CN107540351A - 一种海水镁砂‑镁铝尖晶石‑氧化锆高纯复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种海水镁砂‑镁铝尖晶石‑氧化锆高纯复合材料，属于耐火材料领域，能够得到杂质含量低，高温强度高，抗侵蚀性能好，荷重软化温度高、热震稳定性好的复合材料，可广泛用于水泥回转窑、石灰套筒窑、石灰麦尔兹窑、玻璃窑、RH精炼炉和有色金属冶炼炉等。本发明主要包括：一种海水镁砂‑镁铝尖晶石‑氧化锆复合材料，各物质含量按重量百分比计算为80‑98%的海水镁砂、1‑20%的镁铝尖晶石、1‑10%的氧化锆，外加1‑5%的亚硫酸纸浆废液。

Description

一种海水镁砂-镁铝尖晶石-氧化锆高纯复合材料

技术领域

本发明属于耐火材料领域，尤其涉及一种海水镁砂-镁铝尖晶石-氧化锆高纯复合材料。

背景技术

氧化镁熔点高达2830℃，具有高度耐火性能，而且氧化镁还具有一定的抗侵蚀性能，因此被用作耐火材料，大量应用于钢铁、水泥、有色冶炼和玻璃等行业。

氧化镁的主要来源为重烧镁砂、轻烧镁砂、电熔镁砂和海水镁砂。过去二十多年来，中国在满足国内生产需要的同时，还出口了大量菱镁矿、重烧镁砂、轻烧镁砂和电熔镁砂，在很大程度上满足了世界工业发达国家工业发展对氧化镁的需要。近两年来由于中国能源资源供应紧张及环境污染严重的问题，开始限制高能耗高污染产品生产和出口，对重烧镁砂、轻烧镁砂和电熔镁砂的生产执行严格控制。

海水镁砂与其他类型的镁砂相比具有以下优点：（1）海水与卤水是一种再生资源，而菱镁矿是不可再生的资源；（2）海水镁砂纯度高，可以获得MgO含量大于99%的超高纯镁砂，而天然镁砂达到98%就比较困难，而要进一步提高耐火材料的使用寿命，发展高纯（氧化镁含量大于98%）与超高纯镁砂（氧化镁含量大于99%）也是耐火材料一个重要的发展方向。（3）海水的化学成分是均匀的，可以根据耐火材料的要求进行调整，而菱镁矿中的化学成分是不均匀的。所以无论是从资源战略和保护环境的角度，还是从提高耐火材料的使用性能的角度来说，海水镁砂都具有很大的优势，关于海水镁砂在耐火材料的应用研究就尤为必要。但是海水镁砂为碳质耐火材料，不适用于优质钢的冶炼，而镁铝尖晶石是一种适用于优质钢冶炼的耐火材料，但是单纯的镁铝尖晶石有高温抗折强度低、热震稳定性差等缺点，不能完全满足在RH精炼炉、玻璃窑、石灰套筒窑和麦尔兹窑等关键部位的使用。

发明内容

本发明提供了一种海水镁砂-镁铝尖晶石-氧化锆高纯复合材料，该复合材料杂质含量低，高温强度高，抗侵蚀性能好，荷重软化温度高、热震稳定性好，可广泛用于水泥回转窑、石灰套筒窑、石灰麦尔兹窑、玻璃窑、RH精炼炉和有色金属冶炼炉等。

为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种海水镁砂-镁铝尖晶石-氧化锆高纯复合材料，各物质含量按重量百分比计算为80-98%的海水镁砂、1-20%的镁铝尖晶石、1-10%的氧化锆，外加1-5%的亚硫酸纸浆废液。

以上所述复合材料中亚硫酸纸浆废液为结合剂，所述海水镁砂有3-1mm、1-0mm、小于0.088mm三种粒度，所述镁铝尖晶石的粒度为3-0mm，所述氧化锆的粒度为1-0mm，所述镁铝尖晶石包括烧结镁铝尖晶石和电熔镁铝尖晶石，所述氧化锆包括脱硅锆和单斜锆。所述复合材料不同粒度的比例为：

1≤粒度≤3mm 44-65%

0≤粒度≤1mm 18-30%

0≤粒度≤0.088mm 17-30%。

上述海水镁砂-镁铝尖晶石-氧化锆高纯复合材料的制备方法为：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1500-1800℃隧道窑中高温烧成。

本发明的有益效果为：本发明提供了一种海水镁砂-镁铝尖晶石-氧化锆高纯复合材料，本发明产品的主要化学成分均为稳定的氧化物，且为无碳无硅产品，能够满足优质钢的冶炼；而且本发明产品的高温强度高、耐磨性好、荷重软化温度高，可以应用于水泥回转窑、石灰套筒窑、石灰麦尔兹窑、玻璃窑、RH精炼炉和有色金属冶炼炉等。本发明采用海水镁砂为主要原料，其纯度高、密度高和晶粒结晶大，而且海水镁砂没有尖角，消除了应力集中，裂纹倾向大大降低，有利于提高材料的热震稳定性；氧化锆在高温条件下存在相变曾韧，并且氧化锆在液态熔渣中的润湿角小，使得材料具有优异的抗侵蚀性和热震稳定性；并且镁铝尖晶石、单斜锆或脱硅锆的含量均很低，可以制备出一种高纯复合材料，该复合材料的性能指标为显气孔率10-17%、体积密度3.0-3.4g/cm3、常温耐压强度60-120MPa、高温抗折强度5-10Mpa、荷重软化温度大于1700℃、热震稳定性15-30次，具有荷重软化温度高、高温强度高和耐磨性好、抗侵蚀性好等优异的性能指标。本发明产品还成功地用海水镁砂替代天然镁砂生产高档耐火材料，并且实现了无铬化生产，对环境友好，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

实施例1

一种海水镁砂-镁铝尖晶石-氧化锆高纯复合材料的制备方法，按重量百分比计，原料组成为：80%的海水镁砂、17%的电熔镁铝尖晶石、3%的脱硅锆，外加3%的纸浆废液为结合剂。

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1500-1800℃隧道窑中高温烧成。

所述粉料为粒度小于0.088mm的海水镁砂，所述骨料粒度为3-1mm、1-0mm的海水镁砂、电熔镁铝尖晶石和脱硅锆。

所得产品的性能指标为：显气孔率15.2%，体积密度3.20g/cm3，常温耐压强度90MPa，荷重软化温度大于1700℃，热震稳定性（1100℃，水冷）23次，高温抗折强度7.6MPa，其抗侵蚀性和耐磨性均较好。

实施例2

生产工艺和实施例1相同，不同之处在于：

按重量百分比计，原料组成为：80%的海水镁砂、15%的电熔镁铝尖晶石、5%的脱硅锆，外加3%的纸浆废液为结合剂。所述粉料为粒度小于0.088mm的海水镁砂，所述骨料粒度为3-1mm、1-0mm的海水镁砂、电熔镁铝尖晶石和脱硅锆。

所得产品的性能指标为：显气孔率14.8%，体积密度3.25g/cm3，常温耐压强度105MPa，荷重软化温度大于1700℃，热震稳定性（1100℃，水冷）26次，高温抗折强度8.6MPa，其抗侵蚀性和耐磨性均较好。

实施例3

生产工艺和实施例1相同，不同之处在于：

按重量百分比计，原料组成为：85%的海水镁砂、12%的电熔镁铝尖晶石、3%的脱硅锆，外加3%的纸浆废液为结合剂。所述粉料为粒度小于0.088mm的海水镁砂，所述骨料粒度为3-1mm、1-0mm的海水镁砂、电熔镁铝尖晶石和脱硅锆。

所得产品的性能指标为：显气孔率15.8%，体积密度3.15g/cm3，常温耐压强度95MPa，荷重软化温度大于1700℃，热震稳定性（1100℃，水冷）22次，高温抗折强度7.1MPa，其抗侵蚀性和耐磨性均较好。

实施例4

生产工艺和实施例1相同，不同之处在于：

按重量百分比计，原料组成为：85%的海水镁砂、12%的烧结镁铝尖晶石、3%的单斜锆，外加3%的纸浆废液为结合剂。所述粉料为粒度小于0.088mm的海水镁砂，所述骨料粒度为3-1mm、1-0mm的海水镁砂、烧结镁铝尖晶石和单斜锆。

所得产品的性能指标为：显气孔率13.8%，体积密度3.32g/cm3，常温耐压强度106MPa，荷重软化温度大于1700℃，热震稳定性（1100℃，水冷）25次，高温抗折强度7.5MPa，其抗侵蚀性和耐磨性均较好。

实施例5

生产工艺和实施例1相同，不同之处在于：

按重量百分比计，原料组成为：80%的海水镁砂、16%的烧结镁铝尖晶石、4%的单斜锆，外加3%的纸浆废液为结合剂。所述粉料为粒度小于0.088mm的海水镁砂，所述骨料粒度为3-1mm、1-0mm的海水镁砂、烧结镁铝尖晶石和单斜锆。

所得产品的性能指标为：显气孔率14.6%，体积密度3.26g/cm3，常温耐压强度99MPa，荷重软化温度大于1700℃，热震稳定性（1100℃，水冷）24次，高温抗折强度8.3MPa，其抗侵蚀性和耐磨性均较好。

实施例6

生产工艺和实施例1相同，不同之处在于：

按重量百分比计，原料组成为：84%的海水镁砂、10%的烧结镁铝尖晶石、6%的单斜锆，外加3%的纸浆废液为结合剂。所述粉料为粒度小于0.088mm的海水镁砂，所述骨料粒度为3-1mm、1-0mm的海水镁砂、烧结镁铝尖晶石和单斜锆。

所得产品的性能指标为：显气孔率15.2%，体积密度3.25g/cm3，常温耐压强度88MPa，荷重软化温度大于1700℃，热震稳定性（1100℃，水冷）20次，高温抗折强度7.8MPa，其抗侵蚀性和耐磨性均较好。

实施例7

生产工艺和实施例1相同，不同之处在于：

按重量百分比计，原料组成为：85%的海水镁砂、11%的电熔镁铝尖晶石、4%的单斜锆，外加3%的纸浆废液为结合剂。所述粉料为粒度小于0.088mm的海水镁砂，所述骨料粒度为3-1mm、1-0mm的海水镁砂、电熔镁铝尖晶石和单斜锆。

所得产品的性能指标为：显气孔率14.8%，体积密度3.29g/cm3，常温耐压强度83MPa，荷重软化温度大于1700℃，热震稳定性（1100℃，水冷）20次，高温抗折强度6.8MPa，其抗侵蚀性和耐磨性均较好。

实施例8

生产工艺和实施例1相同，不同之处在于：

按重量百分比计，原料组成为：84%的海水镁砂、12%的烧结镁铝尖晶石、4%的脱硅锆，外加3%的纸浆废液为结合剂。所述粉料为粒度小于0.088mm的海水镁砂，所述骨料粒度为3-1mm、1-0mm的海水镁砂、烧结镁铝尖晶石和脱硅锆。

所得产品的性能指标为：显气孔率15.5%，体积密度3.22g/cm3，常温耐压强度86MPa，荷重软化温度大于1700℃，热震稳定性（1100℃，水冷）24次，高温抗折强度7.2MPa，其抗侵蚀性和耐磨性均较好。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种海水镁砂-镁铝尖晶石-氧化锆高纯复合材料，其特征在于，所述复合材料以海水镁砂、镁铝尖晶石、氧化锆为原料，亚硫酸纸浆废液为结合剂制得，各原料按重量百分比计算组成为80-98%的海水镁砂、1-20%的镁铝尖晶石、1-10%的氧化锆，外加1-5%的亚硫酸纸浆废液。

2.根据权利要求1所述的海水镁砂-镁铝尖晶石-氧化锆高纯复合材料，其特征在于，所述海水镁砂有3-1mm、1-0mm、小于0.088mmm三种粒度。

3.根据权利要求1所述的海水镁砂-镁铝尖晶石-氧化锆高纯复合材料，其特征在于，所述镁铝尖晶石的粒度为3-0mm，所述镁铝尖晶石为烧结镁铝尖晶石和电熔镁铝尖晶石。

4.根据权利要求1所述的海水镁砂-镁铝尖晶石-氧化锆高纯复合材料，其特征在于，所述氧化锆的粒度为1-0mm，所述氧化锆为脱硅锆和单斜锆。

5.根据权利要求1所述的海水镁砂-镁铝尖晶石-氧化锆高纯复合材料，其特征在于，所述复合材料不同粒度的比例为：

1≤粒度≤3mm 44-65%

0≤粒度≤1mm 18-30%

0≤粒度≤0.088mm 17-30%。

6.根据权利要求1所述的海水镁砂-镁铝尖晶石-氧化锆高纯复合材料，其特征在于，所述复合材料的制备方法为：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1500-1800℃隧道窑中高温烧成。