[发明专利]一种高纯刚玉-尖晶石复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，尤其涉及一种高纯刚玉-尖晶石复合材料及其制备方法。

背景技术

刚玉-尖晶石复合材料具有热震稳定性好、熔点高、抗渣侵蚀和渗透能力强等特点，因而在冶金行业有着广泛的应用。但是该复合材料在制备上尚存在着一些不足，复合材料通常以刚玉（包括白刚玉或板状刚玉或亚白刚玉或棕刚玉）、电熔或烧结镁铝尖晶石、铝酸钙水泥、氧化硅微粉等为主要原料，混合后经浇注而成。由于制备过程中物料的混合方式为机械混合，各种原料在混合料中难以分布均与，因而导致传统刚玉-尖晶石复合材料在使用中出现质量不稳定的现象。同时，传统刚玉-尖晶石复合材料使用了铝酸钙水泥为结合剂（引入的CaO被视为熔剂），并辅以氧化硅微粉以提高材料施工时的流动性，导致复合材料的最低共熔点因此有明显的降低（MgO-Al₂O₃-SiO₂系统中低共熔点在1400℃左右），复合材料的最高使用温度低于1700℃，影响了耐火材料在高温下的服役性能，使得刚玉、尖晶石等矿物的优异性能未能得到充分的利用。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种杂质含量低、熔点高、体积密度大、高温强度高、热震稳定性好、抗渣侵蚀和抗渣渗透能力强的高纯刚玉-尖晶石复合材料及其制备方法，该复合材料适用于超高温工业窑炉和容器的内衬。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：先将50~60wt%的板状刚玉颗粒、18~30wt%的板状刚玉细粉、8~15wt%的电熔镁铝尖晶石、6~12wt%的镁铝溶胶搅拌均匀，浇注成型，养护20~30小时，脱模，再自然放置20~30小时；然后于110℃~300℃条件下保温12~24小时，最后在900℃~1400℃条件下保温6~18小时，制得高纯刚玉-尖晶石复合材料。

所述镁铝溶胶中的镁和铝的摩尔比为1﹕(0.5~2.0)。

所述板状刚玉中的Al₂O₃含量≥98wt%，板状刚玉颗粒的粒径为11~0.2mm，板状刚玉细粉的粒径为1~200μm。

所述电熔镁铝尖晶石中：Al₂O₃含量≥65wt%，MgO含量≥20wt%；电熔镁铝尖晶石为电熔镁铝尖晶石颗粒和电熔镁铝尖晶石细粉中的一种或两种，电熔镁铝尖晶石颗粒的粒径为1~0.2mm，电熔镁铝尖晶石细粉的粒径为1~200μm。

由于采用上述技术方案，本发明在混合过程中将镁铝溶胶包裹在矿物原料表面，镁铝溶胶在后续的烧成和使用过程中转变为镁铝尖晶石，使得材料基质中尖晶石分布均匀；同时由于尖晶石生成所带来的体积效应，提高了材料的体积密度，从而进一步提高了材料的抗熔渣渗透性能；再者，由于板状刚玉表面有许多微孔，溶胶渗入空隙后有利于在基质中生成镁铝尖晶石网络，提高了复合材料的常温和高温强度；加之溶胶在加热过程中的凝胶化，能使材料内部形成微细的网络通道用以排出内部产生的气体，从而避免了该复合材料在使用前期的预热过程中发生爆裂现象。

因此，本发明所制备的高纯刚玉-尖晶石复合材料杂质含量低、熔点高、体积密度大、高温强度高、热震稳定性好、抗渣侵蚀和抗渣渗透能力强，用于超高温工业窑炉和超高温容器的内衬。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制。

为避免重复，现将本具体实施方式所涉及的技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：

板状刚玉中的Al₂O₃含量≥98wt%，板状刚玉颗粒的粒径为11~0.2mm，板状刚玉细粉的粒径为1~200μm；

电熔镁铝尖晶石中：Al₂O₃含量≥65wt%，MgO含量≥20wt%；电熔镁铝尖晶石颗粒的粒径为1~0.2mm，电熔镁铝尖晶石细粉的粒径为1~200μm。

实施例1

一种高纯刚玉-尖晶石复合材料及其制备方法。先将55~60wt%的板状刚玉颗粒、18~20wt%的板状刚玉细粉、11~15wt%的电熔镁铝尖晶石细粉、9~12wt%的镁铝溶胶搅拌均匀、浇注成型，养护20~30小时，脱模，再自然放置20~30小时；然后于110℃~150℃条件下保温12~18小时，最后在900℃~1100℃条件下保温9~12小时，制得高纯刚玉-尖晶石复合材料。

本实施例所述镁铝溶胶中的镁和铝的摩尔比为1﹕(0.5~1.0)。