一种刚玉尖晶石轻质隔热材料及其制备方法

摘要

本发明具体涉及一种刚玉尖晶石轻质隔热材料及其制备方法。所采用的技术方案是：以40～60wt％的α-Al

说明书

技术领域

本发明属于轻质隔热材料技术领域，具体涉及一种刚玉尖晶石轻质隔热材料及其制备方法。

背景技术

节约能源，是经济保持可持续发展的重要措施之一，保温绝热则是节能的重要措施之一，因而，具有微纳米孔的隔热保温材料在隔热保温领域具有重要的地位。隔热材料是指气孔率高、体积密度低、热导率低的材料。为了在各种气氛(空气、H₂，N₂及CO等)下，满足金属、非金属及其制品的高温热处理工艺要求，并降低能源消耗，不少科技人员致力于研究在高温(1750-1800℃)下使用的轻质隔热材料。高强、超轻、低导热也一直是国内外轻质隔热材料的发展方向。

目前，镁铝尖晶石在钢包等设备中已广泛应用。由于其高热导率，使钢包中钢水温度降低，钢包内衬温度下降，导致内衬表面粘钢，粘渣；钢包外壳温度升高，导致钢包外壳变形，这使得炼钢变得困难。其它一些轻质隔热材料尽管热导率低，但耐火温度不够高，且存在烧后线收缩及在使用中收缩的问题，将导致钢包内衬出现缝隙，使钢包散热过快，并存在漏钢，渗钢的风险。

关于钢包的隔热问题也已有了一些研究，如使用低密度的镁铝尖晶石骨料，制备了一种低密度的钢包浇注料(R.Chen，P.He，N.Wang，J.Mou and F.Gan.“development ofa Low Density Castable for Steel Ladle，”UNITECR’03Proceedings，2003)；“一种轻质镁铝尖晶石原料的制备方法”(CN200810049037.8)专利技术，提出了一种轻质镁铝尖晶石的制备方法，采用γ-Al₂O₃细粉和菱镁矿细粉为主要原料，半干法成型，将烘烤后的坯体在1650～1800℃煅烧，保温2～4小时，制得的轻质镁铝尖晶石原料可用于制备镁铝尖晶石质隔热耐火材料制品；也有以氧化铝和氧化镁为主要原料(孙丽枫.镁铝尖晶石轻质耐火材料的合成.东北大学硕土学位论文，2005)，外加一定量的成孔剂，可塑法成型，制备了镁铝尖晶石轻质耐火材料。前两种方法虽然缓解了这一问题，但都需经过两步才制得轻质隔热材料，不但工艺复杂，而且消耗大量能源，制得的轻质隔热材料导热系数高，存在烧后线收缩及在使用中收缩的问题，因而在使用效果上电不是很明显。而第三种方法也有不足之处，其产品在制备过程中生坯强度低，成品易变形。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种制作工艺简单和节约能源的刚玉尖晶石轻质隔热材料的制备方法。用该方法所制备的刚玉尖晶石轻质隔热材料具有强度高、导热系数低和微膨胀的特点。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：以40～60wt％的α-Al₂O₃细粉、25～40wt％的α-Al₂O₃微粉、2～10wt％的ρ-Al₂O₃微粉和5～20wt％的电熔镁砂为原料，外加上述原料20～35wt％的水和0.1～1wt％的减水剂，混合3～5分钟，再外加上述原料0.2～0.4wt％的泡沫剂，混合均匀，浇注成型，干燥后在1450～1700℃的条件下烧成，保温3～5小时。

上述技术方案中：α-Al₂O₃细粉的粒度为200目；电熔镁砂的粒度为200目；减水剂为聚羧酸类减水剂、无机盐类减水剂、木质素系减水剂、萘系减水剂中的一种。

由于采用上述技术方案，本发明能通过一步法制得刚玉尖晶石轻质隔热材料，操作工艺简单，节约能源，环境污染少；由于掺入该材料中的泡沫剂能在材料中形成大量封闭和分布均匀的小孔，气体分子很难相互碰撞，结果将使材料热导率大大减低；形成的大量气孔也使材料具有较低的体积密度，另外，由于采用氧化铝和电熔镁砂为原料，二者会在烧成过程中反应生产尖晶石，并伴随一定(5～8％)的体积膨胀，从而导致材料的体积密度降低。

本发明所制备的刚玉尖晶石轻质隔热材料的体积密度为0.8～2.2g/cm³，500℃时导热系数为0.2～1.0w/(m.k)，线变化率为0.5％～1.5％，耐压强度达到3～60Mpa。

因此，本发明具有工艺简单和节约能源的特点，所制备的刚玉尖晶石轻质隔热材料具有强度高、导热系数低和微膨胀的优点。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制：

本具体实施方式中：α-Al₂O₃细粉和电熔镁砂的粒度为200日，以下实施例中将不赘述：

实施例1：

一种刚玉尖晶石轻质隔热材料及其制备方法。以40～45wt％的α-Al₂O₃细粉、35～40wt％的α-Al₂O₃微粉、2～5wt％的ρ-Al₂O₃微粉和12～17wt％的电熔镁砂为原料，外加上述原料20～25wt％的水和0.3～0.5wt％的聚羧酸类减水剂，混合3～5分钟，再外加上述原料0.2～0.3wt％的泡沫剂，混合均匀，浇注成型，干燥后在1450～1600℃的条件下烧成，保温3～4小时。

减水剂为聚羧酸类减水剂、无机盐类减水剂、木质素系减水剂、萘系减水剂本实施例1所制得的刚玉尖晶石轻质隔热材料的体积密度为0.8～1.0g/cm³，500℃时导热系数为0.2～0.4w/(m.k)，线变化率为1.0％～1.5％，耐压强度达到3～10Mpa。

实施例2：

一种刚玉尖晶石轻质隔热材料及其制备方法。以45～50wt％的α-Al₂O₃细粉、30～35wt％的α-Al₂O₃微粉、2～7wt％的ρ-Al₂O₃微粉和15～20wt％的电熔镁砂为原料，外加上述原料25～30wt％的水和0.1～0.3wt％的无机盐类减水剂，混合3～5分钟，再外加上述原料0.3～0.4wt％的泡沫剂，混合均匀，浇注成型，干燥后在16000～1700℃的条件下烧成，保温4～5小时。

本实施例2所制得的刚玉尖晶石轻质隔热材料的体积密度为1.0～1.2g/cm³，500℃时导热系数为0.3～0.5w/(m.k)，线变化率为0.8％～1.2％，耐压强度达到6～15Mpa。

实施例3：

一种刚玉尖晶石轻质隔热材料及其制备方法。以50～55wt％的α-Al₂O₃细粉、25～30wt％的α-Al₂O₃微粉、2～9wt％的ρ-Al₂O₃微粉和10～15wt％的电熔镁砂为原料，外加上述原料30～35wt％的水和0.1～0.5wt％的聚羧酸类减水剂，混合3～5分钟，再外加上述原料0.2～0.3wt％的泡沫剂，混合均匀，浇注成型，干燥后在1450～1600℃的条件下烧成，保温3～4小时。

本实施例3所制得的刚玉尖晶石轻质隔热材料的体积密度为1.2～1.4g/cm³，500℃时导热系数为0.4～0.6w/(m.k)，线变化率为0.5％～0.8％，耐压强度达到10～20Mpa。

实施例4：

一种刚玉尖晶石轻质隔热材料及其制备方法。以55～60wt％的α-Al₂O₃细粉、25～30wt％的α-Al₂O₃微粉、3～10wt％的ρ-Al₂O₃微粉和5～10wt％的电熔镁砂为原料，外加上述原料30～35wt％的水和0.1～0.5wt％的无机盐类减水剂，混合3～5分钟，再外加上述原料0.2～0.3wt％的泡沫剂，混合均匀，浇注成型，干燥后在1450～1600℃的条件下烧成，保温4～5小时。

本实施例4所制得的刚玉尖晶石轻质隔热材料的体积密度为1.4～1.6g/cm³，500℃时导热系数为0.5～0.7w/(m.k)，线变化率为0.5％～0.8％，耐压强度达到20～30Mpa。

实施例5：

一种刚玉尖晶石轻质隔热材料及其制备方法。以40～43wt％的α-Al₂O₃细粉、35～40wt％的α-Al₂O₃微粉、3～8wt％的ρ-Al₂O₃微粉和17～20wt％的电熔镁砂为原料，外加上述原料25～30wt％的水和0.5～1wt％的聚羧酸类减水剂，混合3～5分钟，再外加上述原料0.3～0.4wt％的泡沫剂，混合均匀，浇注成型，干燥后在1600～1700℃的条件下烧成，保温3～4小时。

本实施例5所制得的刚玉尖晶石轻质隔热材料的体积密度为1.6～1.8g/cm³，500℃时导热系数为0.6～0.8w/(m.k)，线变化率为0.7％～1.0％，耐压强度达到30～40Mpa。

实施例6：

一种刚玉尖晶石轻质隔热材料及其制备方法。以43～46wt％的α-Al₂O₃细粉、35～38wt％的α-Al₂O₃微粉、5～7wt％的ρ-Al₂O₃微粉和14～17wt％的电熔镁砂为原料，外加上述原料22～30wt％的水和0.2～0.5wt％的木质素系减水剂，混合3～5分钟，再外加上述原料0.2～0.3wt％的泡沫剂，混合均匀，浇注成型，干燥后在1550～1700℃的条件下烧成，保温4～5小时。

本实施例6所制得的刚玉尖晶石轻质隔热材料的体积密度为1.8～2.0g/cm³，500℃时导热系数为0.7～0.9w/(m.k)，线变化率为0.8％～1.2％，耐压强度达到40～50Mpa。

实施例7：

一种刚玉尖晶石轻质隔热材料及其制备方法。以46～49wt％的α-Al₂O₃细粉、32～35wt％的α-Al₂O₃微粉、7～10wt％的ρ-Al₂O₃微粉和11～14wt％的电熔镁砂为原料，外加上述原料30～35wt％的水和0.3～0.6wt％的无机盐类减水剂，混合3～5分钟，再外加上述原料0.3～0.4wt％的泡沫剂，混合均匀，浇注成型，干燥后在1550～1700℃的条件下烧成，保温3～4小时。

本实施例7所制得的刚玉尖晶石轻质隔热材料的体积密度为2.0～2.2g/cm³，500℃时导热系数为0.8～1.0w/(m.k)，线变化率为0.7％～1.2％，耐压强度达到50～60Mpa。

实施例8：

一种刚玉尖晶石轻质隔热材料及其制备方法。以49～52wt％的α-Al₂O₃细粉、29～32wt％的α-Al₂O₃微粉、5～9wt％的ρ-Al₂O₃微粉和8～11wt％的电熔镁砂为原料，外加上述原料30～35wt％的水和0.6～1wt％的木质素系减水剂，混合3～5分钟，再外加上述原料0.3～0.4wt％的泡沫剂，混合均匀，浇注成型，干燥后在1450～1600℃的条件下烧成，保温4～5小时。

本实施例8所制得的刚玉尖晶石轻质隔热材料的体积密度为0.8～1.4g/cm³，500℃时导热系数为0.2～0.6w/(m.k)，线变化率为0.7％～1.5％，耐压强度达到3～20Mpa。

实施例9：

一种刚玉尖晶石轻质隔热材料及其制备方法。以52～55wt％的α-Al₂O₃细粉、26～29wt％的α-Al₂O₃微粉、2～7wt％的ρ-Al₂O₃微粉和10～15wt％的电熔镁砂为原料，外加上述原料20～30wt％的水和0.1～0.3wt％的萘系减水剂，混合3～5分钟，再外加上述原料0.2～0.3wt％的泡沫剂，混合均匀，浇注成型，干燥后在1550～1700℃的条件下烧成，保温3～4小时。

本实施例9所制得的刚玉尖晶石轻质隔热材料的体积密度为1.4～1.8g/cm³，500℃时导热系数为0.4～0.7w/(m.k)，线变化率为0.5％～1.0％，耐压强度达到20～40Mpa。

实施例10：

一种刚玉尖晶石轻质隔热材料及其制备方法。以55～60wt％的α-Al₂O₃细粉、25～35wt％的α-Al₂O₃微粉、3～8wt％的ρ-Al₂O₃微粉和5～10wt％的电熔镁砂为原料，外加上述原料25～35wt％的水和0.3～0.5wt％的无机盐类减水剂，混合3～5分钟，再外加上述原料0.3～0.4wt％的泡沫剂，混合均匀，浇注成型，干燥后在1450～1600℃的条件下烧成，保温4～5小时。

本实施例10所制得的刚玉尖晶石轻质隔热材料的体积密度为1.8～2.2g/cm³，500℃时导热系数为0.6～1.0w/(m.k)，线变化率为0.5％～0.8％，耐压强度达到40～60Mpa。

本具体实施方式通过一步法制得刚玉尖晶石轻质隔热材料，操作工艺简单，节约能源，环境污染少；由于掺入该材料中的泡沫剂能在材料中形成大量封闭和分布均匀的小孔，气体分子很难相互碰撞，结果将使材料热导率大大减低；形成的大量气孔也使材料具有较低的体积密度，另外，由于采用氧化铝和电熔镁砂为原料，二者会在烧成过程中反应生产尖晶石，并伴随一定(5～8％)的体积膨胀，从而导致材料的体积密度降低。

本具体实施方式所制备的刚玉尖晶石轻质隔热材料的体积密度为0.8～2.2g/cm³，500℃时导热系数为0.2～1.0w/(m.k)，线变化率为0.5％～1.5％，耐压强度达到3～60Mpa。

因此，本具体实施方式具有工艺简单和节约能源的特点；所制备的刚玉尖晶石轻质隔热材料具有强度高、导热系数低和微膨胀的优点，有效地解决了传统轻质隔热材料因导热系数高，烧后线收缩等缺点而在钢包等设备中应用出现的问题(钢包散热快，渗钢等)。