[发明专利]一种轻质微闭孔刚玉复相耐火材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种刚玉质耐火材料及其制备方法，具体涉及一种轻质微闭孔刚玉复相耐火材料及其制备方法。

背景技术

钢铁是国家工业的基础，钢包是储存、运输与精炼钢水的重要设备，几乎所有新钢种的开发都是在钢包中完成二次精炼的。而耐火材料既是炉衬材料，同时也参与冶金过程，是钢中非金属夹杂和有害元素重要来源之一，也是钢铁冶炼过程中能量消耗的主要通道。因此，耐火材料成为现代钢铁冶炼过程中的关键环节。

目前，耐火材料的损毁主要表现为渣蚀破坏，钢包耐火材料的渣蚀损毁与其它耐火材料相比，其影响因素众多。理论上，熔渣与耐火材料接触首先选择耐火材料气孔等处浸入，如比表面积大、气孔孔径小，此区域容易达到过饱和(阈值)而形成新的化合物。当反应形成高熔点化合物较多时，化合物的附着使耐火材料表面粗糙度增大，浸润加强，循环往复，形成的高熔点化合物增多，最终耐火材料与熔渣之间边界层加厚；当反应形成高熔点化合物较少，也即低熔点化合物较多时，表面粗糙度减小，浸润减弱，如果此时熔渣处于流动状态，熔渣总达不到过饱和度。因此，耐火材料会继续向其中溶解，从而导致耐火材料加剧损毁。大量研究表明，铝镁尖晶石材料在服役过程中，尖晶石捕捉渣中FeO、MnO，刚玉吸收渣的CaO在其表面形成六铝酸钙(简写为CA₆)致密层，渣因为SiO₂含量相对升高粘度增大。因此，耐火材料的抗渣渗透性和侵蚀性得以增强。张殿军等研究了两种不同碱度的精炼渣下刚玉-尖晶石浇注料的侵蚀行为，结果表明：高碱度渣对浇注料的侵蚀轻微，而低碱度渣与浇注料的渗透反应层较厚。说明不同渣系、渣组成、钢种等冶炼条件下内衬材料抗渣性能的差异性较大，特别是轻量化耐火材料由于体积密度较低，气孔较多，熔渣的扩散通道更多，其渣蚀过程更加复杂。这就要求轻量化的耐火材料具有较多的微闭口气孔和能够在较广泛的渣组成条件下形成抗渣防护层的能力，而目前报道的轻量材料还难以达到要求。因此，研发一种具有高抗渣性能的轻量化耐火材料对于减少钢包耐火材料资源消耗，节约能源，提高冶金生产效率和钢材质量，具有重要的实际意义和应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种体积密度小、平均孔径小、闭口气孔率高、热导率低、热震稳定性好、耐冲刷，且能够在较广泛的渣组成条件下形成抗渣防护层能力的轻质微闭孔刚玉复相耐火材料及其制备方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种轻质微闭孔刚玉复相耐火材料，是以95～99重量份数的α-Al₂O₃微粉，1～5重量份数的白云石熟料为原料，2～15重量份数的纳米氧化铝溶胶，5～15重量份数的糖类聚合物和30～50重量份数的有机醇为外加剂，混合湿磨得到料浆；然后将料浆置于模具中在15～25℃下放置6～12小时，接着置于60～90℃下保温6～12小时脱模；然后将脱模后的坯体在110～200℃条件下干燥24～36小时，在1800～2000℃条件下保温2～5小时制成。

进一步，所述α-Al₂O₃微粉的Al₂O₃含量>99.2wt％，粒径D50为0.5～3μm。

进一步，所述白云石熟料的MgO和CaO总含量>99wt％，粒径D50为2～7μm。

进一步，所述纳米氧化铝溶胶的分散质含量>25wt％，平均粒径为20～50nm。

进一步，所述糖类聚合物为糊精、淀粉、甲壳素中的一种或两种以上的混合物。

进一步，所述有机醇为乙醇、聚乙烯醇、叔丁醇中的一种或两种以上的混合物。

本发明进一步解决其技术问题采用的技术方案是，一种轻质微闭孔刚玉复相耐火材料的制备方法，将α-Al2O3微粉和白云石熟料原料，外加纳米氧化铝溶胶、糖类聚合物和有机醇，混合湿磨0.1～1小时，得到料浆；然后将料浆置于模具中在15～25℃下放置6～12小时，接着置于60～90℃下保温6～12小时脱模；然后将脱模后的坯体在110～200℃条件下干燥24～36小时，在1800～2000℃条件下保温2～5小时，即得轻质微闭孔刚玉复相耐火材料。

进一步，采用行星球磨机湿磨(优选行星球磨机的研磨球为刚玉质球)。