一種高鐵鎂砂燒結(jié)剛玉復(fù)合無鉻高鐵鎂磚及制備方法
【專利摘要】一種高鐵鎂砂-燒結(jié)剛玉復(fù)合無鉻高鐵鎂磚及制備方法，屬于耐火材料領(lǐng)域。該高鐵鎂砂-燒結(jié)剛玉復(fù)合無鉻高鐵鎂磚按重量百分比計的原料組成為80-99%的高鐵鎂砂、1-20%的燒結(jié)剛玉，外加上述原料總量1-5%的亞硫酸紙漿廢液為結(jié)合劑。生產(chǎn)時按配比稱取各種原料，混合均勻，經(jīng)混料得到泥料，然后壓制成型，在80℃-200℃下干燥5-25h，于1400-1650℃隧道窯中高溫?zé)?。本發(fā)明產(chǎn)品生產(chǎn)工藝簡單、原料價格低廉，生產(chǎn)成本低；具有高的體積密度和強度、良好的熱震穩(wěn)定性、抗侵蝕性能、抗磨損性能、掛窯皮性能、高的荷重軟化溫度，能夠滿足水泥窯溫度波動、氣氛變化、化學(xué)侵蝕嚴(yán)重等惡劣的應(yīng)用環(huán)境，應(yīng)用在水泥回轉(zhuǎn)窯的高溫帶，市場潛力大，適宜于推廣應(yīng)用，具有良好的社會效益。
【專利說明】一種高鐵鎂砂燒結(jié)剛玉復(fù)合無鉻高鐵鎂磚及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制備一種水泥窯用耐火材料，尤其涉及一種水泥窯用的高鐵鎂砂-燒結(jié)剛玉復(fù)合無鉻高鐵鎂磚及制備方法，屬于耐火材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]水泥回轉(zhuǎn)窯經(jīng)歷了漫長的演變和發(fā)展過程，水泥工業(yè)窯爐的發(fā)展動向有兩個方面:一是各種產(chǎn)業(yè)廢棄物的資源再利用和低品位原燃料的使用，使水泥窯爐成為工業(yè)垃圾的消費者，由于這些廢棄物的燃燒使水泥窯中的堿、氯、硫循環(huán)量增大，對耐火材料的侵蝕會加劇，結(jié)皮問題更加嚴(yán)重；二是為降低水泥窯NOx的排放量，正在研制開發(fā)的射流型通道噴煤管和在預(yù)分解窯系統(tǒng)使用分階段燃料技術(shù)，可使水泥窯的排放量降低。由于這些新技術(shù)的采用，會使水泥窯內(nèi)耐火材料的作業(yè)環(huán)境發(fā)生變化，所以研究和改進(jìn)耐火材料品質(zhì)，使之適應(yīng)新型窯爐的作業(yè)條件，成為耐火材料工作者的工作目標(biāo)。
[0003]鎂鉻磚憑借其優(yōu)良高溫穩(wěn)定性和掛窯皮性能從誕生一直廣泛應(yīng)用于水泥回轉(zhuǎn)窯的燒成帶和過渡帶，直至今日仍然有很多水泥窯還主要依靠鎂鉻磚來運轉(zhuǎn)。但由于鉻公害問題(六價鉻離子(Cr6+)會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染)，面向新世紀(jì)，人們將更加注意提高生活環(huán)境質(zhì)量，環(huán)境保護(hù)將成為工業(yè)發(fā)展中需要重點解決的問題。在水泥窯中采用無鉻的堿性磚刻不容緩。開發(fā)新型無鉻磚成為人們研究的熱點。鎂鐵鋁尖晶石磚為水泥回轉(zhuǎn)窯提供了一種新的爐襯概念，其良好的結(jié)構(gòu)柔韌性，掛窯皮能力為其提供高的適應(yīng)能力。近年來，氧化鎂-鐵鋁尖晶石磚被全面應(yīng)用在水泥回轉(zhuǎn)窯的高溫帶，在回轉(zhuǎn)窯中揮發(fā)份增多、機(jī)械應(yīng)力嚴(yán)重的苛刻工況條件下取得了良好的使用效果。
[0004]自然界中無天然鐵鋁尖晶石存在，鐵鋁尖晶石的合成主要有電熔法和燒結(jié)法，現(xiàn)階段工業(yè)合成多采用電熔法，能耗大，成本高。并且合成鐵鋁尖晶石需要在FeO能夠穩(wěn)定存在的條件下才能進(jìn)行，即需要一種弱還原性氣氛和相對較低的溫度。適當(dāng)?shù)娜踹€原性氣氛較難控制，較低的溫度并不利于鐵鋁尖晶石的合成，這些因素都給合成鐵鋁尖晶石增添了相當(dāng)大的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了適應(yīng)水泥窯用耐火材料無鉻化的發(fā)展趨勢，避免預(yù)合成鐵鋁尖晶石時能耗大、成本高、反應(yīng)條件難于控制等問題，采用天然的高鐵鎂砂、燒結(jié)剛玉為原料，以亞硫酸紙漿廢棄液為結(jié)合劑，制備出一種生產(chǎn)成本低、性能優(yōu)越的鎂鐵鋁復(fù)合耐火材料。
[0006]本發(fā)明旨在制備出一種水泥窯用高鐵鎂砂-燒結(jié)剛玉復(fù)合無鉻高鐵鎂磚，其原料價格低廉，大大降低了生產(chǎn)成本。同時產(chǎn)品具有強度高、熱震穩(wěn)定性好、荷重軟化溫度高，并且其良好的結(jié)構(gòu)柔韌性、掛窯皮能力、抗堿鹽侵蝕能力為其提供高的適應(yīng)能力，能夠滿足水泥窯用耐火材料無鉻化的需要。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0008]一種高鐵鎂砂燒結(jié)剛玉復(fù)合無鉻高鐵鎂磚，其特征在于:按重量百分比計，所述原料組成為80-99%的高鐵鎂砂、1-20%的燒結(jié)剛玉，高鐵鎂砂中氧化鐵含量> 3%，外加上述原料總量1-5%的亞硫酸紙漿廢液為結(jié)合劑。
[0009]所述高鐵鎂砂和燒結(jié)剛玉均為0.088mm三種粒度。不同粒度的比例為:
[0010]I ≤粒度≤ 3mm 44-66%
[0011]O < 粒度 < Imm 18-30%
[0012]O≤粒度≤ 0.088mm 17-30%
[0013]上述水泥窯用高鐵鎂砂-燒結(jié)剛玉復(fù)合無鉻高鐵鎂磚的制備方法，其特征在于:按配比稱取各種原料，混合均勻，經(jīng)混煉得到泥料，然后加壓成型，在
[0014]800C -200°C下干燥5_25h，于1400-1650°C隧道窯中高溫?zé)伞?br> [0015]本發(fā)明的積極效果:
[0016]1、本發(fā)明以高鐵鎂砂和燒結(jié)剛玉為原料，并分別作為鐵和鋁的來源，通過控制高鐵鎂砂和燒結(jié)剛玉的含量和粒度等制備出一種性能優(yōu)良的高鐵鎂磚。而市場上的鎂鐵鋁復(fù)合尖晶石磚均是以鎂砂和鐵鋁尖晶石為主要原料，自然界中無天然鐵鋁尖晶石存在，而且鐵鋁尖晶石中鐵以Fe2+離子形式存在，合成鐵鋁尖晶石需要一定的弱還原氣氛導(dǎo)致合成工藝比較難于控制?，F(xiàn)階段工業(yè)合成采用電熔法和燒結(jié)法，能耗大，成本高。并且鎂鐵鋁復(fù)合尖晶石磚的制備需要嚴(yán)格控制燒成溫度和燒成氣氛。所以本發(fā)明生產(chǎn)工藝簡單，原料價格低廉，大大降低了生產(chǎn)成本。
[0017]2、本發(fā)明采用原位反應(yīng)的動力學(xué)因素，避免了預(yù)合成方鎂石一鐵鋁尖晶石磚在燒成和使用過程中由于鐵鋁尖晶石的快速氧化還原而造成性能不穩(wěn)定的問題。
[0018]3、本發(fā)明產(chǎn)品在高溫?zé)杉捌溟L期的高溫服役期間，Mg2+、Fe2+在整個高溫過程中保持?jǐn)U散，產(chǎn)生裂紋彌合作用，因此，活化尖晶石的塑性作用持續(xù)在燒成和使用的整個過程中。Mg2+與Al3+反應(yīng)生成鎂鋁尖晶石，F(xiàn)e2+與Al3+反應(yīng)生成鐵鋁尖晶石；大顆粒燒結(jié)剛玉的引入，使得材料內(nèi)部形成一些鎂鋁尖晶石包裹的氧化鋁核狀結(jié)構(gòu)，高熔點的鎂鋁尖晶石作為材料的結(jié)合相。
[0019]4、鐵鋁尖晶石礦物相與水泥熟料接觸時，鐵鋁尖晶石與氧化鈣反應(yīng)生成高粘度的鐵酸鈣和鐵酸鋁相。材料熱面上的反應(yīng)層大大有助于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)粘著層的形成，使得產(chǎn)品具有良好的掛窯皮性。
[0020]5、鐵鋁尖晶石較周圍基質(zhì)線脹系數(shù)小，而造成高溫下不匹配效應(yīng)；鎂鋁尖晶石的形成，導(dǎo)致額外的體積膨脹，F(xiàn)e2+、Mg2+在整個高溫過程中保持?jǐn)U散，產(chǎn)生裂紋彌合作用。因此，活化尖晶石的塑性作用持續(xù)在燒成和使用整個過程中，使得產(chǎn)品具備良好的熱震穩(wěn)定性。
[0021]6、本發(fā)明產(chǎn)品具有優(yōu)良的性能指標(biāo)。顯氣孔率13-21%、體積密度2.80-3.15g/cm3、常溫耐壓強度45-120MPa、荷重軟化溫度(0.2MPaX0.6%)大于1600°C，熱震穩(wěn)定性(1100°C，水冷)大于10次。
[0022]7、本發(fā)明產(chǎn)品具有高的體積密度和強度，使得產(chǎn)品具有較好的抗侵蝕性能和抗磨損性能。
[0023]8、綜上本發(fā)明產(chǎn)品具有高的體積密度和強度、良好的熱震穩(wěn)定性、抗侵蝕性能、抗磨損性能、掛窯皮性能、高的荷重軟化溫度，能夠滿足水泥窯溫度波動、氣氛變化、化學(xué)侵蝕嚴(yán)重等惡劣的應(yīng)用環(huán)境，可以被全面應(yīng)用在水泥回轉(zhuǎn)窯的高溫帶。并且本發(fā)明產(chǎn)品適應(yīng)了水泥窯用耐火材料無鉻化的發(fā)展要求，生產(chǎn)成本大大降低，市場潛力大，適宜于推廣應(yīng)用，將具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
【具體實施方式】
[0024]實施例1:一種水泥窯用水泥窯用高鐵鎂砂-燒結(jié)剛玉復(fù)合無鉻高鐵鎂磚的制備方法，按重量百分比計，原料組成為:94%的高鐵鎂砂、6%的燒結(jié)剛玉，外加2.5%的亞硫酸紙漿廢棄液。
[0025]生產(chǎn)時，先按配比稱取各種原料，混合均勻，經(jīng)混煉得到泥料，然后經(jīng)摩擦壓力機(jī)壓制成型，在80°C -200°C下干燥5-25h，于1400-1650°C隧道窯中高溫?zé)伞?br> [0026]所述粉料為粒度小于0.088mm的高鐵鎂砂和燒結(jié)剛玉，所述骨料粒度為3_lmm、
1-Omm的高鐵鎂砂。
[0027]所得產(chǎn)品的性能指標(biāo)為:顯氣孔率17.3%，體積密度2.96g/cm3,常溫耐壓強度8IMPa,荷重軟化溫度大于1700°C，熱震穩(wěn)定性(1100°C，水冷)20次，其抗侵蝕性、耐磨性及掛窯皮性能均較好。
[0028]實施例2:生產(chǎn)工藝和實施例1相同，不同之處在于:
[0029]按重量百分比計，原料組成為:91%的高鐵鎂砂、9%的燒結(jié)剛玉，外加2.5%的亞硫酸紙漿廢棄液。所述粉料為粒度小于0.088mm的高鐵鎂砂和燒結(jié)剛玉，所述骨料粒度為3-lmm、1-Omm的高鐵鎂砂。
[0030]所得產(chǎn)品的性能指標(biāo)為:顯氣孔率18.8%，體積密度2.91g/cm3,常溫耐壓強度60MPa，荷重軟化溫度1680°C，熱震穩(wěn)定性(1100°C，水冷)13次，其抗侵蝕性、耐磨性及掛窯皮性能均較好。
[0031]實施例3:生產(chǎn)工藝和實施例1相同，不同之處在于:
[0032]按重量百分比計，原料組成為:91%的高鐵鎂砂、9%的燒結(jié)剛玉，外加2.5%的亞硫酸紙漿廢棄液。所述粉料為粒度小于0.088mm的高鐵鎂砂和燒結(jié)剛玉，所述骨料粒度為3-lmm、1-Omm的高鐵鎂砂和3_2mm的燒結(jié)剛玉。
[0033]所得產(chǎn)品的性能指標(biāo)為:顯氣孔率16.8%，體積密度2.99g/cm3,常溫耐壓強度90MPa，荷重軟化溫度1660°C，熱震穩(wěn)定性(1100°C，水冷)16次，其抗侵蝕性、耐磨性及掛窯皮性能均較好。
[0034]實施例4:生產(chǎn)工藝和實施例1相同，不同之處在于:
[0035]按重量百分比計，原料組成為:90%的高鐵鎂砂、10%的燒結(jié)剛玉，外加2.5%的亞硫酸紙漿廢棄液。所述粉料為粒度小于0.088mm的高鐵鎂砂和燒結(jié)剛玉，所述骨料粒度為3-lmm>1-Omm的高鐵鎂砂和3_2mm、1-Omm的燒結(jié)剛玉。
[0036]所得產(chǎn)品的性能指標(biāo)為:顯氣孔率15.5%，體積密度3.01g/cm3,常溫耐壓強度75MPa，荷重軟化溫度大于1700°C，熱震穩(wěn)定性(1100°C，水冷)19次，其抗侵蝕性、耐磨性及掛窯皮性能均較好。
[0037]實施例5:生產(chǎn)工藝和實施例1相同，不同之處在于:
[0038]按重量百分比計，原料組成為:88%的高鐵鎂砂、12%的燒結(jié)剛玉，外加2.5%的亞硫酸紙漿廢棄液。所述粉料為粒度小于0.088mm的高鐵鎂砂和燒結(jié)剛玉，所述骨料粒度為3-lmm>1-Omm的高鐵鎂砂和3-2mm、2-lmm、1-0_的燒結(jié)剛玉。
[0039]所得產(chǎn)品的性能指標(biāo)為:顯氣孔率13.8%，體積密度3.llg/cm3,常溫耐壓強度85MPa，荷重軟化溫度大于1690°C，熱震穩(wěn)定性(1100°C，水冷)17次，其抗侵蝕性、耐磨性及掛窯皮性 能均較好。
【權(quán)利要求】
1.一種高鐵鎂砂燒結(jié)剛玉復(fù)合無鉻高鐵鎂磚，其特征在于:按重量百分比計，所述原料組成為80-99%的高鐵鎂砂、1-20%的燒結(jié)剛玉，高鐵鎂砂中氧化鐵含量> 3%，外加上述原料總量1-5%的亞硫酸紙漿廢液為結(jié)合劑。
2.如權(quán)利要求1所述的高鐵鎂砂燒結(jié)剛玉復(fù)合無鉻高鐵鎂磚，其特征在于:所述高鐵鎂砂和燒結(jié)剛玉均為3-lmm、l-0mm、≤0.088mm三種粒度；原料不同粒度的比例為: 1 < 粒度 < 3mm 44-66% 0≤粒度≤Imm 18-30% 0≤粒度≤ 0.088mm 17-30%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高鐵鎂砂燒結(jié)剛玉復(fù)合無鉻高鐵鎂磚的制備方法，其特征在于:按配比稱取各種原料，混合均勻，經(jīng)混煉得到泥料，然后加壓成型，在80°C -200°C下干燥5-25h，于1400-1650°C隧道窯中高溫?zé)伞?br> 【文檔編號】C04B35/622GK103896613SQ201410119208
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】李勇, 馮運生, 林鑫, 李平, 李燕京, 張軍杰 申請人:北京科技大學(xué), 通達(dá)耐火技術(shù)股份有限公司