制作優質高鋁耐火材料的一種方法

專利名稱:制作優質高鋁耐火材料的一種方法
一、本法涉及高鋁耐火材料的原料配方和產品的使用1、對氧化鋁含量的信條科學進入耐火材料工業部門遲晚，在該部門或產品使用戶，不免產生一些信條，例如對氧化鋁含量的信條，認為“氧化鋁的含量越高，使用性能越好”。這對粘土磚來說，耐火度和高溫強度隨氧化鋁含量的增加而改進，一般是正確的。
尤當渣侵嚴重的情況下，為了迎合氧化鋁含量的增加，犧牲結構緊密性時，這個信條的執行，即使在粘土磚范圍內，會導致失望的后果。當有人把“增高氧化鋁含量應必定得到改進”的信條擴大到高鋁磚范圍內時，后果就會更加失敗和浪費。
多年前由相當比例的鋁礬土和粘土組成并得到總的氧化鋁含量在50～55%范圍內的許多耐火材料，由于它們的氧化鋁含量比鋁質粘土磚較高，在價格上相當便宜，吸引了鋼鐵工業的愛好，因為當時蠕變試驗還沒有當作質量評價的一個重要因素。這種材料，尤其是作熱風爐用磚，曾產生嚴重的實際教訓，這些耐火材料已不客氣的名為“摻雜的磚”，顯示它們所含結合粘土的抗蠕變特性，在高應力情況下，總的氧化鋁含量較高，幾乎是不相干的，因為所存在的氧化鋁組分幾乎是孤立存在，而不是微小的基質的一部份。
優質高鋁耐火材料，不僅要求Al2O3含量高，更重要的是要求雜質含量要低，即純度要高。Al2O3含量雖低(如在60%左右)，但雜質含量也低的高鋁產品優于Al2O3含量雖高(如在80%左右)，同時雜質含量也高的產品。
原料是耐火產品的質量基礎。尋找Al2O3含量適當，同時純度較高的高鋁原料并使其特性充分地發揮，對生產優質高鋁耐火材料具有重大的意義。
2、紅柱石的制磚特性紅柱石是屬于硅線石族的高鋁原料。硅線石族原料包括蘭晶石、硅線石和紅柱石。蘭晶石和硅線石燒火時體積變化(膨脹)較大，所以不經予燒成熟料是不能直接制磚。唯有紅柱石在燒成中的體積變化(+3.6%)不大，可以直接制磚。另外，它的純度高(紅柱石礦體一般含10%以下的紅柱石，經水洗、濕篩、浮選、磁選后達到高純度)，在高溫下易生成莫來石。由于莫來石相決定著耐火材料性能和使用狀況，紅柱石在高溫穩定性、高溫強度(荷重軟化點)和均一性等方面具有相當的優點(見)。由于它不燒能用，在節能上具有非常重大的經濟意義。各種耐火原料煅燒成熟料的能耗如表1所示表1. 原料煅燒能耗表原料煅燒溫度(℃) 能耗Btu×106/T鎂石 1900～2000 6～52莫來石 - 19鋁礬土(85～90%) 1700～1800 13鋁礬土(70%) 1700 9鋁礬土質高嶺土 1650～1700 8高嶺土 1500～1650 7一水鋁石 - 5粘土 1350 4紅柱石 無 無所以說紅柱石是不燒能用的優質省能耗的耐火原料。
3、紅柱石的應用范圍(1)熱風爐①上部格子磚 ②球頂 ③燃燒豎井(2)高爐①爐身和爐腹砌磚 ②熱風圍管 ③擺動式流槽 ④旋轉式流槽 ⑤鐵水溝和渣溝(3)包罐①大容量的包罐(渣線) ②魚雷形鐵水包(底部和渣線) ③鋼廠鋼包 ④連注中間包
(4)其他應用①電爐頂 ②均熱爐蓋 ③吹氬噴咀 ④炭素陽極焙燒爐(5)各種工業用異型磚①燒咀體 ②燃燒室 ③水泥窯(燃燒帶的前后帶，燃燒帶是用堿性磚砌) ④烤銅爐 ⑤玻璃爐某些部位的砌磚 ⑥燒陶瓷產品用的窯用支架磚 ⑦不定形耐火材料(6)不定形耐火材料①熱風爐、高爐和上列各種用途的澆注料和噴射混合料 ②同等應用的搗打料 ③鑄造砂在整體料的應用中，雖然細粒料用于噴射料和可塑料。集料卻用于類混凝土的澆注料塊和搗打整體料。南非紅柱石Randalusite正被提倡作這種用途。這種粗粒料兩種可能的用途是用于出鐵槽的搗打料和用于鋼包的低水泥用量的澆注料。水泥和結合劑部門正在進行大量開發，來發展結合這種材料的更有效的結合劑。
以下解釋紅柱石的主要用途和比其它耐火材料優先使用的理由。
(1)高爐熱風爐中的應用高爐技術改進伴隨高熱風溫度(1200-1300℃)而來。高爐熱風爐上部的磚近年間使用優質硅磚。雖然硅磚的荷重軟化點高。但有膨脹率大、熱容量低、抗渣性差等缺點，限制了它在爐頂高層結構和頂部格子磚的使用。莫來石化良好的高鋁磚，由于其抗熱震性、體積穩定性、抗蠕變變形、高導熱率和高熱容量，現正在擴大應用。紅柱石磚，以其尺寸精密度高和沒有裂紋;是理想的適于復雜異型格子磚的生產。
(2)鋼包和鐵水包中的應用隨著連注技術的推廣應用，傾向使用較優的耐火材料。由于氣孔率、體積穩定性和雜質含量的問題。認為在鋼包襯中使用基于鋁礬土的材料是不適當的。紅柱石，在另一方面，具有較高的抗蠕變和重燒時使磚縫緊密的稍稍膨脹、由于透氣性低，在熱工作面后容易生成致密的傾向，堿性渣的滲透得到有效的防止。
南非某一聯合鋼廠使用55%氧化鋁的紅柱石磚和優質粘土磚比較，已使其鋼包壽命由25次增加到60次。磚設計的變化和鋼包側壁按部位采用不同的厚度，鋼包壽命進一步提高到75次。
考慮到魚雷形鐵水包耐火材料的使用條件，許多煉鐵廠現在用大量的高二氧化硅低堿度的渣和溫度高到1550℃的鐵水操作，用粘土磚或堿性耐火材料，不能使耐火材料的壽命延長，因此產生使用高鋁磚的傾向。鐵水包在高溫下長期荷重，所以抗蠕變變形是主要的要求性能，此外還要求抗熱震性和抗渣性。紅柱石磚具有高的熱強度。低氣孔率，優良的抗熱震性和體積穩定性，使它能和85～90%氧化鋁的磚匹比。另外在運鐵水時，表層軟化封閉，使用效果顯著。使用炭結合的磚效果更好。
(3)電爐頂的應用南非出產紅柱石，但缺乏燒成的礬土，所以在南非利用優質的紅柱石作電爐頂磚已經獲得相當的成功。
(4)其它的用途①水泥回轉窯燒結帶的前后帶，由于水泥回轉窯，為了增加熱效和產量，明顯趨向較短而直徑較大，因此要求磚更耐磨，50～60%Al2O3的紅柱石磚成功地適應這個條件。
②炭素陽極焙燒爐由于耐火材料受長期均熱、重的結構荷重和侵蝕性化學環境，由于15-20%的粗鋁成本來自陽極的生產。大多鋁廠現場生產炭素陽極，因此要求他們的爐用耐火材料具有適當的使用成績來降低操作成本。再次發現基于紅柱石的耐火材料比以前使用的粘土磚更加合適。
③玻璃爐紅柱石和莫來石均廣大應用作玻璃爐的高層結構材料。蓄熱室墻和格子磚。熔化特種玻璃和高侵玻璃時，使用莫來石，但其用途受價格昂貴而限制，爐帽和高層結構，尤其在溫度超過1500℃的部位使用莫來石，高層結構的低溫部位(低于1450℃)和氣氛較潔凈的部位用紅柱石。
④市政或工業焚燒爐，熱處理爐和冶金烤爐材料的耐化學侵蝕性和耐物理磨損性促使其應用優于其它質量較低的耐火材料。
天然紅柱石資源減少，高品位提取困難，這種材料的市場，在某些應用上已讓位給紅柱石的代用料。
河南博愛高鋁料卻正是這種很好的紅柱石代用料。
二、現有的技術1、配料中摻入多量粘土生產高鋁磚的傳統配方是利用高鋁熟料摻入多量粘土(作結合劑)，由于多量粘土的加入，不僅降低配料的氧化鋁含量，使配料中雜質(或熔劑)的含量增加，還使磚坯燒火收縮增大。結果制成的高鋁磚，組織不均勻，質量指標低，如荷重軟化點低、重燒收縮大，以致高鋁磚具有粘土磚的性能。
2、偏重產品的氧化鋁含量，忽視雜質(或熔劑)的影響現有的技術偏重于磚的氧化鋁含量(這里有按部頒標準規定和訂貨合同要求的原因)。不幸的是本省高鋁熟料氧化鋁含量高時，一般雜質含量也較高(尤其是K2O和Na2O的含量偏高，具有嚴重的影響)。使用本省氧化鋁含量高的鋁礬土制磚時，往往不僅使高鋁磚的合格率下降，還影響產品的高溫性能也較差，如荷重軟化點低(1520℃)，重燒收縮大。
3、依靠外省原料存在質量控制和加工工藝上的困難既然本省氧化鋁含量高的鋁礬土熟料，因雜質含量高，不宜制作質量嚴格要求的磚(如電爐頂磚和熱風爐格子磚)，因此必須依賴外省進料。這就是地處本省的洛陽耐火廠和本廠分別生產電爐頂磚和熱風爐格子磚，長期依賴山西陽泉進高鋁熟料的原因所在。
可是用陽泉一級高鋁熟料生產一等高鋁磚時，有原料欠燒、混級的問題給人工檢選帶來困難外，還往往是產生燒后尺寸膨大，成品氣孔率增高的原因。本廠84年給南京梅山鋼鐵工程指揮部生產的一等高鋁熱風爐格子磚，出現燒后尺寸膨大，造成多個窯磚(每窯裝100多噸)的損失，即是一個明顯的例子。另外，一級高鋁熟料硬度高，容易損壞機器設備和襯板。
三、本發明的目的在于制作優質低耗的高鋁耐火材料產品。
四、取得成功的原因和條件本法成功的關鍵是配料采用100%博愛高鋁料(100%生料;或一部份是生料，另一部份是熟料)。在配料不用粘土的情況下，使博愛高鋁料的優越性(即具有類似紅柱石制磚的各種性能)得到充分的發揮。
博愛高鋁生料具有粘結性(雖其粘結性不若粘土好)可以代替粘土作結合劑;由于配料沒有粘土，當然也就沒有粘土的不良影響。在這種情況下，博愛高鋁料的特性便可以充分的發揮出來。在這里，“原料的質量等于產品的質量”。制成優質產品的原因幾乎完全取決于博愛高鋁料本身的特性。產品的優質反過來證明原料的優質，因此博愛高鋁料可稱得上為天然的優質高鋁耐火石。其礦物組成是以葉臘石和一水硬鋁石為主，還有少量的蒙脫石和含鈦礦物(如金紅石、銳鈦礦)。
由于配料中沒有粘土，因此可以大大提高磚的燒成溫度(1520℃保溫24小時)。高溫燒成保證產品質量(物理指標如強度、氣孔率、荷重軟化點、重燒收縮等等)更好的完成。
由于配料中沒有粘土，因此配料仍保有原料原來的成分、純度和特性。
可以采取50～80%博愛高鋁熟料和50～20%博愛高鋁生料的配方。對于質量嚴格要求的磚，可以多用些熟料來提高原料的純度(因燒成熟料之后，雜質易于肉眼辯認和人工檢選)。對于空心的高鋁磚，為了降低成本，可以采取低熟料含量或全生料的配方。泥料用摩擦壓磚機的可成型性，以采取50～60%熟料和50～40%生料的配方為宜。
為了提高泥料的結合性和磚坯強度，配料可以外加1.5%比重1.17的亞硫酸紙漿廢液。
由于配料單純，因此生產中出現的廢坯或廢磚，可以循環重復作配料或熟料使用，而不影響配料或產品的質量。
原料保有類似紅柱石的制磚特性①原料化學成分和純度與紅柱石相近似按熟料計算的化學成分(%)和南非紅柱石的對比，如表2所示表2 原料化學成分對照表
表中博愛高鋁熟料化學成分是計算值，按相應生料化學分析去除灼減后計算而得。由表可見博愛高鋁熟料的化學成分和紅柱石相近。博愛高鋁料的純度高(即雜質或熔劑含量低)是其天然特性之一。為了保證原料的純度，必須注意人工檢選。為了使人工檢選更易進行，可以使用熟料，因為燒成熟料之后，雜質從外觀暴露，便于肉眼辨認，人工剔除干凈。
②原礦(生料)燒火體積變化小經1430℃保溫24小時后的體積變化等于零，生料不經予燒成熟料可以直接制磚。制磚時不同配方的磚坯在不同燒成溫度下的線收縮和制品指標，如表3所示。
原料的顯氣孔率、體積密度和吸水率如表4所示。
③制磚主要物理指標高可和陽泉一級高鋁熟料制磚指標對比而不稍次，如表5所示。
表4 原料物理性能表名稱燒成溫度℃ 顯氣孔率% BDg/cm3吸水率%博愛高鋁生料 - 2.5 2.93 0.85博愛高鋁熟料 1380保溫6小時 9.3 2.58 3.58″ ″ ″ 1430保溫24小時 8.4 2.58 3.24由表5可見，博愛高鋁料制的高鋁磚，除Al2O3含量另作考慮外，其余各項指標幾乎均能滿足冶金部部頒標準規定的電爐頂高鋁磚、高爐和熱風爐高鋁磚的要求。其主要物理指標，如荷重軟化點，重燒線收縮和熱穩定性均較好，性能和紅柱石磚相類似，磚的礦物組成是主礦物為莫來石，其次為方石英和剛玉，少量的金紅石。
博愛高鋁礦屬于“硬質”高鋁，是可以用生料直接制磚的耐火資源，經河南省冶金地質一隊83年查明，認為博愛苗岑粘土礦(包括目前正在民采的玄坦廟礦)的評價地質勘探總儲量765.5萬噸，其中硬質高鋁388萬噸，硬質粘土364.5萬噸，廟岑粘土礦〔Al〕礦的化學成分和儲量如表6所示。
表6 廟嶺粘土礦〔Al3〕礦的化學成分和儲量表
表6〔Al3〕礦18個樣的雜質平均含量(%)是MgO 0.292，TiO21.348，Na2O 0.11，K2O 0.243，CaO 0.32，由此可見原礦雜質含量低，即純度高，是一個優質礦床。值得進一步勘測、開發和利用。
博愛另一個礦是馬道粘土礦，它的予測總儲量是763萬噸，其中硬質高鋁255萬噸，硬質粘土508萬噸，馬道粘土礦的予測儲量如表7所示表7 馬道粘土礦子測儲量表
另外沁陽和焦作附近也有一些這類硬質高鋁和硬質粘土。
由上述可見，博愛硬質高鋁具有十分類似紅柱石的各種制磚性能，可作為紅柱石的良好代用料，并且資源豐富。
五、本法與現有技術比較，具有明顯的優點。
1、以前工藝存在的問題(1)使用博愛高鋁熟料時，由于配料中加入多量粘土，以致所用原料的特性(優越性)被粘土的性能所埋沒，以致好料制不成好磚，造成好料或有用資源的浪費。78年本廠給武鋼生產了7000噸三等高鋁鋼包襯磚。由于這個原因造成質量差，使用壽命低，武鋼不愿要，當時給本廠造成重大經濟損失。
(2)使用氧化鋁含量高的高鋁熟料，硬度大，設備加工困難，設備和襯板易損壞，產量低。
(3)使用氧化鋁含量高的本省高鋁熟料，由于其雜質含量偏高即已影響原料質量下降。不好的原料當然制不成好的產品，生產時合格率低，不耐用，反而造成更大的浪費。
(4)使用山西陽泉一級高鋁熟料的缺點，除了存在原料質量控制(如生燒的選出，混級料的分開)等問題外，還存在“不能就地取材”的問題。84年末，本廠用陽泉一級高鋁熟料給南京梅山鋼鐵指揮部生產熱風爐格子磚，因原料混級造成數個窯磚燒后尺寸膨大，而生產不成，造成很大浪費，最后逼得用戶同意修改合同，采用本法生產。
2、本法的優點(1)優質的原料，優良的工藝，帶來優質的產品。產品的主要質量指標，如荷重軟化點，重燒線收縮，熱穩定性等，均不次于陽泉一級高鋁熟料制磚的相應指標，已如前述。
(2)博愛高鋁料(包括生料和熟料)硬度不大，設備加工容易，可作代紅柱石的用途，資源充足，用途廣大。
(3)生產工藝簡便，生產成本低，經濟效益高。
84年以本法給寶鋼無縫鋼管廠加熱爐生產700噸二等高鋁磚取得的經濟效益在24萬元以上;85年以本法給南京梅山鋼鐵工程指揮部生產3100噸高爐熱風爐高鋁磚取得的經濟效益在96萬元以上。
將博愛高鋁料摻入粘土磚的泥料，可使粘土磚的質量得到明顯的提高，例如本廠84年給503廠、205廠等鋁廠生產的炭素陽極焙燒爐用粘土磚以及給寶鋼生產的加熱爐用粘土磚，都是靠摻入博愛高鋁熟料來提高和穩定質量，獲得利潤。
另外生產不定形耐火材料，如高鋁澆注料、可塑料以至耐火泥，為了保證質量，也都離不開使用博愛高鋁熟料。
六、實行方法選取致密堅硬，深灰黑色的博愛高鋁生料塊和米黃色或淡黃色的色澤均勻的博愛高鋁熟料塊、焦作粘土和熟料，分別經人工檢選，清除鐵皮或其他雜質，經園錐破碎機和球磨機破粉碎后，可按表8配方進行生產。
配方外加比重1.17的亞硫酸紙漿廢液1.5～2%作結合劑。泥料經濕碾機混合，然后經300噸摩擦壓磚機壓成磚坯，磚坯體積密度(BD)不得低于表中所示數值，磚坯經隧道干燥器干燥后裝于隧道窯或倒焰窯燒成，燒成溫度和保溫時間如表中所示。
權利要求
1.高鋁磚的傳統配料方法是使用Al2O3含量高的高鋁熟料，以粘土作結合劑。本法特征是利用所發現的河南博愛高鋁料(包括生料和熟料)的天然純度高，優質和不燒能用的特性，以其生料代替粘土作結合劑，磚坯經高溫燒成，制取荷重軟化點高同時重燒收縮小為特征的優質高鋁磚。
2.制成的優質高鋁磚可用于高爐、熱風爐格子磚、大鋼包、大鐵水包、連注中間包、電爐頂、均熱爐蓋、炭素陽極焙燒爐、水泥窯燃燒帶的前后帶、玻璃爐蓄熱室爐墻和格子磚等等。
3.根據權利要求
1所述的博愛高鋁料的特性，仿照制磚配方，可以制作Al2O3含量在60%左右的不定形耐火材料。
4.權利要求
3的不定形耐火材料(如澆注料、搗打料和噴射混合料)可作權利要求
2的同等應用。
5.根據權利要求
1所述的博愛高鋁料的特性，向粘土磚配料摻加適量博愛高鋁料(主要指生料)細粉，可以提高粘土磚的質量和性能。
專利摘要
本發明涉及高鋁耐火材料工藝學。利用優質高鋁生料代替粘土作結合劑，可以消除傳統方法生產高鋁磚使用粘土作結合劑導致質量下降的不利因素，原料是耐火產品的質量基礎。發現河南博愛高鋁料具有類似紅柱石的優良特性，單一利用博愛高鋁料(包括生料和熟料)，可以制成荷重軟化點高、重燒收縮小的優質高鋁耐火材料。本法工藝簡便。產品適用于大高爐，熱風爐、大鋼鐵水包，連注中間包、電爐頂，炭素陽極焙燒爐，水泥窯和玻璃爐等等。
文檔編號C04B35/10GK86103155SQ86103155
公開日1987年12月2日 申請日期1986年4月30日
發明者徐道朋 申請人:徐道朋導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan