一种高铁镁砂烧结刚玉复合无铬高铁镁砖及制备方法转让专利
申请号 : CN201410119208.5
文献号 : CN103896613B
文献日 : 2015-04-22
发明人 : 李勇 , 冯运生 , 林鑫 , 李平 , 李燕京 , 张军杰
申请人 : 北京科技大学 , 通达耐火技术股份有限公司
摘要 :
一种高铁镁砂-烧结刚玉复合无铬高铁镁砖及制备方法，属于耐火材料领域。该高铁镁砂-烧结刚玉复合无铬高铁镁砖按重量百分比计的原料组成为80-99%的高铁镁砂、1-20%的烧结刚玉，外加上述原料总量1-5%的亚硫酸纸浆废液为结合剂。生产时按配比称取各种原料，混合均匀，经混料得到泥料，然后压制成型，在80℃-200℃下干燥5-25h，于1400-1650℃隧道窑中高温烧成。本发明产品生产工艺简单、原料价格低廉，生产成本低；具有高的体积密度和强度、良好的热震稳定性、抗侵蚀性能、抗磨损性能、挂窑皮性能、高的荷重软化温度，能够满足水泥窑温度波动、气氛变化、化学侵蚀严重等恶劣的应用环境，应用在水泥回转窑的高温带，市场潜力大，适宜于推广应用，具有良好的社会效益。
权利要求 :
1.一种高铁镁砂烧结刚玉复合无铬高铁镁砖的制备方法，其特征在于：按重量百分比计，所述原料组成为80-99％的高铁镁砂、1-20％的烧结刚玉，高铁镁砂中氧化铁含量≥3％，外加上述原料总量1-5％的亚硫酸纸浆废液为结合剂；
按配比称取各种原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后加压成型，在80℃-200℃下干燥5-25h，于1400-1650℃隧道窑中高温烧成。
说明书 :
一种高铁镁砂烧结刚玉复合无铬高铁镁砖及制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及制备一种水泥窑用耐火材料，尤其涉及一种水泥窑用的高铁镁砂-烧结刚玉复合无铬高铁镁砖及制备方法，属于耐火材料领域。
背景技术
[0002] 水泥回转窑经历了漫长的演变和发展过程，水泥工业窑炉的发展动向有两个方面：一是各种产业废弃物的资源再利用和低品位原燃料的使用，使水泥窑炉成为工业垃圾的消费者，由于这些废弃物的燃烧使水泥窑中的碱、氯、硫循环量增大，对耐火材料的侵蚀会加剧，结皮问题更加严重；二是为降低水泥窑NOx的排放量，正在研制开发的射流型通道喷煤管和在预分解窑系统使用分阶段燃料技术，可使水泥窑的排放量降低。由于这些新技术的采用，会使水泥窑内耐火材料的作业环境发生变化，所以研究和改进耐火材料品质，使之适应新型窑炉的作业条件，成为耐火材料工作者的工作目标。
[0003] 镁铬砖凭借其优良高温稳定性和挂窑皮性能从诞生一直广泛应用于水泥回转窑的烧成带和过渡带，直至今日仍然有很多水泥窑还主要依靠镁铬砖来运转。但由于铬公害6+
问题（六价铬离子(Cr )会造成严重的环境污染），面向新世纪，人们将更加注意提高生活环境质量，环境保护将成为工业发展中需要重点解决的问题。在水泥窑中采用无铬的碱性砖刻不容缓。开发新型无铬砖成为人们研究的热点。镁铁铝尖晶石砖为水泥回转窑提供了一种新的炉衬概念，其良好的结构柔韧性，挂窑皮能力为其提供高的适应能力。近年来，氧化镁-铁铝尖晶石砖被全面应用在水泥回转窑的高温带，在回转窑中挥发份增多、机械应力严重的苛刻工况条件下取得了良好的使用效果。
问题（六价铬离子(Cr )会造成严重的环境污染），面向新世纪，人们将更加注意提高生活环境质量，环境保护将成为工业发展中需要重点解决的问题。在水泥窑中采用无铬的碱性砖刻不容缓。开发新型无铬砖成为人们研究的热点。镁铁铝尖晶石砖为水泥回转窑提供了一种新的炉衬概念，其良好的结构柔韧性，挂窑皮能力为其提供高的适应能力。近年来，氧化镁-铁铝尖晶石砖被全面应用在水泥回转窑的高温带，在回转窑中挥发份增多、机械应力严重的苛刻工况条件下取得了良好的使用效果。
[0004] 自然界中无天然铁铝尖晶石存在，铁铝尖晶石的合成主要有电熔法和烧结法，现阶段工业合成多采用电熔法，能耗大，成本高。并且合成铁铝尖晶石需要在FeO能够稳定存在的条件下才能进行，即需要一种弱还原性气氛和相对较低的温度。适当的弱还原性气氛较难控制，较低的温度并不利于铁铝尖晶石的合成，这些因素都给合成铁铝尖晶石增添了相当大的难度。
发明内容
[0005] 本发明为了适应水泥窑用耐火材料无铬化的发展趋势，避免预合成铁铝尖晶石时能耗大、成本高、反应条件难于控制等问题，采用天然的高铁镁砂、烧结刚玉为原料，以亚硫酸纸浆废弃液为结合剂，制备出一种生产成本低、性能优越的镁铁铝复合耐火材料。
[0006] 本发明旨在制备出一种水泥窑用高铁镁砂-烧结刚玉复合无铬高铁镁砖，其原料价格低廉，大大降低了生产成本。同时产品具有强度高、热震稳定性好、荷重软化温度高，并且其良好的结构柔韧性、挂窑皮能力、抗碱盐侵蚀能力为其提供高的适应能力，能够满足水泥窑用耐火材料无铬化的需要。
[0007] 本发明的技术方案：
[0008] 一种高铁镁砂烧结刚玉复合无铬高铁镁砖，其特征在于：按重量百分比计，所述原料组成为80-99%的高铁镁砂、1-20%的烧结刚玉，高铁镁砂中氧化铁含量≥3%，外加上述原料总量1-5%的亚硫酸纸浆废液为结合剂。
[0009] 所述高铁镁砂和烧结刚玉均为3-1mm、1-0mm、≤0.088mm三种粒度。不同粒度的比例为：
[0010] 1≤粒度≤3mm 44-66%
[0011] 0≤粒度≤1mm 18-30%
[0012] 0≤粒度≤0.088mm 17-30%
[0013] 上述水泥窑用高铁镁砂-烧结刚玉复合无铬高铁镁砖的制备方法，其特征在于：按配比称取各种原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后加压成型，在
[0014] 80℃-200℃下干燥5-25h，于1400-1650℃隧道窑中高温烧成。
[0015] 本发明的积极效果：
[0016] 1、本发明以高铁镁砂和烧结刚玉为原料，并分别作为铁和铝的来源，通过控制高铁镁砂和烧结刚玉的含量和粒度等制备出一种性能优良的高铁镁砖。而市场上的镁铁铝复合尖晶石砖均是以镁砂和铁铝尖晶石为主要原料，自然界中无天然铁铝尖晶石存在，而且2+
铁铝尖晶石中铁以Fe 离子形式存在，合成铁铝尖晶石需要一定的弱还原气氛导致合成工艺比较难于控制。现阶段工业合成采用电熔法和烧结法，能耗大，成本高。并且镁铁铝复合尖晶石砖的制备需要严格控制烧成温度和烧成气氛。所以本发明生产工艺简单，原料价格低廉，大大降低了生产成本。
铁铝尖晶石中铁以Fe 离子形式存在，合成铁铝尖晶石需要一定的弱还原气氛导致合成工艺比较难于控制。现阶段工业合成采用电熔法和烧结法，能耗大，成本高。并且镁铁铝复合尖晶石砖的制备需要严格控制烧成温度和烧成气氛。所以本发明生产工艺简单，原料价格低廉，大大降低了生产成本。
[0017] 2、本发明采用原位反应的动力学因素，避免了预合成方镁石－铁铝尖晶石砖在烧成和使用过程中由于铁铝尖晶石的快速氧化还原而造成性能不稳定的问题。
[0018] 3、本发明产品在高温烧成及其长期的高温服役期间，Mg2+、Fe2+在整个高温过程中保持扩散，产生裂纹弥合作用，因此，活化尖晶石的塑性作用持续在烧成和使用的整个过程2+ 3+ 2+ 3+
中。Mg 与Al 反应生成镁铝尖晶石，Fe 与Al 反应生成铁铝尖晶石；大颗粒烧结刚玉的引入，使得材料内部形成一些镁铝尖晶石包裹的氧化铝核状结构，高熔点的镁铝尖晶石作为材料的结合相。
中。Mg 与Al 反应生成镁铝尖晶石，Fe 与Al 反应生成铁铝尖晶石；大颗粒烧结刚玉的引入，使得材料内部形成一些镁铝尖晶石包裹的氧化铝核状结构，高熔点的镁铝尖晶石作为材料的结合相。
[0019] 4、铁铝尖晶石矿物相与水泥熟料接触时，铁铝尖晶石与氧化钙反应生成高粘度的铁酸钙和铁酸铝相。材料热面上的反应层大大有助于回转窑内粘着层的形成，使得产品具有良好的挂窑皮性。
[0020] 5、铁铝尖晶石较周围基质线胀系数小，而造成高温下不匹配效应；镁铝尖晶石的2+ 2+
形成，导致额外的体积膨胀，Fe 、Mg 在整个高温过程中保持扩散，产生裂纹弥合作用。因此，活化尖晶石的塑性作用持续在烧成和使用整个过程中，使得产品具备良好的热震稳定性。
形成，导致额外的体积膨胀，Fe 、Mg 在整个高温过程中保持扩散，产生裂纹弥合作用。因此，活化尖晶石的塑性作用持续在烧成和使用整个过程中，使得产品具备良好的热震稳定性。
[0021] 6、本发明产品具有优良的性能指标。显气孔率13-21%、体积密度2.80-3.15g/3
cm、常温耐压强度45-120MPa、荷重软化温度（0.2MPa×0.6%）大于1600℃，热震稳定性（1100℃，水冷）大于10次。
cm、常温耐压强度45-120MPa、荷重软化温度（0.2MPa×0.6%）大于1600℃，热震稳定性（1100℃，水冷）大于10次。
[0022] 7、本发明产品具有高的体积密度和强度，使得产品具有较好的抗侵蚀性能和抗磨损性能。
[0023] 8、综上本发明产品具有高的体积密度和强度、良好的热震稳定性、抗侵蚀性能、抗磨损性能、挂窑皮性能、高的荷重软化温度，能够满足水泥窑温度波动、气氛变化、化学侵蚀严重等恶劣的应用环境，可以被全面应用在水泥回转窑的高温带。并且本发明产品适应了水泥窑用耐火材料无铬化的发展要求，生产成本大大降低，市场潜力大，适宜于推广应用，将具有良好的经济和社会效益。
具体实施方式
[0024] 实施例1：一种水泥窑用水泥窑用高铁镁砂-烧结刚玉复合无铬高铁镁砖的制备方法，按重量百分比计，原料组成为：94%的高铁镁砂、6%的烧结刚玉，外加2.5%的亚硫酸纸浆废弃液。
[0025] 生产时，先按配比称取各种原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后经摩擦压力机压制成型，在80℃-200℃下干燥5-25h，于1400-1650℃隧道窑中高温烧成。
[0026] 所述粉料为粒度小于0.088mm的高铁镁砂和烧结刚玉，所述骨料粒度为3-1mm、1-0mm的高铁镁砂。
[0027] 所得产品的性能指标为：显气孔率17.3%，体积密度2.96g/cm3，常温耐压强度81MPa，荷重软化温度大于1700℃，热震稳定性（1100℃，水冷）20次，其抗侵蚀性、耐磨性及挂窑皮性能均较好。
[0028] 实施例2：生产工艺和实施例1相同，不同之处在于：
[0029] 按重量百分比计，原料组成为：91%的高铁镁砂、9%的烧结刚玉，外加2.5%的亚硫酸纸浆废弃液。所述粉料为粒度小于0.088mm的高铁镁砂和烧结刚玉，所述骨料粒度为3-1mm、1-0mm的高铁镁砂。
[0030] 所得产品的性能指标为：显气孔率18.8%，体积密度2.91g/cm3，常温耐压强度60MPa，荷重软化温度1680℃，热震稳定性（1100℃，水冷）13次，其抗侵蚀性、耐磨性及挂窑皮性能均较好。
[0031] 实施例3：生产工艺和实施例1相同，不同之处在于：
[0032] 按重量百分比计，原料组成为：91%的高铁镁砂、9%的烧结刚玉，外加2.5%的亚硫酸纸浆废弃液。所述粉料为粒度小于0.088mm的高铁镁砂和烧结刚玉，所述骨料粒度为3-1mm、1-0mm的高铁镁砂和3-2mm的烧结刚玉。
[0033] 所得产品的性能指标为：显气孔率16.8%，体积密度2.99g/cm3，常温耐压强度90MPa，荷重软化温度1660℃，热震稳定性（1100℃，水冷）16次，其抗侵蚀性、耐磨性及挂窑皮性能均较好。
[0034] 实施例4：生产工艺和实施例1相同，不同之处在于：
[0035] 按重量百分比计，原料组成为：90%的高铁镁砂、10%的烧结刚玉，外加2.5%的亚硫酸纸浆废弃液。所述粉料为粒度小于0.088mm的高铁镁砂和烧结刚玉，所述骨料粒度为3-1mm、1-0mm的高铁镁砂和3-2mm、1-0mm的烧结刚玉。
[0036] 所得产品的性能指标为：显气孔率15.5%，体积密度3.01g/cm3，常温耐压强度75MPa，荷重软化温度大于1700℃，热震稳定性（1100℃，水冷）19次，其抗侵蚀性、耐磨性及挂窑皮性能均较好。
[0037] 实施例5：生产工艺和实施例1相同，不同之处在于：
[0038] 按重量百分比计，原料组成为：88%的高铁镁砂、12%的烧结刚玉，外加2.5%的亚硫酸纸浆废弃液。所述粉料为粒度小于0.088mm的高铁镁砂和烧结刚玉，所述骨料粒度为