、内部结构的不同，受侵蚀速率不相匹配，导致最易受侵蚀的基质将决定整体材料的受侵蚀速率。在Cr2O3-Al2O3材料(原料)中，Cr2O3成分的抗侵蚀能力明显优于Al2O3成分，Cr2O3含量越高，Cr2O3-Al2O3材料(原料)的抗侵蚀性能越好。而对于相同材质的材料，粒度越大则抗侵蚀性能越好。为提高中等Cr2O3含量的 Cr2O3-Al2O3耐火材料的抗侵蚀性，可考虑设计各组分受侵蚀速率均衡的材料，避免基质和小粒度骨料成为整个材料抗侵蚀能力提升的软肋。根据整个材料中各组分的粒度不同，选用不同Cr2O3含量的Cr2O3-Al2O3原料，制备具有非均质结构的Cr2O3-Al2O3耐火材料，即基质选用高Cr2O3含量多组分原料，较小粒度骨料选用较高Cr2O3含量的Cr2O3- Al2O3原料，较大粒度骨料选用较低Cr2O3含量的 Cr2O3- Al2O3原料，而大粒度骨料则选用低Cr2O3含量的Cr2O3-Al2O3原料。利用该配比制备的Cr2O3-Al2O3耐火材料，虽然整体Cr2O3含量不高，但材料的抗熔渣侵蚀性能可与高Cr2O3含量的Cr2O3- Al2O3耐火材料相媲美。无论从经济角度，环境角度还是实用角度，该种Cr2O3-Al2O3耐火材料都具有鲜明的竞争优势。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种非均质结构的Cr2O3-Al2O3耐火材料，通过对所添加的骨料进行多元设计，使得骨料和基质受熔渣侵蚀速率更为匹配，提高材料的整体抗侵蚀性能。采用Cr2O3含量各异的Cr2O3- Al2O3颗粒构成多元骨料，降低大颗粒骨料的Cr2O3含量， 提高细小颗粒和基质组分的Cr2O3含量，制备Cr2O3含量适中但抗侵蚀性优良的Cr2O3-Al2O3 耐火材料。本专利技术完成其专利技术任务采取的技术方案是一种非均质结构的Cr2O3-Al2O3耐火材料，该耐火材料中Cr2O3含量50% 75%，由Cr2O3-Al2O3颗粒为骨料，骨料占固体原料总质量的60% 70%，基质占固体原料总质量的309Γ 40%，其特征在于所述骨料是由Cr2O3含量30% 50%、粒度大于3 mm小于等于5 mm的粗颗粒，Cr2O3含量40% 60%、粒度大于1 mm 小于等于3 mm的中颗粒，Cr2O3含量50°/Γ70%、粒度大于0. 15 mm小于等于1 mm的细颗粒构成；所述的基质是由Cr2O3含量80% 95%、粒度为0. 043 mm 0. 15 mm的Cr2O3-Al2O3细粉，Cr2O3彡99%、粒度为0. 03 mm 0. 15 mm的氧化铬绿细粉，Al2O3彡99%、粒度D50为 1 μ πΓΙΟ μ m的氧化铝微粉构成；所述百分数为质量百分数。所述的粗颗粒、中颗粒、细颗粒，其加入量占固体原料总质量的比例分别为109Γ40%、159Γ50%、10% 40%。所述的Cr2O3-Al2O3颗粒为电熔Cr2O3-Al2O3颗粒或烧结Cr2O3-Al2O3颗粒或电熔 Cr2O3-Al2O3颗粒与烧本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙红刚，李鹏涛，闫双志，耿可明，王晗，李坚强，王刚，吴爱军，
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：
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