CN104446564B

CN104446564B - 一种含氧化铬的锆刚玉砖的制备方法

Info

Publication number: CN104446564B
Application number: CN201410765619.1A
Authority: CN
Inventors: 尹洪基; 耿可明; 胡飘; 石鹏坤; 王晗; 李坚强; 马旭峰; 周军; 李宗泰
Original assignee: Sinosteel Luoyang Institute of Refractories Research Co Ltd
Current assignee: Sinosteel Luoyang Institute of Refractories Research Co Ltd
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2034-12-15
Also published as: CN104446564A

Abstract

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种含氧化铬的锆刚玉砖的制备方法。以熔铸锆刚玉颗粒和氧化铬颗粒为骨料，添加氧化铬细粉、氧化铬粉、α‑Al₂O₃粉和白刚玉细粉作基质，加入结合剂，经混料、成型和干燥后，放置于氮气窑内，通过调整烧成气氛的氧分压，经低温烧成制得。本发明的砖用于马蹄焰窑的小炉侧壁、小炉碹、小炉坡道、蓄热室墙体和无碱玻璃纤维池窑的烟道等部位，具有抗热震性能优和抗熔渣侵蚀性优等特点，有较高的工业应用推广价值。

Description

一种含氧化铬的锆刚玉砖的制备方法

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种含氧化铬的锆刚玉砖的制备方法。

背景技术

熔铸锆刚玉砖用于马蹄焰窑的小炉侧壁、小炉碹、小炉坡道、蓄热室墙体和无碱玻璃纤维池窑的烟道等部位。上述部位在使用过程中存在交替换火，要求砖具有良好的抗热冲击性能，能够承受住瞬间大量高速冷空气的冲击；同时经受住碱蒸汽、SO₂和硼酸钠等侵蚀。

熔铸锆刚玉砖在生产过程中首先将工业氧化铝粉、锆英砂，脱硅锆和少量纯碱等原料混合均匀，投入电弧炉内充分熔化均匀，浇注到准备好的模型中，铸件埋入保温材料内，或置入外部供热的退火窑中，消除其内部应力，使砖无内裂纹，然后进行切割或磨削，获得成品。该砖结构致密，显气孔率低至2%，因而抗热震性能差，无法承受小炉交替换火过程中的热冲击；砖抗碱或硼酸钠蒸汽性能差，用在马蹄焰窑的小炉等部位效果差，存在使用寿命短的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提出一种含氧化铬的锆刚玉砖的制备方法，利用α-Al₂O₃粉和氧化铬粉在适当烧成气氛的氧分压下实现低温烧成，避免高温烧成时熔铸锆刚玉颗粒中玻璃相渗出的缺陷。该制备方法制备的含氧化铬的锆刚玉砖具有显气孔率高，抗热震性能优，抗侵蚀性能强的特点，能够有效延长砖的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种含氧化铬的锆刚玉砖的制备方法，含氧化铬的锆刚玉砖的原料组分及重量百分比为：粒度为0.1～4 mm的熔铸锆刚玉颗粒35～70%；粒度为0.1～2 mm的氧化铬颗粒0～35%；粒度＜0.088 mm的白刚玉细粉0～20%；粒度＜0.044 mm的α-Al₂O₃粉2～15%；粒度为0.044～0.088 mm的氧化铬细粉3～30%；粒度＜0.044 mm的氧化铬粉1～15%；其中熔铸锆刚玉颗粒按小于等于4 mm、大于3 mm，小于等于3 mm、大于2 mm，小于等于2 mm、大于1 mm，小于等于1 mm、大于0.1 mm筛选分级后，分别占一种含氧化铬的锆刚玉砖原料总重量的5～20%、10～30%、0～30%、0～25%；氧化铬颗粒按小于等于2 mm、大于1 mm，小于等于1 mm、大于0.1 mm筛选分级后，分别占一种含氧化铬的锆刚玉砖原料总重量的0～20%和 0～20%；结合剂为上述原料总重量的1～6%；将氧化铬细粉、氧化铬粉、α-Al₂O₃粉和白刚玉细粉放置在混料设备中进行混合，得到均匀混合的混合粉；将熔铸锆刚玉颗粒和氧化铬颗粒与结合剂充分搅拌均匀润湿后，再加入混合粉并混合均匀；采用机压方式制备各种所需尺寸的坯体，经100～110℃干燥24～36小时；将干燥后的坯体放置在氮气窑中，使烧成气氛的氧分压位于0.1～10 Pa之间，保证气体通入量，使氮气窑保持在微正压；经1380～1430℃保温6～10小时烧成即可获得；该砖具有14～18%的显气孔率；在1100℃～水冷试验条件下，抗热震次数至少在30次以上；制品中， Cr₂O₃ 的质量占制品总质量的14～60%。

本发明利用氮气窑烧成，氮气窑具有易于调整烧成气氛氧分压的操作特征，将烧成气氛的氧分压控制在0.1～10 Pa，此氧分压能将本发明所添加的α-Al₂O₃粉和氧化铬粉在小于等于1430℃下反应，形成铝铬固溶体，从而实现了含氧化铬的锆刚玉砖的低温烧成。本发明所添加的熔铸锆刚玉颗粒来自熔铸锆刚玉砖在生产过程中产生的边角料，而熔铸锆刚玉砖在原料中引入了工业氧化铝粉、锆英砂和少量纯碱等，纯碱、工业氧化铝粉和锆英砂中的二氧化硅在电弧炉中分解熔融，冷却后在熔铸锆刚玉砖内形成了数量较多的玻璃相，导致熔铸锆刚玉砖结构致密和显气孔率低至2%，在1100℃～水冷试验条件下，抗热震次数仅有1～3次，因而抗热冲击性能差；熔铸锆刚玉颗粒同样存在上述玻璃相，在烧成温度高于1430℃时，从颗粒内渗出进入砖的基质中，从而破坏了含氧化铬的锆刚玉砖结构，造成砖的显气孔率低，抗热震性能变差。本发明采用氮气窑，调整烧成气氛的氧分压，使α-Al₂O₃粉和氧化铬粉原料在小于等于1430℃下反应，克服所添加的熔铸锆刚玉颗粒在烧成温度高于1430℃时渗出所引起的显气孔率下降和结构破坏的缺陷；引入氧化铬原料也有效提高含氧化铬的锆刚玉砖的抗侵蚀性能。

一种含氧化铬的锆刚玉砖的制备方法，熔铸锆刚玉颗粒的ZrO₂≥32%，玻璃相渗出温度>1430℃。

一种含氧化铬的锆刚玉砖的制备方法，氧化铬颗粒的Cr₂O₃≥94%；氧化铬细粉的Cr₂O₃≥95%。

一种含氧化铬的锆刚玉砖的制备方法，氧化铬粉的Cr₂O₃≥99%。

一种含氧化铬的锆刚玉砖的制备方法，白刚玉细粉的Al₂O₃≥98%。

一种含氧化铬的锆刚玉砖的制备方法，α-Al₂O₃粉的Al₂O₃≥99%。

一种含氧化铬的锆刚玉砖的制备方法，所述的结合剂为磷酸二氢铝、磷酸溶液中的一种，或其中两种的组合溶液；所述的结合剂为糊精、葡萄糖、木质素磺酸钙溶液中的一种，或其中两种、三种的组合溶液。

一种含氧化铬的锆刚玉砖的制备方法，原料组分及重量百分比的优选为：粒度为0.1～4 mm的熔铸锆刚玉颗粒35～65%；粒度为0.1～2 mm的氧化铬颗粒0～30%；粒度＜0.088 mm的白刚玉细粉0～17%；粒度＜0.044 mm的α-Al₂O₃粉3～10%；粒度为0.044～0.088 mm的氧化铬细粉5～25%；粒度＜0.044 mm的氧化铬粉2～10%；结合剂为上述原料总重量的2～4%。

具体实施方式

本发明根据不连续尺寸颗粒的堆积和连续尺寸颗粒的分布与堆积对颗粒进行最佳匹配，添加α-Al₂O₃粉、白刚玉细粉、氧化铬细粉、氧化铬粉和结合剂，生产出一种含氧化铬的锆刚玉砖。在以下实施方式中，熔铸锆刚玉颗粒的ZrO₂≥32%，玻璃相渗出温度>1430℃；氧化铬颗粒的Cr₂O₃≥94%；白刚玉细粉粒度＜0.088 mm，Al₂O₃≥98%；氧化铬细粉粒度为0.044～0.088 mm，Cr₂O₃≥95%；氧化铬粉粒度＜0.044 mm，Cr₂O₃≥99%；α-Al₂O₃粉粒度＜0.044 mm，Al₂O₃≥99%；将氧化铬细粉、氧化铬粉、α-Al₂O₃粉和白刚玉细粉放置在混料设备中进行混合，得到均匀混合的混合粉；将熔铸锆刚玉颗粒和氧化铬颗粒与结合剂充分搅拌均匀润湿后，再加入混合粉并混合均匀；采用机压方式制备各种所需尺寸的坯体，经100～110℃干燥24～36小时；将干燥后的坯体放置在氮气窑中，调整烧成气氛的氧分压，保证烧成气体通入量，使氮气窑保持在微正压；经1380～1430℃保温6～10小时烧成即可获得。

实施例1：一种含氧化铬的锆刚玉砖的制备方法，原料组分及重量百分比为：粒度为0.1～4 mm的熔铸锆刚玉颗粒65%，白刚玉细粉17%，氧化铬细粉13%，氧化铬粉2%，α-Al₂O₃粉3%；结合剂磷酸二氢铝溶液加入量为上述原料总重量2.0%。其中，所述的熔铸锆刚玉颗粒按小于等于4 mm、大于3 mm，小于等于3 mm、大于2 mm，小于等于2 mm、大于1 mm，小于等于1mm、大于0.1 mm进行级配，分别占一种含氧化铬的锆刚玉砖原料总重量的10%，20%，20%，15%。调整烧成气氛的氧分压位于0.1 Pa，1430℃保温6小时制成。

本实施例所获得的一种含氧化铬的锆刚玉砖的体积密度为3.2～3.3g/cm³，显气孔率为17～18%，常温耐压强度为120～130 MPa；在1100℃～水冷试验条件下，抗热震次数为35次；化学成分，Cr₂O₃：14.5%。

实施例2：一种含氧化铬的锆刚玉砖的制备方法，原料组分及重量百分比为：粒度为0.1～4 mm的熔铸锆刚玉颗粒65%，白刚玉细粉10%，氧化铬细粉5%，氧化铬粉10%，α-Al₂O₃粉10%；结合剂磷酸二氢铝溶液加入量为上述原料总重量4.0%。其中，所述的熔铸锆刚玉颗粒按小于等于4 mm、大于3 mm，小于等于3 mm、大于2 mm，小于等于2 mm、大于1 mm，小于等于1mm、大于0.1 mm进行级配，分别占一种含氧化铬的锆刚玉砖原料总重量的10%，15%，25%，15%。调整烧成气氛的氧分压位于10 Pa，1380 ℃保温10小时制成。

本实施例所获得的一种含氧化铬的锆刚玉砖的体积密度为3.2～3.3g/cm³，显气孔率为16～17%，常温耐压强度为130～140 MPa；在1100℃～水冷试验条件下，抗热震次数为41次；化学成分，Cr₂O₃：14.7%。

实施例3：一种含氧化铬的锆刚玉砖的制备方法，原料组分及重量百分比为：粒度为0.1～4 mm的熔铸锆刚玉颗粒65%，氧化铬细粉25%，氧化铬粉5%，α-Al₂O₃粉5%；结合剂磷酸溶液加入量为上述原料总重量3.0%。其中，所述的熔铸锆刚玉颗粒按小于等于4 mm、大于3 mm，小于等于3 mm、大于2 mm，小于等于2 mm、大于1 mm，小于等于1 mm、大于0.1 mm进行级配，分别占一种含氧化铬的锆刚玉砖原料总重量的5%，25%，15%，20%。调整烧成气氛的氧分压位于1Pa，1400 ℃保温10小时制成。

本实施例所获得的一种含氧化铬的锆刚玉砖的体积密度为3.3～3.4g/cm³，显气孔率为16～17%，常温耐压强度为120～130 MPa；在1100℃～水冷试验条件下，抗热震次数为39次；化学成分，Cr₂O₃：29.7%。

实施例4：一种含氧化铬的锆刚玉砖的制备方法，原料组分及重量百分比为：粒度为0.1～4 mm的熔铸锆刚玉颗粒65%，氧化铬细粉25%，氧化铬粉5%，α-Al₂O₃粉5%；结合剂糊精溶液加入量为上述原料总重量3.0%。其中，所述的熔铸锆刚玉颗粒按小于等于4 mm、大于3 mm，小于等于3 mm、大于2 mm，小于等于2 mm、大于1 mm，小于等于1 mm、大于0.1 mm进行级配，分别占一种含氧化铬的锆刚玉砖原料总重量的15%，15%，25%，10%。调整烧成气氛的氧分压位于1Pa，在1400 ℃保温10小时制成。

本实施例所获得的一种含氧化铬的锆刚玉砖的体积密度为3.3～3.4g/cm³，显气孔率为16～17%，常温耐压强度为130～140 MPa；在1100℃～水冷试验条件下，抗热震次数为37次；化学成分，Cr₂O₃：29.5%。

实施例5：一种含氧化铬的锆刚玉砖的制备方法，原料组分及重量百分比为：粒度为1～4 mm的熔铸锆刚玉颗粒45%，粒度小于等于1 mm、大于0.1 mm的氧化铬颗粒20%，氧化铬细粉25%，氧化铬粉5%，α-Al₂O₃粉5%；结合剂木质素磺酸钙溶液加入量为上述原料总重量3.0%。其中，所述的熔铸锆刚玉颗粒按小于等于4 mm、大于3 mm，小于等于3 mm、大于2 mm，小于等于2 mm、大于1 mm进行级配，分别占一种含氧化铬的锆刚玉砖原料总重量的10%，20%，15%。调整烧成气氛的氧分压位于1Pa， 1400 ℃保温8小时制成。

本实施例所获得的一种含氧化铬的锆刚玉砖的体积密度为3.7～3.8g/cm³，显气孔率为14～15%，常温耐压强度为130～140 MPa；在1100℃～水冷试验条件下，抗热震次数为38次；化学成分，Cr₂O₃：49.5%。

实施例6：一种含氧化铬的锆刚玉砖的制备方法，原料组分及重量百分比为：粒度为2～4 mm的熔铸锆刚玉颗粒35%，粒度为0.1～2 mm的氧化铬颗粒30%，氧化铬细粉25%，氧化铬粉5%，α-Al₂O₃粉5%；结合剂葡萄糖溶液加入量为上述原料总重量3.0%。其中，所述的熔铸锆刚玉颗粒按小于等于4 mm、大于3 mm，小于等于3 mm、大于2 mm进行级配，分别占一种含氧化铬的锆刚玉砖原料总重量的10%和25%；所述的氧化铬颗粒按小于等于2 mm、大于1 mm，小于等于1 mm、大于0.1 mm进行级配，分别占一种含氧化铬的锆刚玉砖原料总重量的20%和10%。调整烧成气氛的氧分压位于1Pa，1400 ℃保温10小时制成。

本实施例所获得的一种含氧化铬的锆刚玉砖的体积密度为3.8～3.9g/cm³，显气孔率为14～15%，常温耐压强度为140～150 MPa；在1100℃～水冷试验条件下，抗热震次数为33次；化学成分，Cr₂O₃：59.3%。

Claims

1.一种含氧化铬的锆刚玉砖的制备方法，其特征在于：粒度为0.1～4 mm的熔铸锆刚玉颗粒35～70%；粒度为0.1～2 mm的氧化铬颗粒0～40%；粒度＜0.088 mm的白刚玉细粉0～20%；粒度＜0.044 mm的α-Al₂O₃粉2～15%；粒度为0.044～0.088 mm的氧化铬细粉3～30%；粒度＜0.044 mm的氧化铬粉1～15%；其中熔铸锆刚玉颗粒按小于等于4 mm、大于3 mm，小于等于3 mm、大于2 mm，小于等于2 mm、大于1 mm，小于等于1 mm、大于0.1 mm筛选分级后，分别占一种含氧化铬的锆刚玉砖原料总重量的5～20%、10～30%、0～30%、0～25%；结合剂为上述原料总重量的1～6%；熔铸锆刚玉颗粒的ZrO₂≥32%，玻璃相渗出温度>1430℃；将氧化铬细粉、氧化铬粉、α-Al₂O₃粉和白刚玉细粉放置在混料设备中进行混合，得到均匀混合的混合粉；将熔铸锆刚玉颗粒和氧化铬颗粒与结合剂充分搅拌均匀润湿后，再加入混合粉并混合均匀；采用机压方式制备各种所需尺寸的坯体，经100～110℃干燥24～36小时；将干燥后的坯体放置在氮气窑中，使烧成气氛的氧分压位于0.1～10 Pa之间，保证气体通入量，使氮气窑保持在微正压；经1380～1430℃保温6～10小时烧成即可获得；该砖具有14～18%的显气孔率；在1100℃～水冷试验条件下，抗热震次数至少在30次；制品中， Cr₂O₃ 的质量占制品总质量的14～60%。

2.根据权利要求1所述的一种含氧化铬的锆刚玉砖的制备方法，其特征在于：原料组分及重量百分比为：粒度为0.1～4 mm的熔铸锆刚玉颗粒35～65%；粒度为0.1～2 mm的氧化铬颗粒0～30%；粒度＜0.088 mm的白刚玉细粉0～17%；粒度＜0.044 mm的α-Al₂O₃粉3～10%；粒度为0.044～0.088 mm的氧化铬细粉5～25%；粒度＜0.044 mm的氧化铬粉2～10%；结合剂为上述原料总重量的2～4%。

3.根据权利要求1或2所述的一种含氧化铬的锆刚玉砖的制备方法，其特征在于：氧化铬颗粒的Cr₂O₃≥94%；氧化铬细粉的Cr₂O₃≥95%；氧化铬粉的Cr₂O₃≥99%。

4.根据权利要求1或2所述的一种含氧化铬的锆刚玉砖的制备方法，其特征在于：白刚玉细粉的Al₂O₃≥98%；α-Al₂O₃粉的Al₂O₃≥99%。

5.根据权利要求1或2所述的一种含氧化铬的锆刚玉砖的制备方法，其特征在于：所述的结合剂为磷酸二氢铝和磷酸溶液中的一种，或两种溶液组合。

6.根据权利要求1或2所述的一种含氧化铬的锆刚玉砖的制备方法，其特征在于：结合剂为糊精、葡萄糖、木质素磺酸钙溶液中的一种，或其中的两种、三种溶液的组合。