專利名稱：一種有鈦酸鋁涂層的耐火材料顆粒及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種耐火材料顆粒及其制備方法，尤其是涉及一種有鈦酸鋁涂層的耐火材料顆粒及制備方法。
背景技術：
隨著我國對有色金屬需求的迅猛增長，有色冶煉廠不斷采用新工藝和新技術，使有色冶金爐的大型化和高效化以適應時代要求，這就使得耐火材料的使用條件愈來愈苛刻，對耐火材料提出了許多新的要求，耐火材料的選用已成為生產中的一個關鍵環節之一， 有色冶金窯爐中金屬液接觸部位均采用致密高質量耐火材料。以鋁冶金為例，熔鋁爐采用常用的致密高鋁礬土、電熔氧化鋁、燒結氧化鋁等原材料，外加碳化硅、鈦酸鋁、氟化鈣、硫酸鋇等防滲劑，不但成本高昂，而且導熱系數高，熱量損失嚴重；若采用輕質原料和低成本高硅原料則易出現滲鋁或與鋁熔液反應，性能難以滿足生產所需。若這些原料表面涂敷一層抗鋁溶液滲透或反應的鈦酸鋁，就能很好地解決這些問題。此外在有色冶金中輕引入質骨料作為爐料，可大幅度降低制品導熱系數，減少能耗， 有利于貫徹執行國家節能減排重大戰略，并能大幅度提高制品熱震性能，延長使用壽命，降低使用成本。輕質骨料表面形成一層鈦酸鋁還可大幅度提高其耐壓強度，以氧化鋁空心球為例，經在表面形成鈦酸鋁后，其強度為原來的三倍以上。
發明內容
本發明的目的在于提供一種有鈦酸鋁涂層的耐火材料顆粒及制備方法，利用現有耐火材料顆粒作為原材料，使耐火材料顆粒表面有一層具備不粘鋁特性的鈦酸鋁的方法。為達到上述目的，本發明采用的技術方案的步驟如下一、一種耐火材料顆粒在耐火材料顆粒表面覆蓋有一層鈦酸鋁；質量分數為 O. 05 50%的鈦酸鋁。所述的耐火材料顆粒為致密耐火材料顆粒或輕質耐火材料顆粒，耐火材料顆粒尺寸為I微米 15厘米。所述的致密耐火材料顆粒為硅石、熔融石英、蠟石、焦寶石、黏土熟料、高鋁礬土、 燒結剛玉、電熔剛玉、尖晶石，燒結鎂砂、電熔鎂砂、鎂橄欖石、鎂白云石、蛇紋石、硅線石，玄武巖、鐵渣、鉻鐵渣或鋼渣。所述的輕質耐火材料顆粒為氧化鋁空心球、剛玉空心球、鎂鋁尖晶石空心球、鋁鈣空心球、漂珠或膨脹蛭石。二一種耐火材料顆粒的制備方法，該方法的步驟如下(I)配料:采購市售或制備鈦鋁復合溶膠、鈦溶膠和鈦酸鋁粉體漿料備用；成分指標要求如下A鈦鋁復合溶膠:Ti4+濃度為O. 2 O. 3mol/L，Al3+濃度為O. 2 O. 3mol/L的鈦鋁復合溶膠；溶膠中加入摩爾分數為I. 6 6%的Mg2+為穩定劑；或加入摩爾分數為3 5% 的Mg2+和摩爾分數為O. 4 O. 8%的Ce4+為穩定劑；或只加入摩爾分數為I. 6 3. 3%的 Fe3+為穩定劑；B鈦溶膠Ti4+濃度為O. 2 O. 3mol/L的溶膠，溶膠中加入摩爾分數為3. 7 13% 的Mg2+為穩定劑；或加入摩爾分數為7 10%的Mg2+和摩爾分數為O. 9 I. 7%的Ce4+為穩定劑；或加入摩爾分數為3. 8 7%的Fe3+作為穩定劑；C鈦酸鋁粉體漿料組成為質量分數為40 50%的Al2O3和50 60%的TiO2 ;其中加入質量分數為I 4% MgO為穩定劑；或加入質量分數為I 4%的MgO和質量分數為 I 3%的CeO2混合物為穩定劑；或加入質量分數為3 8% Fe2O3為穩定劑；或加入質量分數為O. 5 2%的ZrO2為穩定劑；(2)表面涂敷，有以下二種方法2. I將耐火材料顆粒浸泡在鈦鋁復合溶膠或鈦溶膠或鈦酸鋁粉體漿料中，浸泡過程中不斷攪拌，浸泡時間為O. 5 60min,取出后烘干；2. 2將鈦鋁復合溶膠或鈦溶膠或鈦酸鋁粉體漿料噴涂在耐火材料顆粒表面直至完全濕潤，烘干即可；⑶熱處理將浸泡或噴涂好鈦鋁復合溶膠，鈦溶膠和鈦酸鋁粉體漿料的耐火材料顆粒置于 1250 1450°C的熱處理爐中保溫I 4小時，隨爐降溫，完成制備。所述的耐火材料顆粒為致密耐火材料顆粒或輕質耐火材料顆粒，耐火材料顆粒尺寸為I微米 15厘米。所述的致密耐火材料顆粒為硅石、熔融石英、蠟石、焦寶石、黏土熟料、高鋁礬土、 燒結剛玉、電熔剛玉、燒結鎂砂、電熔鎂砂、鎂橄欖石、蛇紋石、鐵渣或鋼渣。所述的輕質耐火材料顆粒為氧化鋁空心球、剛玉空心球、鎂鋁尖晶石空心球、鋁鈣空心球、漂珠、陶粒、珍珠巖或膨脹蛭石。本發明具有的有益效果是采用浸泡或噴涂鈦溶膠，鈦鋁復合溶膠，鈦酸鋁粉體漿料的方法對耐火材料顆粒進行表面改性后，鈦溶膠，鈦鋁復合溶膠和鈦酸鋁粉體漿料能附著在耐火材料顆粒的表面， 并進入縫隙，裂紋和孔洞中，干燥后鈦溶膠，鈦鋁復合溶膠，鈦酸鋁粉體漿料分布在耐火材料顆粒表面，縫隙和晶粒之間。在受熱的條件下，鈦膠與氧化鋁質耐火材料顆粒基體生成鈦酸鋁；鈦鋁復合溶膠直接在耐火材料顆粒生成鈦酸鋁；鈦酸鋁體漿料則直接燒結在耐火材料顆粒表面。由于鈦酸鋁有對鋁液不浸潤特性，因而經過處理的耐火材料顆粒不浸潤鋁液。 而鈦溶膠，鈦鋁復合溶膠，鈦酸鋁粉體漿料進入表耐火材料顆粒裂紋和孔洞之中，高溫燒結后生成鈦酸鋁能修補裂紋和孔洞，從而提高耐火材料顆粒的耐壓強度。說明書附I是不定型耐火材料顆粒均勻分布圖。圖2是不定型耐火材料顆粒局部剖視圖。圖3是球形耐火材料顆粒剖視圖。圖中1、不定型耐火材料顆粒，2、耐火材料基體，3、不定型耐火材料鈦酸鋁涂層，
4、球形耐火材料基體，5、球形耐火材料鈦酸鋁涂層
具體實施例方式實施例I (鈦溶膠)先配好鈦溶膠Ti4+濃度為O. 2 O. 3mol/L的溶膠，溶膠中加入摩爾分數為3. 7 13%的Mg2+為穩定劑；或加入摩爾分數為7 10%的Mg2+和摩爾分數為O. 9 I. 7%的Ce4+ 為穩定劑；或加入摩爾分數為3. 8 7%的Fe3+作為穩定劑。然后把需在表面形成鈦酸鋁涂層的耐火材料顆粒放入溶膠中浸泡O. 5 60分鐘之后烘干或將溶膠噴涂在需在表面形成鈦酸鋁涂層的耐火材料顆粒表面至濕潤后烘干，然后將處理后的耐火材料顆粒放入高溫爐中熱處理，熱處理溫度為1250 1450°C，保溫時間I 4小時，得到表面有鈦酸鋁涂層的耐火材料顆粒，由于鈦酸鋁具備不沾鋁特性，所以處理后的耐火材料具備不沾鋁特性。具體實施方案見表I。未處理前的不定型耐火材料顆粒分布如
圖1，其中I是高鋁礬土、燒結剛玉、電熔剛玉。用該方法所得表面有一層氟化鈣的形狀不規則的耐火材料顆粒其局部剖視圖如圖2，其中2是高鋁礬土、燒結剛玉、電熔剛玉，3是鈦酸鋁層；用該方法所得表面有一層鈦酸鋁的球形耐火材料顆粒其局部剖視圖如圖3，其中3是鈦酸鋁層，4是氧化鋁空心球、剛玉空心球、鎂鋁尖晶石空心球、鋁鈣空心球或漂珠基體。表I鈦溶膠改性耐火材料顆粒在不同溫度下處理
修飾原料鈦溶膠Ti4+濃度(mol/L)0.20.250.30.20.250.3穩定劑含量(摩爾百分數，％)Mg2' 13Mg2' 10 Ce4十，0.9Fe3' 3.8Mg2+，3.7Mg2' 7 Ce4 十，1.7Fe3' 7涂敷方式浸泡噴涂浸泡時間(min)300.560噴涂要求表面完全潤濕熱處理溫度(°C)145013501250145013501250保溫時間(h)I34I34鈦酸鋁質量百分含童(％)燒結剛玉0.060.071.30.050.081.02局韋呂研j 土1.61.82.01.51.92.1電熔剛玉0.080.100.120.070.110.13氧化鋁空心球2.53.03.32.33.13.5剛玉空心球2.63.13.42.53.23.7鎂鋁尖晶石空心球2.83.03.22.73.13.5實施例2 (鈦鋁復合溶膠)先配好鈦鋁復合溶膠Ti4+濃度為O. 2 O. 3mol/L，Al3+濃度為O. 2 O. 3mol/L的鈦招復合溶膠；溶膠中加入摩爾分數為I. 6 6%的Mg2+為穩定劑；或加入摩爾分數為3 5%的Mg2+和摩爾分數為O. 4 O. 8%的Ce4+為穩定劑；或只加入摩爾分數為I. 6 3. 3% 的Fe3+為穩定劑。將需在表面形成鈦酸鋁涂層的耐火材料顆粒料放入溶膠中浸泡O. 5 60min或將溶膠噴涂在需在表面形成鈦酸鋁涂層耐火材料顆粒表面至表面濕潤后烘干，然后放入高溫爐中熱處理，熱處理溫度為1250 1450°C，保溫時間I 4小時，得到表面有鈦酸鋁涂層的耐火材料顆粒，具體實施方案及效果見表2。未處理前的不定型耐火材料顆粒分布如圖1，其中I硅石、熔融石英、蠟石、焦寶石、黏土熟料、高鋁礬土、燒結剛玉、電熔剛玉、尖晶石、燒結鎂砂、電熔鎂砂、鎂橄欖石、鎂白云石、蛇紋石、硅線石、玄武巖、鐵渣、鋼渣、 鉻鐵渣或膨脹蛭石。用該方法所得表面有一層鈦酸鋁的形狀不規則的耐火材料顆粒其局部剖視圖如圖2，其中2是硅石、熔融石英、蠟石、焦寶石、黏土熟料、高鋁礬土、燒結剛玉、電熔剛玉、尖晶石、燒結鎂砂、電熔鎂砂、鎂橄欖石、鎂白云石、蛇紋石、硅線石、玄武巖、鐵渣、鋼渣、鉻鐵渣或膨脹蛭石基體，3是鈦酸鋁層；用該方法所得表面有一層氟化鈣的球形耐火材料顆粒其局部剖視圖如圖3，其中3是鈦酸鋁層，4是氧化鋁空心球、剛玉空心球、鎂鋁尖晶石空心球、鋁鈣空心球或漂珠基體。表2鈦鋁復合溶膠改性耐火材料顆粒在不同溫度下處理
權利要求
1.一種耐火材料顆粒，其特征在于在耐火材料顆粒表面覆蓋有一層鈦酸鋁；質量分數為O. 05 50%的鈦酸鋁。
2.如權利要求I所述的一種耐火材料顆粒，其特征在于所述的耐火材料顆粒為致密耐火材料顆粒或輕質耐火材料顆粒，耐火材料顆粒尺寸為I微米 15厘米。
3.如權利要求2所述的一種耐火材料顆粒，其特征在于所述的致密耐火材料顆粒為硅石、熔融石英、蠟石、焦寶石、黏土熟料、高鋁礬土、燒結剛玉、電熔剛玉、尖晶石，燒結鎂砂、電熔鎂砂、鎂橄欖石、鎂白云石、蛇紋石、硅線石，玄武巖、鐵渣、鉻鐵渣或鋼渣。
4.如權利要求2所述的一種耐火材料顆粒，其特征在于所述的輕質耐火材料顆粒為氧化鋁空心球、剛玉空心球、鎂鋁尖晶石空心球、鋁鈣空心球、漂珠或膨脹蛭石。
5.如權利要求所述的一種耐火材料顆粒的制備方法，其特征在于該方法的步驟如下(I)配料采購市售或制備鈦鋁復合溶膠、鈦溶膠和鈦酸鋁粉體漿料備用；成分指標要求如下A鈦鋁復合溶膠Ti4+濃度為O. 2^0. 3mol/L, Al3+濃度為O. 2 O. 3mol/L的鈦鋁復合溶膠；溶膠中加入摩爾分數為I. 6 6%的Mg2+為穩定劑；或加入摩爾分數為3 5%的 Mg2+和摩爾分數為O. 4 O. 8%的Ce4+為穩定劑；或只加入摩爾分數為I. 6 3. 3%的Fe3+ 為穩定劑；B鈦溶膠Ti4+濃度為O. 2 O. 3mol/L的溶膠，溶膠中加入摩爾分數為3. 7 13%的 Mg2+為穩定劑；或加入摩爾分數為7 10%的Mg2+和摩爾分數為O. 9 I. 7%的Ce4+為穩定劑；或加入摩爾分數為3. 8 7%的Fe3+作為穩定劑；C鈦酸鋁粉體漿料組成為質量分數為40 50%的Al2O3和50 60%的TiO2 ;其中加入質量分數為I 4%MgO為穩定劑；或加入質量分數為I 4%的MgO和質量分數為I 3%的CeO2混合物為穩定劑；或加入質量分數為3 8% Fe2O3為穩定劑；或加入質量分數為O.5 2%的ZrO2為穩定劑；(2)表面涂敷，有以下二種方法2. I將耐火材料顆粒浸泡在鈦鋁復合溶膠或鈦溶膠或鈦酸鋁粉體漿料中，浸泡過程中不斷攪拌，浸泡時間為O. 5飛Omin，取出后烘干；2.2將鈦鋁復合溶膠或鈦溶膠或鈦酸鋁粉體漿料噴涂在耐火材料顆粒表面直至完全濕潤，烘干即可；(3)熱處理將浸泡或噴涂好鈦鋁復合溶膠，鈦溶膠和鈦酸鋁粉體漿料的耐火材料顆粒置于 1250 1450°C的熱處理爐中保溫I 4小時，隨爐降溫，完成制備。
6.如權利要求5所述的一種耐火材料顆粒的制備方法，其特征在于耐火材料顆粒為致密耐火材料顆粒或輕質耐火材料顆粒，耐火材料顆粒尺寸為I微米 15厘米。
7.如權利要求6所述的一種耐火材料顆粒的制備方法，其特征在于所述的致密耐火材料顆粒為硅石、熔融石英、蠟石、焦寶石、黏土熟料、高鋁礬土、燒結剛玉、電熔剛玉、燒結鎂砂、電熔鎂砂、鎂橄欖石、蛇紋石、鐵渣或鋼渣。
8.如權利要求6所述的一種耐火材料顆粒的制備方法，其特征在于所述的輕質耐火材料顆粒為氧化鋁空心球、剛玉空心球、鎂鋁尖晶石空心球、鋁鈣空心球、漂珠、陶粒、珍珠巖或膨脹蛭石。
全文摘要
本發明公開了一種耐火材料顆粒及其制備方法，通過制備鈦溶膠，鈦鋁復合溶膠，鈦酸鋁粉體漿料后，對耐火材料顆粒進行表面涂敷和熱處理，使耐火材料顆粒表面覆蓋有一層鈦酸鋁，由于鈦酸鋁有對鋁不浸潤特性，因而經過處理的耐火材料顆粒對鋁不浸潤。而鈦溶膠，鈦鋁復合溶膠，鈦酸鋁粉體漿料進入耐火材料顆粒裂紋和孔洞之中，高溫燒結后能修補裂紋和孔洞，從而提高耐火材料顆粒的耐壓強度。
文檔編號C04B35/66GK102584269SQ20121000713
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者王家邦 申請人:浙江大學