耐火材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種耐火材料，以重量百分比計算，包含如下組分：10%～30%二氧化硅，70%～90%三氧化二鋁。采用高純度工業(yè)三氧化二鋁粉和二氧化硅含量在98%以上的石英砂為原料，經(jīng)過高溫熔煉生成塊狀的剛玉相與莫來石相晶體混合存在的硅酸鋁鹽復(fù)相晶體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的耐火材料原料充足、質(zhì)量穩(wěn)定、環(huán)保且成本低。并且具有足夠高的耐火度、合適的導(dǎo)熱系數(shù)、較小的線膨脹系數(shù)，可取代原來的鋯英砂作為硅溶膠精密鑄造的模殼面層耐火材料使用。
【專利說明】耐火材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種耐火材料，特別涉及一種可用于硅溶膠精密鑄造領(lǐng)域的模殼面層的耐火材料。
【背景技術(shù)】
[0002]“硅溶膠型膜殼”目前已經(jīng)被全球硅精密鑄造領(lǐng)域公認(rèn)為生產(chǎn)精鑄件的最佳工藝方案。其主要特點(diǎn)是:鑄件表面質(zhì)量高、返修率、廢品率低、質(zhì)量穩(wěn)定性好，材料適用性廣等。精鑄件的性價比很大程度上取決于“型殼”的質(zhì)量和成本，它不僅決定于粘結(jié)劑還與占型殼材料90%重量比的耐火材料(砂、粉)密切相關(guān)。目前世界上硅溶膠精密鑄造領(lǐng)域普遍使用的模殼面層用耐火材料是天然鋯英石砂經(jīng)加工制成的砂和粉。天然鋯英石/砂存在以下缺陷和不足:(1)稀缺性，天然鋯英石/砂屬于地球上儲量少，資源稀缺的礦產(chǎn)資源。隨開采年限的增加，儲量不斷減少。(2)質(zhì)量的差異性，天然鋯英石/砂在自然成礦的過程中由于成礦條件不一樣，造成其有效成份和所含雜質(zhì)有所差異，現(xiàn)有加工手段難以消除其差異性。造成其加工制成的砂和粉質(zhì)量的不穩(wěn)定。(3)放射性，天然鋯英石/砂在成礦過程中都會與鐳、鈾、鉿等放射性元素相伴生，都具有一定的放射性，會對環(huán)境和人體造成不良影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種原料充足、質(zhì)量穩(wěn)定、環(huán)保且成本低的用于硅溶膠精密鑄造領(lǐng)域的模殼面層的耐火材料及其制備方法。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種耐火材料，以重量百分比計算，所述材料包含如下組分:10%~30% 二氧化硅，70%~90%三氧化二鋁。
[0005]在一些實(shí)施方式中，二氧`化硅的含量為12%~23%。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種耐火材料的方法，其特征在于該方法包括如下步驟:
[0007](a)將占總重量百分比為60%~70%的三氧化二鋁粉和二氧化硅的量占總重量百分比為10%~30%的石英砂混合；
[0008](b)將占總重量百分比為10%~20%的三氧化二鋁粉的35%~45%加熱熔煉至熔化；
[0009](c)將步驟(a)中的混合物料加入步驟(b)熔化后的液體中熔煉至熔化；
[0010](d)將步驟(b)中剩余的三氧化二鋁粉加入步驟(C)熔化后的液體中熔煉至熔化；
[0011](e)停止加熱，冷卻結(jié)晶。
[0012]在一些實(shí)施方式中，步驟(a)石英砂的含量占總重量百分比的12%~23%。
[0013]在一些實(shí)施方式中，步驟(a)、(b)和(d)中所用的三氧化二鋁粉的純度大于或等于 99.9%o
[0014]在一些實(shí)施方式中，步驟(a)中所用的石英砂中的二氧化硅含量大于98%。
[0015]在一些實(shí)施方式中，步驟(b)的熔煉溫度為1970°C~2050°C，步驟(c)和(d)的熔煉溫度為1950°C~2030°C。
[0016]在一些實(shí)施方式中，步驟(b)、(c)和(d)采用電弧爐進(jìn)行加熱，熔煉電壓為200V~280V,電流為 3000A ~5000A。
[0017]在一些實(shí)施方式中，步驟(e)中的冷卻結(jié)晶時間大于72h。
[0018]本發(fā)明采用高純度工業(yè)三氧化二鋁(A1203)粉和二氧化硅(Si02)含量在98%以上的石英砂為原料，經(jīng)過高溫熔煉生成塊狀的剛玉相與莫來石相晶體混合存在的硅酸鋁鹽復(fù)相晶體結(jié)構(gòu)。通過控制熔煉的電流、電壓，以保證制成品有足夠高的耐火度。電弧爐熔煉的溫度在1950°C~2050°C之間，壓力為常壓。在熔煉加工過程中，通過調(diào)整三氧化二鋁(A1203)和二氧化硅(Si02)的配比來調(diào)整制成品中的剛玉相與莫來石相晶體生成比例，控制復(fù)合硅酸鋁鹽耐火材料的各項性能指標(biāo)。
[0019]本發(fā)明的耐火材料具有足夠高的耐火度、合適的導(dǎo)熱系數(shù)、較小的線膨脹系數(shù)。其各項性能指標(biāo)如下:耐火度>1800°C、常溫20°C時導(dǎo)熱系數(shù)>30KJ/(m*h ?!:)(千焦/米?小時?度)；1400°C時導(dǎo)熱系數(shù)>15.5KJ/(m ? h ? °C )(千焦/米?小時?度)；線性熱膨脹系數(shù)大于或等于4.8X10-6C-1。
[0020]將本發(fā)明的耐火材料根據(jù)需要加工成80目~120目的砂體，和< 325目的粉體可取代原來的鋯英砂和鋯英粉作為硅溶膠精密鑄造的模殼面層耐火材料使用，其使用的工藝與鋯英砂的使用工藝相同。
[0021]本發(fā)明的耐火材料具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0022](I)該新型復(fù)合硅酸鋁鹽耐火材料原料是三氧化二鋁(A1203)和二氧化硅(Si02)，它是已知地殼中儲量最大，最常見的兩種氧化礦物，無短缺之慮。
[0023](2)該材料是一種人造礦物材料，生產(chǎn)的每一個環(huán)節(jié)都可以經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量檢測，生產(chǎn)工藝控制，來保證每一批砂、粉的質(zhì)量的穩(wěn)定性、可靠性。
[0024](3)三氧化二鋁(A1203)和二氧化硅(Si02)無放射性元素相伴生，不會對環(huán)境和人造成不良影響。制成品使用后經(jīng)處理可以循環(huán)使用。它的價格相比鋯英石要低廉，是一種節(jié)能減排的新型環(huán)保耐火材料。
[0025]綜上所述，本發(fā)明產(chǎn)品具有很好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
【具體實(shí)施方式】
[0026]實(shí)施例1
[0027]取用純度為99.9%的三氧化二鋁(A1203)粉2.8噸配二氧化硅含量為99%的石英砂1.21噸，經(jīng)充分混合攪拌均勻成為備用混合料。取500KG純度為99.9%的三氧化二鋁粉加入到電弧爐內(nèi)，用205V電壓，3500安電流起弧，熔煉溫度為1970度。待三氧化二鋁粉全部熔化后，將電流調(diào)到3000安，熔煉溫度調(diào)為1950度。此后按每小時I噸的速度勻速加入備用混合料到電弧爐內(nèi)，待備用混合料全部入爐并充分熔化后再加入700KG純度為99.9%的三氧化二鋁粉到電弧爐內(nèi)，熔煉溫度為1950度，待加入的三氧化二鋁粉完全熔化后，停爐。三天后等爐料完全冷卻結(jié)晶得到塊狀的結(jié)晶產(chǎn)品。產(chǎn)品各組分含量為:23.0% 二氧化硅，76.7%三氧化二鋁。產(chǎn)品性能指標(biāo)為:耐火度為1820°C;1400°C時測定其導(dǎo)熱系數(shù)為15.5J/(m-h ? V );線性熱膨脹系數(shù)為4.8X10-6C-1。將塊狀的結(jié)晶產(chǎn)品加工成80目~120目的砂體，和< 325目的粉體，作為硅溶膠精密鑄造的模殼面層耐火材料使用。[0028]實(shí)施例2
[0029]取用純度為99.99%的三氧化二鋁(A1203)粉7噸配二氧化硅含量為98.5%的石英砂2噸，經(jīng)充分混合攪拌均勻成為備用混合料備用。取400KG純度為99.99%的三氧化二鋁粉加入到電弧爐內(nèi)，用260V電壓，4000安電流起弧，熔煉溫度為2010度。待三氧化二鋁粉全部熔化后，將電流調(diào)到3500安熔煉溫度調(diào)為1990度。此后按每小時1.2噸的速度勻速加入備用混合料到電弧爐內(nèi)，待備用混合料全部入爐并充分熔化后再加入600KG純度為99.99%的三氧化二鋁粉到電弧爐內(nèi)，熔煉溫度為1990度，待加入的三氧化二鋁粉完全熔化后，停爐。三天后等爐料完全冷卻結(jié)晶后得到塊狀的結(jié)晶產(chǎn)品。產(chǎn)品各組分含量為:19.7%二氧化硅，80%三氧化二鋁。產(chǎn)品性能指標(biāo)為:耐火度為1840°C ;1400°C時測定其導(dǎo)熱系數(shù)為16KJ/(m ? h ? °C );線性熱膨脹系數(shù)為4.9X10-6C-1。將塊狀的結(jié)晶產(chǎn)品加工成80目~120目的砂體，和< 325目的粉體，作為硅溶膠精密鑄造的模殼面層耐火材料使用。
[0030]實(shí)施例3
[0031]取用純度為99.9%的三氧化二鋁(A1203)粉23.75噸配二氧化硅含量為99%的石英砂5.25噸，經(jīng)充分混合攪拌均勻成為備用混合料備用。取2.6噸純度為99.9%的三氧化二鋁粉加入到電弧爐內(nèi)，用280V電壓，4800安電流起弧，熔煉溫度為2050度。待三氧化二鋁粉全部熔化后，將電流調(diào)到4300安，熔煉溫度調(diào)為2030度。此后按每小時1.7噸的速度勻速加入備用混合料到電弧爐內(nèi)，待備用混合料全部入爐并充分熔化后再加入3.4噸純度為99.9%的三氧化二鋁粉到電弧爐內(nèi)，熔煉溫度為2030度，待加入的三氧化二鋁粉完全熔化后，停爐。三天后等爐料完全冷卻結(jié)晶后得到塊狀的結(jié)晶產(chǎn)品。產(chǎn)品各組分含量為:14.9% 二氧化硅，84.9%三氧化二鋁。產(chǎn)品性能指標(biāo)為:耐火度為1870°C ;1400°C時測定其導(dǎo)熱系數(shù)為18KJ/(m ? h * °C );線性熱膨脹系數(shù)為5.0X10-6C-1。將塊狀的結(jié)晶產(chǎn)品加工成80目~120目的砂體，和< 325目的粉體，作為硅溶膠精密鑄造的模殼面層耐火材料使用。
[0032]實(shí)施例4`[0033]取用純度為99.9%的三氧化二鋁(A1203)粉10噸配二氧化硅含量為99.5%的石英砂1.51噸，經(jīng)充分混合攪拌均勻備用。取400KG純度為99.9%的三氧化二鋁粉加入到電弧爐內(nèi)，用220V電壓，4200安電流起弧，熔煉溫度為2040度。待三氧化二鋁粉全部熔化后，將電流調(diào)到3800安，熔煉溫度調(diào)為2020度。此后按每小時1.5噸的速度勻速加入備用混合料到電弧爐內(nèi)，待備用混合料全部入爐并充分熔化后再加入600KG純度為99.9%的三氧化二鋁粉到電弧爐內(nèi)，熔煉溫度為2020度，待加入的三氧化二鋁粉完全熔化后，停爐。三天后等爐料完全冷卻結(jié)晶后得到塊狀的結(jié)晶產(chǎn)品。產(chǎn)品各組分含量為:12.0% 二氧化硅，87.8%三氧化二鋁。產(chǎn)品性能指標(biāo)為:耐火度為1850°C;1400°C時測定其導(dǎo)熱系數(shù)為17KJ/(m-h ? V );線性熱膨脹系數(shù)為4.9X10-6C-1。將塊狀的結(jié)晶產(chǎn)品加工成80目~120目的砂體，和< 325目的粉體，作為硅溶膠精密鑄造的模殼面層耐火材料使用。
[0034]以上所述的僅是本發(fā)明的一些實(shí)施方式。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.耐火材料，以重量百分比計算，所述材料包含如下組分:10%~30%二氧化硅，70%~90%三氧化二鋁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐火材料，其中二氧化硅的含量為12%~23%。
3.制備權(quán)利要求1或2所述耐火材料的方法，其特征在于該方法包括如下步驟: Ca)將占總重量百分比為60%~70%的三氧化二鋁粉和二氧化硅的量占總重量百分比為10%~30%的石英砂混合； (b)將占總重量百分比為10%~20%的三氧化二鋁粉的35%~45%加熱熔煉至熔化； (c)將步驟(a)中的混合物料加入步驟(b)熔化后的液體中熔煉至熔化； Cd)將步驟(b)中剩余的三氧化二鋁粉加入步驟(c)熔化后的液體中熔煉至熔化； Ce)停止加熱，冷卻結(jié)晶。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐火材料的制備方法，其中步驟(a)石英砂的含量占總重量百分比的12%~23%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的 耐火材料的制備方法，其中步驟(a)、(b)和(d)中所用的三氧化二鋁粉的純度大于或等于99.9%。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐火材料的制備方法，其中步驟(a)中所用的石英砂中的二氧化娃含量大于98%。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐火材料的制備方法，其中步驟(b)的熔煉溫度為1970°C~2050°C，步驟(c)和(d)的熔煉溫度為1950°C~2030°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐火材料的制備方法，其中步驟(b)、(c)和(d)采用電弧爐進(jìn)行加熱，熔煉電壓為200V~280V，電流為3000A~5000A。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐火材料的制備方法，其中步驟(e)中的冷卻結(jié)晶時間大于72h。
10.權(quán)利要求1~9任一項所述的耐火材料作為硅溶膠精密鑄造的模殼面層耐火材料的應(yīng)用。
【文檔編號】C04B35/66GK103496991SQ201310422649
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】何林壯 申請人:江門市凱斯特爾實(shí)業(yè)有限公司