低鋯莫來石澆鋼磚的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及低鋯莫來石澆鋼磚的制備方法，屬于耐火材料制備領(lǐng)域。本發(fā)明提供的低鋯莫來石澆注磚，其原料配方包括電熔莫來石、氧化鋯、廣西白泥、紅柱石、藍(lán)晶石和木質(zhì)素。本發(fā)明對(duì)原料類型和原料粒徑進(jìn)行選擇，再配合本發(fā)明提供的燒結(jié)溫度和時(shí)間，制備而成的低鋯莫來石澆鋼磚具有優(yōu)良的抗沖刷性和耐高溫性，蠕變小、耐壓強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，適用于核電產(chǎn)品中大鋼錠澆注使用。
【專利說明】低鋯莫來石澆鋼磚的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于耐火材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種低鋯莫來石澆鋼磚的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]長期以來，以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)不僅已無法適應(yīng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，也造成了較嚴(yán)重的社會(huì)能源、環(huán)境問題。能源發(fā)面，煤炭可供人類使用的時(shí)間為二百至二百二十年，人類面臨煤炭枯竭的嚴(yán)峻形勢(shì)不言而喻；環(huán)境發(fā)面，燃用各種化石燃料將向大氣中排放大量的溫室氣體二氧化碳，硫氧化物和氮氧化物等有害氣體以及大量的煙塵，對(duì)環(huán)境造成極其嚴(yán)重的破壞。因此，我們有必要積極改善能源利用結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)能源的多元化供給。目前，由于有枯水期和豐水期的分別，造成水電電力不夠穩(wěn)定；而太陽能和風(fēng)能在短期內(nèi)又不可能在總電力裝機(jī)容量中占有較大的份額。所以，核能是目前唯一達(dá)到工業(yè)應(yīng)用、可以大規(guī)模替代化石燃料的能源，得到人們的大力提倡。
[0003]核電行業(yè)的大力提倡，促使核電鋼錠澆注技術(shù)的迅速發(fā)展。核電鋼錠通常是50噸以上的用于核電產(chǎn)品鍛造、軋鋼用的鋼錠，其澆注成功的難點(diǎn)是在澆注過程中會(huì)產(chǎn)生巨大的靜壓力，鋼水沖刷耐火材料后容易產(chǎn)生夾雜物，降低大鋼錠中的純凈度，影響大鋼錠的品質(zhì)，縮短其在核電行業(yè)中的使用壽命，甚至存在安全隱患。 [0004]為了提高大鋼錠的純凈度，需要澆鋼磚具有很好的抗沖刷性、熱穩(wěn)定性、耐高溫、耐壓強(qiáng)等特點(diǎn)，但目前的澆鋼磚不能到達(dá)此要求，在大鋼錠澆注時(shí)容易脫落，降低大鋼錠的純凈度，限制大鋼錠在核電行業(yè)中運(yùn)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種低鋯莫來石澆鋼磚的制備方法，具有優(yōu)良的抗沖刷性和耐高溫性，蠕變小、耐壓強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，適用于核電產(chǎn)品中大鋼錠澆注使用。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種低鋯莫來石澆鋼磚的制備方法，其特征在于包括以下內(nèi)容:
a.將電熔莫來石、氧化鋯、紅柱石和藍(lán)晶石按比例混合后粉碎或者粉碎后按比例混合，得到混合顆粒；
b.將廣西白泥和木質(zhì)素分別粉碎成200目的細(xì)粉；
c.將步驟a得到的混合顆粒、步驟b得到的廣西白泥細(xì)粉和木質(zhì)素按比例混合，所述的木質(zhì)素是以密度為1.22^1.25g/cm3的木質(zhì)素水溶液的方式進(jìn)行混合，得到混合原料；
d.將步驟c中的混合原料壓制成磚還；
e.將步驟d中的磚坯在1450°C下燒結(jié)4小時(shí)，即得所述的低鋯莫來石澆鋼磚。
[0006]優(yōu)選地，步驟a中所述的混合顆粒為，按重量百分比計(jì)，粒徑200目的顆粒占比50~60%，粒徑I~3mm的顆粒占比30~40%，粒徑3~5mm的顆粒占比5~10%。
[0007]優(yōu)選地，步驟a中所述電熔莫來石、氧化鋯、紅柱石和藍(lán)晶石的配料比為，按重量份計(jì)，電熔莫來石:50份；氧化鋯:20份；紅柱石:20份；藍(lán)晶石:3份。[0008]優(yōu)選地，步驟c中所述混合顆粒、廣西白泥細(xì)粉和木質(zhì)素的配料比為，按重量份計(jì)，混合顆粒:93份；廣西白泥細(xì)粉:5份；木質(zhì)素:2份。
[0009]優(yōu)選地，步驟d中所述的磚坯的顯氣孔率為16%~20%。
[0010]優(yōu)選地，步驟e中所述的燒結(jié)是在高溫隧道窯中進(jìn)行。
[0011]本發(fā)明的有益效果如下:
1.本發(fā)明提供的低鋯莫來石澆鋼磚的原料配方中，采用電熔莫來石和氧化鋯為主要原料。電熔莫來石是以工業(yè)氧化鋁和高純石英為原料通過電熔工藝合成的，結(jié)晶體為針狀，它具有熱震穩(wěn)定性好，抗折強(qiáng)度大，荷重軟化溫度高，硬度大，耐磨性好，高溫蠕變小等優(yōu)良特性。氧化鋯具有高熔點(diǎn)、不氧化和高溫化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的特點(diǎn)。氧化鋯的加入，能夠促進(jìn)莫來石的燒結(jié)，在本發(fā)明提供的燒結(jié)溫度(1450°C )和燒結(jié)時(shí)間(4h)下，加入本發(fā)明提供的重量份的氧化鋯(15~25份，20份為最佳)，燒結(jié)而成的澆鋼磚的顯氣孔率小、相對(duì)密度大、機(jī)械強(qiáng)度高，并且此澆鋼磚的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性達(dá)到最大。隨著燒結(jié)溫度的增加，燒結(jié)而成的澆鋼磚的抗彎強(qiáng)度降低，斷裂韌性下降；隨著氧化鋯含量的增加，澆鋼磚的熱膨脹系數(shù)也隨之增加。在本發(fā)明提供的最佳方案中(燒結(jié)溫度1450°C，氧化鋯15~25wt%)，莫來石針狀晶體的交錯(cuò)密集排布以及亞微米級(jí)氧化鋯釘扎效應(yīng)導(dǎo)致的穿晶斷裂和沿晶斷裂等消耗了大量的斷裂能、緩和裂紋尖端應(yīng)力，使材料強(qiáng)度和韌性得以提高，并且此條件下燒結(jié)而成的澆鋼磚具有低的相對(duì)線性膨脹率和熱膨脹系數(shù)，具有更加良好的抗熱震性能。
[0012]2.本發(fā)明提供的低鋯莫來石澆鋼磚的原料配方中，紅柱石也是其主要原料之一。紅柱石Al2O3含量高，鐵、鈦和鈣等氧化物雜質(zhì)含量低。在本發(fā)明提供的燒結(jié)溫度(1450°C)和燒結(jié)時(shí)間(4h)下，紅柱石不可逆地轉(zhuǎn)化成莫來石網(wǎng)絡(luò)，具有更高的耐火性能，耐火度達(dá)1800°C以上，且耐驟冷驟熱，機(jī)械強(qiáng)度大，抗熱沖擊力強(qiáng)，抗渣性強(qiáng)，荷重轉(zhuǎn)化點(diǎn)高，并具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性(其至不溶于氫氟酸)和極強(qiáng)的抗化學(xué)腐蝕性。人工合成的電熔莫來石價(jià)格昂貴，而紅柱石的加入大大降低了澆鋼磚的原料成本。本發(fā)明利用紅柱石的莫來石化作用能大大加強(qiáng)材料的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；本發(fā)明提供的燒結(jié)溫度和時(shí)間是最優(yōu)化的，如果燒結(jié)溫度過高、保溫時(shí)間過長，會(huì)導(dǎo)致紅柱石和莫來石局部熔融現(xiàn)象，玻璃相和氣孔會(huì)有所增加，對(duì)澆鋼磚的整體性能不利。
[0013]3.本發(fā)明提供的低鋯莫來石澆鋼磚的原料配方中，包括廣西白泥。廣西白泥是一種軟質(zhì)高嶺土，其含量為Si02 ^ 50%, A1203 ^ 34%，F(xiàn)e203〈l.5，具有可塑性好、流動(dòng)性好、結(jié)合性好和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)。在本發(fā)明提供的燒結(jié)溫度(1450°C)和燒結(jié)時(shí)間(4h)下，廣西白泥配合本發(fā)明中的其他原料，轉(zhuǎn)變成莫來石，由此燒結(jié)而成的澆鋼磚具有抗沖刷、蠕變小、耐壓強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。廣西白泥中還含有CaO等雜質(zhì)，使得制備而成的澆鋼磚中含有CaO，將本發(fā)明提供的低鋯莫來石澆鋼磚用于核電大鋼錠的澆注時(shí)，CaO可去除鋼液中S、Al、Si等雜質(zhì)元素，起到凈化鋼液的作用；此外，在核電大鋼錠澆注時(shí)，CaO與鋼液的反應(yīng)界面層還出現(xiàn)致密化現(xiàn)象，進(jìn)而阻礙鋼液對(duì)澆鋼磚的侵蝕作用，延長低鋯莫來石澆鋼磚的使用壽命。廣西白泥的含量不能太低(小于3wt%)，否則廣西白泥良好的可塑性和流動(dòng)性不能得到充分發(fā)揮，澆鋼磚成型困難；如果廣西白泥含量過高(大于8wt%)，粘性太大，不利于澆鋼磚的制作，并且還會(huì)造成澆鋼磚的高溫強(qiáng)度急劇下降。
[0014]4.本發(fā)明提供的低鋯莫來石澆鋼磚的原料配方中，包括藍(lán)晶石。藍(lán)晶石屬硅酸鹽類礦物，是一種耐火度高、直溫體積膨大的天然耐火原料礦物。在本發(fā)明提供的燒結(jié)溫度(1450 °C )和燒結(jié)時(shí)間(4h )下，藍(lán)晶石分解為莫來石產(chǎn)生體積膨脹效應(yīng)及莫來石對(duì)基質(zhì)的強(qiáng)化作用，會(huì)提高澆鋼磚的高溫抗折強(qiáng)度及抗熱震性，有利于保持澆鋼磚在核電大鋼錠澆注時(shí)的高溫狀態(tài)下保存體積穩(wěn)定性，消除澆鋼磚在使用過程中產(chǎn)生剝落的現(xiàn)象。
[0015]5.本發(fā)明提供的低鋯莫來石澆鋼磚的制備方法中，對(duì)電熔莫來石、氧化鋯、紅柱石和藍(lán)晶石粉碎的粒徑進(jìn)行選擇，并非傳統(tǒng)工藝中只粉碎成單一粒徑的顆粒，對(duì)原料種類的選擇、原料粒徑的選擇，再配合本發(fā)明提供的燒結(jié)溫度和時(shí)間，制備而成的澆鋼磚具有優(yōu)良的抗沖刷性和耐高溫性，蠕變小、耐壓強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，適用于核電產(chǎn)品中大鋼錠澆注使用。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017]實(shí)施例1
一種低鋯莫來石澆鋼磚的制備方法，包括以下內(nèi)容:
a.按重量份計(jì)，將電熔莫來石50份；氧化鋯20份；紅柱石20份；藍(lán)晶石3份的比例混合后粉碎或者粉碎后按比例混合，得到混合顆粒；所述的混合顆粒為，按重量百分比計(jì)，粒徑200目的顆粒占比56%，粒徑I~3mm的顆粒占比34%，粒徑3~5mm的顆粒占比10% ；
b.將廣西白泥和木質(zhì)素分別粉碎成200目的細(xì)粉；
c.將步驟a得到的混合顆粒93份、步驟b得到的廣西白泥細(xì)粉5份和木質(zhì)素2份按比例混合，所述的木質(zhì)素是以密度為1.22^1.25g/cm3的木質(zhì)素水溶液的方式進(jìn)行混合，得到混合原料；
d.將步驟c中的混合原料壓制成磚坯，所述的磚坯的顯氣孔率控制在16%~20%
范圍內(nèi)；
e.將步驟d中的磚坯在1450°C下，在高溫隧道窯中燒結(jié)4小時(shí)，即得所述的低鋯莫來石澆鋼磚。
[0018]制得的低鋯莫來石澆鋼磚的理化指標(biāo)如下:
【權(quán)利要求】
1.一種低鋯莫來石澆鋼磚的制備方法，其特征在于包括以下內(nèi)容: a.將電熔莫來石、氧化鋯、紅柱石和藍(lán)晶石按比例混合后粉碎或者粉碎后按比例混合，得到混合顆粒； b.將廣西白泥和木質(zhì)素分別粉碎成200目的細(xì)粉； c.將步驟a得到的混合顆粒、步驟b得到的廣西白泥細(xì)粉和木質(zhì)素按比例混合，所述的木質(zhì)素是以密度為1.22^1.25g/cm3的木質(zhì)素水溶液的方式進(jìn)行混合，得到混合原料； d.將步驟c中的混合原料壓制成磚還； e.將步驟d中的磚坯在1450°C下燒結(jié)4小時(shí)，即得所述的低鋯莫來石澆鋼磚。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低鋯莫來石澆鋼磚的制備方法，其特征在于，步驟a中所述的混合顆粒為，按重量百分比計(jì)，粒徑200目的顆粒占比50飛0%，粒徑l~3mm的顆粒占比30~40%，粒徑3~5mm的顆粒占比5~10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低鋯莫來石澆鋼磚的制備方法，其特征在于，步驟a中所述電熔莫來石、氧化鋯、紅柱石和藍(lán)晶石的配料比為，按重量份計(jì)，電熔莫來石:50份；氧化鋯:20份；紅柱石:20份；藍(lán)晶石:3份。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低鋯莫來石澆鋼磚的制備方法，其特征在于，步驟c中所述混合顆粒、廣西白泥細(xì)粉和木質(zhì)素的配料比為，按重量份計(jì)，混合顆粒:93份；廣西白泥細(xì)粉:5份；木質(zhì)素:2份 。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低鋯莫來石澆鋼磚的制備方法，其特征在于，步驟d中所述的磚坯的顯氣孔率為16%~20%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低鋯莫來石澆鋼磚的制備方法，其特征在于，步驟e中所述的燒結(jié)是在高溫隧道窯中進(jìn)行。
【文檔編號(hào)】C04B35/66GK103833398SQ201410098338
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】宋政德 申請(qǐng)人:威遠(yuǎn)縣德勝耐材有限公司