專利名稱：一種剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法
技術領域：
一種剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法，涉及一種耐火材料領域剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法。
背景技術：
剛玉耐火澆注料廣泛應用于加熱爐的水冷管、燒嘴磚、邊緣磚，均熱爐的爐口，精煉爐的爐蓋以及工頻感應爐內(nèi)襯；高純剛玉質(zhì)耐火澆注料應用于大中型超高功率電爐蓋三角區(qū)和LF精煉鋼包蓋、內(nèi)襯等關鍵部位，成為當前金屬冶煉行業(yè)、窯爐建材行業(yè)、陶瓷行業(yè)等應用較為廣泛的耐火材料之一。剛玉質(zhì)澆注料制品的氣孔率大都在12%_20%之間，對于常規(guī)要求的耐高溫、密封 是完全可以滿足。但其用于某些具有大量揮發(fā)性腐蝕性氣氛的窯爐密封，就顯得略有不足。如含有氟化鹽的熔鹽爐、原鋁冶煉用電解槽、氯化物熔鹽爐等。氟化鹽的熔鹽或電解槽中的熔融電解質(zhì)，能夠揮發(fā)出大量的氟化物氣體和氟化氫氣體。在高溫下，這些氣體對材料的腐蝕和穿透性極強。這些氣體滲透到材料內(nèi)部后，氟化氫可以和材料中的元素發(fā)生化學反應生成新的物質(zhì)，還有一部分氣體凝固成固體。這都會造成材料結構發(fā)生變化，如膨脹、粉化等，從而使材料失效。剛玉質(zhì)澆注料良好的施工性和抗腐蝕性能，使其能夠方便的制作成結構、尺寸特殊制品，也能夠在相當長的時間內(nèi)抵抗氟化物熔鹽揮發(fā)氣氛的侵蝕，可以用于氟化鹽的熔鹽爐、原鋁冶煉用電解槽、氯化物熔鹽爐等設備的密封。但其致密度和氣孔率的高低，從一定程度上決定了剛玉質(zhì)澆注料制品的使用壽命。提高材料致密度的方法主要是通過燒結，因為燒結最顯著地特征是使材料致密化，氣孔率降低，但燒結需在高溫下進行(1400-1700°C以上)，消耗大量的能源。鋼包中所使用的剛玉質(zhì)澆注料，它可以在使用中通過鋼水(>1600°C)的溫度產(chǎn)生自燒結。而氟化鹽的熔鹽爐、原鋁冶煉用電解槽、氯化物熔鹽爐等，在實際運行時，溫度往往僅有70(T97(rC，剛玉質(zhì)澆注料不會產(chǎn)生自燒結。目前關于材料致密化的專利也有一些，例如“一種Sr2MgMoO6型電池陽極材料致密化方法”(CN201010562548. 7)專利技術，提出了通過氧化還原兩步燒結法，提高材料的致密度；“致密電熔剛玉高強度超耐磨澆注料”(CN01123439. 3)專利技術，則是采用致密原料致密電熔剛玉來提高材料的致密度，制備的澆注料體積密度在3. 2g/cm3左右；“一種礬土基高致密耐火合成料及生產(chǎn)方法”(CN201010219736.X)專利技術，提出采用濕法溢流研磨、壓濾、真空擠泥成型、干燥、高溫燒成工藝制備高致密耐火合成料，其產(chǎn)品最終體積密度為 3. 2-3. 3g/cm3。上述專利技術或是采用改進燒結工藝，或是采用致密原料，或是改進制備工藝來提高材料致密度，首先其不節(jié)能，其次材料致密化程度不高。因此，有必要開發(fā)一種既節(jié)能，又能使材料致密化的工藝，滿足氟化鹽的熔鹽爐、原鋁冶煉用電解槽、氯化物熔鹽爐等，溫度相對較低的設備保溫密封使用。在實際生產(chǎn)中，氟化鹽熔鹽爐、原鋁冶煉用電解槽、氯化物熔鹽爐等，實際運行溫度(700°C _970°C)遠低于剛玉質(zhì)澆注料燒結溫度(1400°C -1700°C )，又有大量強烈腐蝕氣氛揮發(fā)，造成剛玉質(zhì)澆注料制品的致密度、氣孔率不夠高，使用壽命受限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述已有技術存在的不足，提供一種能有效提高致密度、能耗低、制作成本低的剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法。本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)的
一種剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法，其特征在于其制備過程的步驟包括
(O首先將剛玉質(zhì)澆注料澆筑成型為制品、烘干；
(2)將成型的剛玉質(zhì)澆注料制品在鈉冰晶石、氟化鋁、氧化鋁混配成的熔鹽中，進行滲透浸泡；
(3)滲透浸泡后的剛玉質(zhì)澆注料制品冷卻后，得到致密化的成品。本發(fā)明的一種剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法，其特征在于所述的步驟
(1)中的剛玉質(zhì)澆注料，其綜合Al2O3總重量含量大于90%;剛玉澆注料制品是塊狀、板狀、環(huán)狀、管狀中的一種。本發(fā)明的一種剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法，其特征在于所述的步驟Cl)中的烘干溫度為110°c -300°c。本發(fā)明的一種剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法，其特征在于所述的步驟
(2)中的在鈉冰晶石、氟化鋁、氧化鋁混配成的熔鹽中所含NaF與AlF3物質(zhì)量比大于1.6。本發(fā)明的一種剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法，其特征在于所述的步驟
(2)中的所述的熔鹽中鈉冰晶石為工業(yè)上生產(chǎn)的冰晶石，其NaF/AlF3物質(zhì)量比為2.1-2. 8 ；氟化鋁為工業(yè)上生產(chǎn)的氟化鋁，其純度大于90wt% ;氧化鋁為工業(yè)上生產(chǎn)的氧化鋁，Al2O3總百分含量大于98wt%。本發(fā)明的一種剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法，其特征在于所述的步驟
(3)中的滲透浸泡時間為1-5小時。本發(fā)明的一種剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法，氧化鋁占熔鹽滲透劑總重量的10wt%以上，使熔鹽滲透劑在熔化狀態(tài)時，其氧化鋁濃度處于過飽和狀態(tài)，削弱熔鹽滲透劑對剛玉質(zhì)澆注料制品中氧化鋁的溶解能力。本發(fā)明的一種剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法，其特征在于所述的滲透浸泡過程是將澆注料制品和熔點配制好的鈉冰晶石-氟化鋁-氧化鋁混合物，一起放在耐高溫坩堝中，加熱到700°C _970°C，保溫1-5小時，澆注料制品隨爐一起冷卻。本發(fā)明的一種剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法，其特征在于所述的滲透浸泡過程是先將熔點配制好的鈉冰晶石-氟化鋁-氧化鋁混合物在耐高溫坩堝中熔化，加熱至溫度為700°C _970°C，再將澆注料制品完全浸入其中，浸泡1-5小時，澆注料制品取出，淋去表面熔鹽后，自然冷卻；或再將制品放加熱爐中，熔鹽熔點溫度保溫O. 5小時后取出自然冷卻。本發(fā)明的一種剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法，其特征在于所述的滲透浸泡過程是采用惰性氣體保護，所述惰性氣體選自氮氣、氬氣、二氧化碳中的一種。本發(fā)明的一種剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法，操作工藝簡單，節(jié)約能源，材料致密化程度高。由于采用高熔點熔鹽滲透，其在低溫熔鹽爐的使用過程中，剛玉澆注料制品中滲透進去的熔鹽不會再熔化，有效地阻擋揮發(fā)氣體和熔鹽的進一步滲透，大大延長了剛玉質(zhì)澆注料使用壽命。本發(fā)明的一種剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法，制備出的無燒結致密化制品，其表面完好無損，切開后斷面均勻致密，體積密度由侵蝕前的2. 9Γ3. 10 g/cm3提高到
3.27 3. 45 g/cm3，顯氣孔率由侵蝕前的14. 23 16. 25%降為4. 50 6· 50%，致密化效果明顯。
具體實施例方式一種剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法，其制備過程的步驟包括
(I)首先用制作好的剛玉質(zhì)澆注料澆筑成所需結構尺寸的制品，再將剛玉澆注料制品在110°C -300°c下烘干；(2)選配熔點高于使用溫度50°C以上的鈉冰 晶石一氟化鋁-氧化鋁混合物作為熔鹽滲透劑；(3)將剛玉澆注料制品在熔鹽中浸泡1-5小時；(4)剛玉澆注料制品冷卻后便得到致密化的制品。其中剛玉質(zhì)澆注料中Al2O3總百分含量大于90wt% ;剛玉澆注料制品是塊狀、板狀、環(huán)狀、管狀等結構形式；滲透劑主要成分是鈉冰晶石，其中氧化鋁含量大于10wt%，氟化鋁根據(jù)需要添加，用于調(diào)節(jié)滲透劑的熔點；鈉冰晶石為工業(yè)上生產(chǎn)的冰晶石，其NaF/AlF3*質(zhì)量比為2. 1-2. 8 ;氟化鋁為工業(yè)上生產(chǎn)的氟化鋁，其純度大于90%。所述的剛玉澆注料制品在熔鹽中的浸泡或為靜態(tài)浸泡，或為動態(tài)浸泡。靜態(tài)浸泡將澆注料制品和熔點配制好的鈉冰晶石-氟化鋁-氧化鋁混合物，一起放在耐高溫坩堝中，加熱到熔點以上溫度(700°C _970°C)，保溫1-5小時，滲透劑熔化并自行滲透至澆注料制品中。澆注料制品隨爐一起冷卻。動態(tài)浸泡先將熔點配制好的鈉冰晶石-氟化鋁-氧化鋁混合物在耐高溫坩堝中熔化，熔化溫度700°C _970°C，再將澆注料制品完全浸入其中，浸泡1-5小時。澆注料制品取出，淋去表面熔鹽后，自然冷卻，或再將制品放加熱爐中，熔鹽熔點溫度保溫O. 5小時后取出自然冷卻。所述的耐高溫坩堝，其材質(zhì)選自石墨、氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、氧化鎂、碳化硅、碳化娃結合氮化娃中的一種。所述加熱和浸泡過程或有惰性氣體保護，或無惰性氣體保護。所述惰性氣體選自氮氣、IS氣、二氧化碳中的一種。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的描述，并非對其保護范圍的限制
實施例1
用剛玉質(zhì)澆注料Al2O3總百分含量大于90wt%，先通過配料，混料，澆注成型等工藝制得剛玉質(zhì)澆注料套管，套管經(jīng)110°C干燥后，完全浸入溫度為870°C的熔鹽中。熔鹽中NaF/AlF3物質(zhì)量比為1. 6，氧化鋁濃度大于10wt%，動態(tài)浸泡I小時，得到致密的耐火澆注料。本實施例1所制備的無燒結致密化耐火澆注料表面完好無損，切開后均勻致密，體積密度由侵蝕前的2. 91 g/cm3提高到3. 27g/cm3,顯氣孔率由侵蝕前的16. 25%降為6. 56%，致密化效果明顯。實施例2用剛玉質(zhì)澆注料Al2O3總百分含量大于95wt%，先通過配料，混料，澆注成型等工藝制得剛玉質(zhì)澆注料套管，套管經(jīng)110°C干燥后，完全浸入溫度為870°C的熔鹽中。熔鹽中NaF/AlF3物質(zhì)量比為1. 6，氧化鋁濃度大于10wt%，動態(tài)浸泡3小時，得到致密的耐火澆注料。本實施例2所制備的無燒結致密化耐火澆注料表面完好無損，切開后均勻致密，體積密度由侵蝕前的3. 01 g/cm3提高到3. 37g/cm3,顯氣孔率由侵蝕前的15. 25%降為5. 43%，致密化效果明顯。實施例3
用剛玉質(zhì)澆注料Al2O3總百分含量大于95wt%，先通過配料，混料，澆注成型等工藝制得剛玉質(zhì)澆注料套管，套管經(jīng)110°C干燥后，完全浸入溫度為870°C的熔鹽中。熔鹽中NaF/AlF3物質(zhì)量比為1. 6，氧化鋁濃度大于10wt%，動態(tài)浸泡5小時，得到致密的耐火澆注料。本實施例3所制備的無燒結致密化耐火澆注料表面完好無損，切開后均勻致密，體積密度由侵蝕前的3. 10 g/cm3提高到3. 45g/cm3,顯氣孔率由侵蝕前的14. 23%降為
4.55%，致密化效果明顯。實施例4
用剛玉質(zhì)澆注料Al2O3總百分含量大于90wt%，先通過配料，混料，澆注成型等工藝制得塊狀普通剛玉澆注料，塊狀普通剛玉澆注料經(jīng)110°C干燥后，完全浸入溫度為950°C的熔鹽中。熔鹽中NaF/AlF3物質(zhì)量比為2. 0，氧化鋁濃度大于10wt%，動態(tài)浸泡I小時，得到致密的耐火澆注料。本實施例4所制備的無燒結致密化耐火澆注料表面完好無損，切開后均勻致密，體積密度由侵蝕前的2. 97 g/cm3提高到3. 37g/cm3,顯氣孔率由侵蝕前的15. 15%降為
5.62%，致密化效果明顯。實施例5
用剛玉質(zhì)澆注料Al2O3總百分含量大于92wt%，先通過配料，混料，澆注成型等工藝制得塊狀普通剛玉澆注料，塊狀普通剛玉澆注料經(jīng)110°C干燥后，完全浸入溫度為950°C的熔鹽中。熔鹽中NaF/AlF3物質(zhì)量比為2. 0，氧化鋁濃度大于10wt%，動態(tài)浸泡3小時，得到致密的耐火澆注料。本實施例5所制備的無燒結致密化耐火澆注料表面完好無損，切開后均勻致密，體積密度由侵蝕前的3. 05 g/cm3提高到3. 40g/cm3,顯氣孔率由侵蝕前的14. 87%降為4. 91%，致密化效果明顯。實施例6
用剛玉質(zhì)澆注料Al2O3總百分含量大于92wt%，先通過配料，混料，澆注成型等工藝制得塊狀普通剛玉澆注料，塊狀普通剛玉澆注料經(jīng)110°C干燥后，完全浸入溫度為950°C的熔鹽中。熔鹽中NaF/AlF3物質(zhì)量比為2. 0，氧化鋁濃度大于10wt%，動態(tài)浸泡5小時，得到致密的耐火澆注料。本實施例6所制備的無燒結致密化耐火澆注料表面完好無損，切開后均勻致密，體積密度由侵蝕前的3. 08 g/cm3提高到3. 43g/cm3,顯氣孔率由侵蝕前的14. 30%降為
4.61%，致密化效果明顯。實施例7
用剛玉質(zhì)澆注料Al2O3總百分含量大于90wt%，先通過配料，混料，澆注成型等工藝制得剛玉質(zhì)澆注料塊狀制品，塊狀制品經(jīng)110°c干燥后，用熔鹽滲透劑覆蓋，并一起加熱至870°C。熔鹽中NaF/AlF3物質(zhì)量比為1. 6，氧化鋁濃度大于10wt%，靜態(tài)浸泡3小時，得到致密的耐火澆注料。本實施例7所制備的無燒結致密化耐火澆注料表面完好無損，切開后均勻致密，體積密度由侵蝕前的2. 95 g/cm3提高到3. 38g/cm3,顯氣孔率由侵蝕前的16. 02%降為
5.20%，致密化效果明顯。實施例8
用剛玉質(zhì)澆注料Al2O3總百分含量大于90wt%，先通過配料，混料，澆注成型等工藝制得普通高鋁質(zhì)澆注料套管，套管經(jīng)110°C干燥后，用熔鹽滲透劑覆蓋，并一起加熱至870°C。熔鹽中NaF/AlF3物質(zhì)量比為1. 6，氧化鋁濃度大于10wt%，靜態(tài)浸泡3小時，得到致密的耐火澆注料。 本實施例8所制備的無燒結致密化耐火澆注料表面完好無損，切開后均勻致密，體積密度由侵蝕前的3. 08 g/cm3提高到3. 35g/cm3，顯氣孔率由侵蝕前的15. 25%降為4. 80%，致密化效果明顯。實施例9
一用剛玉質(zhì)澆注料Al2O3總百分含量大于95wt%，先通過配料，混料，澆注成型等工藝制得剛玉質(zhì)澆注料環(huán)狀制品，環(huán)狀制品經(jīng)110°C干燥后，用熔鹽滲透劑覆蓋，并一起加熱至870°C。熔鹽中NaF/AlF3物質(zhì)量比為1. 6，氧化鋁濃度大于10wt%，靜態(tài)浸泡5小時，得到致密的耐火澆注料。本實施例9所制備的無燒結致密化耐火澆注料表面完好無損，切開后均勻致密，體積密度由侵蝕前的3. 10 g/cm3提高到3. 42g/cm3,顯氣孔率由侵蝕前的14. 53%降為4. 59%，致密化效果明顯。實施例10
用剛玉質(zhì)澆注料Al2O3總百分含量大于92wt%，先通過配料，混料，澆注成型等工藝制得剛玉澆注料塊狀制品，塊狀制品經(jīng)110°c干燥后，完全浸入溫度為970°C的熔鹽中。熔鹽中NaF/AlF3物質(zhì)量比為2. 2，氧化鋁濃度大于10wt%，動態(tài)浸泡3小時得到致密的耐火澆注料。本實施例10所制備的無燒結致密化耐火澆注料表面完好無損，切開后均勻致密，體積密度由侵蝕前的3. 05 g/cm3提高到3. 40g/cm3,顯氣孔率由侵蝕前的15. 03%降為4. 97%，致密化效果明顯。本具體實施方式
操作工藝簡單，節(jié)約能源，不需要高溫燒結(1400°C -170(TC)，僅需要用熔鹽滲透即可獲得。并且按本發(fā)明所制備制品，切開后均勻致密，體積密度由侵蝕前的2. 91 3. 10 g/cm3提高至Ij 3. 27 3. 45 g/cm3,顯氣孔率由侵蝕前的14. 23 16. 25%降為4. 50 6· 50%，致密化效果明顯。本發(fā)明所制備的無燒結致密化制品，其致密化程度較之前有了很大的提高，在氟化物熔鹽爐、原鋁冶煉電解槽、氯化物熔鹽爐上使用，壽命都大大增加。
權利要求
1.一種剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法，其特征在于其制備過程的步驟包括 (1)首先將剛玉質(zhì)澆注料澆筑成型為制品、烘干； (2)將成型的剛玉質(zhì)澆注料制品在鈉冰晶石、氟化鋁、氧化鋁混配成的熔鹽中，進行滲透浸泡； (3)滲透浸泡后的剛玉質(zhì)澆注料制品冷卻后，得到致密化的成品。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法，其特征在于所述的步驟(I)中的剛玉質(zhì)澆注料，其綜合Al2O3總重量含量大于90% ;剛玉澆注料制品是塊狀、板狀、環(huán)狀、管狀中的一種。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法，其特征在于所述的步驟(I)中的烘干溫度為110°C -300°C。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法，其特征在于所述的步驟(2)中的在鈉冰晶石、氟化鋁、氧化鋁混配成的熔鹽的組成為整體所含NaF與AlF3物質(zhì)量比大于1. 6。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法，其特征在于所述的步驟(2)中的所述的熔鹽中鈉冰晶石為工業(yè)上生產(chǎn)的冰晶石，其NaFAlF3物質(zhì)量比為2.1-2. 8 ;氟化鋁為工業(yè)上生產(chǎn)的氟化鋁，其純度大于90wt% ;氧化鋁為工業(yè)上生產(chǎn)的氧化鋁，Al2O3總百分含量大于98wt%。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法，其特征在于所述的步驟(3)中的滲透浸泡時間為1-5小時。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法，氧化鋁占熔鹽滲透劑總重量的10wt%以上，使熔鹽滲透劑在熔化狀態(tài)時，其氧化鋁濃度處于過飽和狀態(tài)，削弱熔鹽滲透劑對剛玉質(zhì)澆注料制品中氧化鋁的溶解能力。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法，其特征在于所述的滲透浸泡過程是將澆注料制品和熔點配制好的鈉冰晶石-氟化鋁-氧化鋁混合物，一起放在耐高溫坩堝中，加熱到700°C _970°C，保溫1-5小時，澆注料制品隨爐一起冷卻。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法，其特征在于所述的滲透浸泡過程是先將熔點配制好的鈉冰晶石-氟化鋁-氧化鋁混合物在耐高溫坩堝中熔化，加熱至溫度為700°C -970°C，再將澆注料制品完全浸入其中，浸泡1-5小時，澆注料制品取出，淋去表面熔鹽后，自然冷卻；或再將制品放加熱爐中，熔鹽熔點溫度保溫0.5小時后取出自然冷卻。
10.根據(jù)權利要求1所述的一種剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法，其特征在于所述的滲透浸泡過程是采用惰性氣體保護，所述惰性氣體選自氮氣、氬氣、二氧化碳中的一種。
全文摘要
一種剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法，涉及一種耐火材料領域剛玉質(zhì)澆注料制品的無燒結致密化方法。其特征在于其制備過程的步驟包括(1)首先將剛玉質(zhì)澆注料澆筑成型為制品、烘干；(2)將成型的剛玉質(zhì)澆注料制品在鈉冰晶石、氟化鋁、氧化鋁混配成的熔鹽中，進行滲透浸泡；(3)滲透浸泡后的剛玉質(zhì)澆注料制品冷卻后，得到致密化的成品。本發(fā)明的方法工藝簡單、節(jié)約能源；所制備的無燒結致密化耐火澆注料表面完好無損，切開后均勻致密。采用高熔點熔鹽滲透，制品在低溫熔鹽爐的使用過程中，滲透進去的熔鹽不會再熔化，并能有效地阻擋揮發(fā)氣體和熔鹽的進一步滲透，大大延長了剛玉質(zhì)澆注料制品的使用壽命。
文檔編號C04B35/622GK103011852SQ20121048382
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權日2012年11月26日
發(fā)明者包生重, 楊建紅, 李致遠, 李曉星 申請人:中國鋁業(yè)股份有限公司