刚玉莫来石锆质耐火材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种刚玉莫来石锆质耐火材料，包含板状刚玉、白刚玉、棕刚玉、莫来石、硅线石、锆英石、 α-Al2O3、硅微粉、广西粘土，各自按照一定重量百分比、粒度和纯度，加入结合剂组合而成；本发明同时公开了制备该耐火材料的方法；通过本发明制造出的耐火材料广泛用于高风温内燃式热风炉陶瓷燃烧器中，具有荷重软化温度高、在高温下抗热震性能好、耐压强度高、抗蠕变性能好等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐火材料，尤其是高风温内燃式热风炉陶瓷燃烧器用 荷重软化温度高、抗热震性能好、耐压强度高、抗蠕变性能好的耐火 材料。

技术背景

目前国内热风炉平均风温是1125度，如果风温提高到发达国家的水平 1350度以上，目前的堇青石质、高铝莫来石质等将不能够适应。风温 的提高是高炉节能极为有效的方法，风温每提高100度，高炉可节约焦 炭约20公斤，节能减排效果明显。热风炉常年使用温度较高，并且间 断送风，使得炉内温度变化剧烈，且需经受高炉煤气带入灰尘的化学 侵蚀，燃烧气体强烈冲刷及机械荷载等苛刻条件，尤其是内燃式热风 炉，其高度一般在20-25m的范围内，下部承受机械荷载非常大，在高 温作用下，要求其高温强度、荷重软化温度以及高温体积稳定性、抗 蠕变性能、热震稳定性等都比较好。

目前热风炉陶瓷燃烧器用耐火材料主要有堇青石质和莫来石堇青石质 耐火材料、高铝莫来石耐火材料。堇青石质及莫来石堇青石质耐火材 料热膨胀系数很低，强度较好，抗热震性和抗化学侵蚀性良好，但其 荷重软化温度低，使用温度范围较窄。高铝莫来石砖从理论上讲是一 种非常理想的热风炉所用耐火材料，但由于莫来石原料合成工艺的差 异，造成莫来石砖的品质存在较大的差异，很难实现高抗热震、高抗 蠕变和高强度性能的统一。为解决目前高风温热风炉陶瓷燃烧器用耐 火材料的各种缺点，本发明经过长时间、大量的试验研究，开发研究 了一种高温强度大、荷重软化温度高以及高温体积稳定性好、抗蠕变 性能好、热震稳定性好的刚玉莫来石锆质耐火材料。

发明内容

本发明的目的是克服目前高风温热风炉陶瓷燃烧器所用耐火材料存在 的缺点，提供一种荷重软化温度高、抗热震性能好、耐压强度高、抗 蠕变性能好，适用于高风温热风炉陶瓷燃烧器用刚玉莫来石锆质耐火 材料及其制备方法。

本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种高风温热风炉陶瓷燃烧器用刚玉莫来石锆质耐火材料 ，以质量百分比表示，所述锆刚玉质耐火材料配料由18～30%wt板状刚 玉，15～25%wt白刚玉，15～20%wt棕刚玉，0～15%wt莫来石，8～20% wt硅线石，3～4%wt锆英石，5～13%wt α-Al₂O₃，2～5%wt硅微粉， 2～5%wt广西粘土组成。结合剂的加入量占原始配料总重量的比例为2 -5%。

所述的板状刚玉、白刚玉、棕刚玉、α-Al₂O₃、硅线石、硅微粉、锆 英石具有不同的粒度等级，其粒度分别为3-1mm、3-1mm和1-0mm和320 目以上、1-0mm、500目以上、120-80目、5微米以下、320目筛下料。

所述结合剂为纸浆、糊精、硅溶胶等能够起到结合作用的物质，可添 加一种或多种。

所述板状刚玉的纯度大于99%。

所述白刚玉的纯度大于99%。

所述棕刚玉的纯度大于94%。

所述烧结α-Al₂O₃的纯度大于99%。

所述硅线石的Al₂O₃含量大于54%。

所述锆英石的ZrO2含量大于64.5%。 

所述硅微粉的纯度大于97%。

本发明高风温热风炉陶瓷燃烧器用刚玉莫来石锆质耐火材料的制备方 法为：

步骤一：将技术方案所述的18～30%wt板状刚玉，15～25%wt白刚玉， 15～20%wt棕刚玉，放入高速混砂机混练3～5min后，再加入5～20%wt 莫来石，8～18%wt硅线石，3～4%wt锆英石，加入的结合剂量占原始配 料总重量的比例为2-5%，混练3～5min后，再加入5～10%wt α-Al₂O ₃，2～5%wt硅微粉，0~5%wt广西粘土，高速混练10～15min。

步骤二：使用高吨位压砖机将混练好的泥料压制成高密度半成品。

步骤三：将半成品放入干燥器干燥，干燥温度为80-120℃，时间大于 24h。

步骤四：将干燥好的坯体放入隧道窑或者电炉内进行烧结，烧结温度 为1600～1650℃，时间约10～12h。烧结后出窑，用于高风温热风炉陶 瓷燃烧器。

本发明的有益效果是：

原料组成合理、产品性能优良并易于推广生产；原料采用多种材料及 不同粒度组成。板状刚玉具有良好的抗热震稳定性, 这是因为板状刚 玉通过超高温煅烧快速冷却, 结构内部存留下分布均匀的微气孔，这 样可以有效阻止热震产生的裂纹扩展, 提高热震稳定性，但如果以细 粉形式加入，微孔结构将被破坏，失去意义，因此本发明板状刚玉以 骨料形式加入。电熔白刚玉是通过电炉高温熔炼氧化铝而成，因此其 晶粒粗大，且玻璃相极低，但其结构多孔，不利于产品气孔率的降低 ，而是棕刚玉虽熔炼而成，但由于原料是矾土，熔炼后使用过程中容 易出现炸包等缺陷，所以棕刚玉以中颗粒形式加入，整个骨料不足部 分以电熔白刚玉补充。本发明加入锆英石的目的是利用锆英石相变增 韧机理，提高制品的热震稳定性，因此基质中锆英石采用320目较细的 粒度加入，主要是 强化其分散度；硅线石的加入是利用其高温下莫来石的膨胀未平衡反 应来提高制品的高温抗蠕变性；基质中引入了氧化铝、硅微粉的目的 是在烧结过程中生成莫来石相，提高制品的强度；陶瓷燃烧器所应用 的砖形较复杂，因此基质中加入了少量的粘土，目的是提高泥料的可 塑性，提高成型性能。本发明结构均匀致密，高温强度高，荷重软化 温度高，抗蠕变性能好，高温体积稳定性好，抗热震稳定性能好，制 造方法简单，有利于工业化生产；具体指标为：Al₂O₃ 不小于80%，  Fe₂O₃≤0.7%，TiO₂≤ 0.2%，ZrO₂ 3.0～4.0%，体积密度不小于2.90  g/cm³，耐压强度120～150 MPa，荷重大于1700℃，蠕变率(1500℃ , 0.2MPa, 50h)不小于0.8%, 热震稳定性（1100℃水冷），大于3 5次。

具体实施方式：

实施例1

将纯度大于99%且粒度3-1mm的板状刚玉18%、纯度大于99%且粒度3-1m m的白刚玉22%， 200目的白刚玉3%、纯度大于94%且粒度1-0 mm的棕 刚玉20%放入高速混砂机混练5min后，再加入莫来石8%、α-Al₂O₃13% 、硅线石11%、加入的结合剂量占原始配料总重量的比例为3%，混练5 min后加入锆英石粉4%，硅微粉2%，广西粘土2%高速混练15min，使用 高吨位摩擦压砖机将混练好的泥料压制成高密度半成品，将半成品放 入干燥器干燥，干燥温度为80-120℃，时间36h，将干燥好的素坯放入 电炉或者隧道窑内，烧结温度1600℃，保温时间12h，烧结后出炉，烧 制成用于高风温热风炉陶瓷燃烧器刚玉莫来石锆质耐火材料，其指标 如下：耐压强度132 MPa，荷重大于1700℃，蠕变率(1500℃, 0.2M Pa, 50h)不小于0.6%, 热震稳定性（1100℃水冷），大于35次。

实施例2

将纯度大于99%且粒度3-1mm的板状刚玉25%、纯度大于99%且粒度3-1m m的白刚玉20%、纯度大于94%且粒度1-0 mm的棕刚玉15%放入高速混砂 机混练5min后，再加入莫来石12%、硅线石12%，加入的结合剂量占原 始配料总重量的比例为3%，混练5min后再加入白刚玉粉3%，锆英石粉 4%，α-Al₂O₃6%、硅微粉3%，高速混练15min，使用高吨位摩擦压砖机 将混练好的泥料压制成高密度半成品，将半成品放入干燥器干燥，干 燥温度为80-120℃，时间36h，将干燥好的砖坯放入电炉或者隧道窑内 ，烧结温度1650℃，保温时间8h，烧结后出炉，烧制成用于高风温热 风炉陶瓷燃烧器刚玉莫来石锆质耐火材料，其指标为耐压强度125 M Pa，荷重大于1700℃，蠕变率(1500℃, 0.2MPa, 50h)不小于0.56% , 热震稳定性（1100℃水冷），大于35次。

实施例3

将纯度大于99%且粒度3-1mm的板状刚玉30%、纯度大于99%且粒度3-1m m的白刚玉15%、纯度大于94%且粒度1-0 mm的棕刚玉15%放入高速混砂 机混练5min后，加入硅线石16%，加入的结合剂量占原始配料总重量的 比例为3%，，混练5min后再加入白刚玉粉5%、α-Al₂O₃8%、锆英石粉 4%，硅微粉2%，广西粘土5%，高速混练15min，使用高吨位摩擦压砖机 将混练好的泥料压制成高密度半成品，将半成品放入干燥器干燥，干 燥温度为80-120℃，时间36h，将干燥好的素坯放入电炉或者隧道窑内 ，烧结温度1600℃，保温时间12h，烧结后出炉，烧制成用于高风温热 风炉陶瓷燃烧器刚玉莫来石锆质耐火材料其指标为耐压强度120 MPa ，荷重大于1700℃，蠕变率(1500℃, 0.2MPa, 50h)不小于0.55%,  热震稳定性（1100℃水冷），大于35次。

实施例4

将纯度大于99%且粒度3-1mm的板状刚玉30%、纯度大于99%且粒度3-1m m的白刚玉15%、纯度大于94%且粒度1-0 mm的棕刚玉15%放入高速混砂 机混练5min后，再加入硅线石18%，加入的结合剂量占原始配料总重量 的比例为2.5%，混练5min后再加入α-Al₂O₃8%、硅微粉4%，锆英石粉 4%，白刚玉粉6%，高速混练15min，使用高吨位摩擦压砖机将混练好的 泥料压制成高密度半成品，将半成品放入干燥器干燥，干燥温度为80 -120℃，时间36h，将干燥好的素坯放入电炉或者隧道窑内，烧结温度 1650℃，保温时间8h，烧结后出炉，烧制成用于高风温热风炉陶瓷燃 烧器刚玉莫来石锆质耐火材料，其指标为耐压强度122 MPa，荷重大 于1700℃，蠕变率(1500℃, 0.2MPa, 50h)不小于0.67%, 热震稳定 性（1100℃水冷），大于35次。