專利名稱：一種鎂鈦空心球及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及屬于耐火材料技術領域，尤其是一種空心球及其制備方法。
背景技術：
在傳統(tǒng)能源日益枯竭而新能源發(fā)展緩慢的今天，當前最迫切的任務是開發(fā)輕質、 高強、熱震穩(wěn)定性好、使用溫度高能滿足輕質結構高溫爐所需的內襯材料，改變傳統(tǒng)的超高溫窯爐由于采用重質結構而存在的熱容量大、升溫速率低、能耗大、使用壽命短、中期維修量大等缺點，節(jié)約能源，降低能耗，為建設資源節(jié)約型社會和人類可持續(xù)發(fā)展服務。由于輕質保溫材料是通過引入氣孔的方式獲得低熱導率，引入大量氣孔會導致輕質材料的重燒線收縮率提高、荷重軟化溫度降低、高溫蠕變嚴重、耐壓強度降低，從而使隔熱材料的使用溫度很難提高，并使應用范圍受到限制，因此尋找新的方法制備新的高溫隔熱材料一直是各國專家的工作重點。在現有的隔熱材料中，氧化鋁隔熱材料品種最多，使用溫度高，隔熱節(jié)能效果好，是當今重點發(fā)展的隔熱材料，其中輕質氧化鋁空心球陶瓷的應用是隔熱材料技術進步的一個標志，它克服了原有泡沫氧化鋁產品強度低、高溫抗蠕變性能差的缺點，可直接接觸火焰，也可作為高溫內襯結構材料使用，能夠推動傳統(tǒng)高溫窯爐結構改造，為設計新型窯爐結構奠定基礎。氧化鋁空心球是一種性能優(yōu)異的高溫隔熱材料，它是用純度較高的氧化鋁在電爐中熔煉吹制而成的，以氧化鋁空心球為主體可制成各種形狀制品，最高使用溫度1800°C，制品機械強度高，為一般輕質制品的數倍，而體積密度可以達到剛玉制品的一半甚至更低。采用同樣方法還可以制備出氧化鋯空心球，使用溫度也能夠達到2100°C以上，但由于氧化鋯原料價格昂貴，因此難以在工業(yè)生產中大規(guī)模推廣應用。同時氧化鋁空心球也因性價比，難以獲得大規(guī)模應用，相對于耐火材料的總量來說，比例較小。 目前已有的幾種材質的空心球，熔煉過程中需要的溫度較高，不僅用電能耗相當高，對制備條件要求非常苛刻，對于相關附屬設備都有嚴峻的考驗，而且成分比較單一，在抗侵蝕、抗熱震性等方面的性能有待提高，使用范圍也受到限制。為進一步拓展空心球的應用范圍，特別是基于空心球的結構/隔熱一體化復合磚概念的提出和部分產品成功開發(fā)，奠定電熔空心球步大規(guī)模應用的基礎。結構/隔熱一體化復合磚由重質工作層/輕質隔熱層兩者復合而成，不同組分工作層需要不同組分的電熔空心球匹配，否則易出現界面反應，影響制品性能。此外，基于低成本電熔空心球的澆注料出現，不同的使用環(huán)境條件提出來了不同的組分要求，有的要求電熔空心球具有更好的抗熱震性，有的要求更好的耐磨性和抗侵蝕能力強，有的要求低成本，這些均需要不同組分和不同成本的原料來具體滿足這些要求。

發(fā)明內容
為了克服已有空心球及其制備方法的不能兼顧低成本、耐磨性和抗侵蝕能力以及抗熱震性、適用性較差的不足，本發(fā)明提供能夠同時兼顧低成本、耐磨性和抗侵蝕能力以及抗熱震性、具有良好適用性的鎂鈦空心球及其制備方法。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一種鎂鈦空心球，鎂鈦空心球中含MgO和TiO2，其中MgO質量百分含量為90 99. 9%，TiO2質量百分含量為0. 1 10%。本發(fā)明中，由于原料純度和生產工藝中純化技術限制，MgO和1102質量百分含量之和小于100%，空心球中含有一定量的其它物質，但不影響使用。一種鎂鈦空心球的制備方法，所述制備方法的步驟如下1)將含鎂物質和含鈦物質按配比混勻，或將含鎂物質、含鈦物質和添加劑按配比要求混勻，得到配合料；2)將配合料投入三相或直流電弧爐內，調整電流和電壓，在觀00 3200°C熔煉直至熔融，精煉10 80分鐘，使熔體中MgCHTiO2質量百分含量不小于90% ；3)熔煉結束，傾爐噴吹；4)將球篩分得到0. 2 5mm的鎂鈦空心球。進一步，所述的含鎂原料為輕燒氧化鎂粉、鎂砂、白云石或菱鎂礦中的一種或一種以上的任意組合。再進一步，所述的含鈦物質為氧化鈦粉或高鈦渣。所述的添加劑為碳素材料，作為脫硅材料，用量為配合料中SiO2摩爾數的1. 2 4倍。所述的添加劑為碳素材料和含鐵成分物質的混合物時，碳素材料用量為配合料中 SiO2摩爾數的0. 8 3倍，含鐵成分物質中鐵摩爾含量為配合料中SiA摩爾數的2 5倍。所述的碳素材料為石墨、石油焦、煅后焦、煤、焦炭、浙青或木炭中的一種或一種以上的任意組合。所述的含鐵成分物質為鐵屑、鐵礦石、鐵紅、氧化鐵黑、廢鐵或廢鋼中的一種或一種以上的任意組合。本發(fā)明中，所依據的技術原理為以含鎂物質或含鈦物質為主要原料，同時引入添加劑來調整熔體組份和粘度，通過噴吹熔體制得鎂鈦空心球，使之具有比氧化鎂空心球具有更好的抗熱震特性和耐壓強度。本發(fā)明的有益效果主要表現在所制備的鎂鈦空心球具有耐壓強度高、斷裂韌性好等特點，并且保溫隔熱性能好，特別適合用作隔熱材料和輕質澆注料中的骨料，能夠滿足中低溫使用條件的保溫隔熱要求。
具體實施例方式下面對本發(fā)明作進一步描述。實施例1 本實施例中，鎂鈦空心球中MgO質量百分含量為92. 2%，TiO2質量百分含量為 2. 8%，其他物質的質量百分含量為5%，由于原料純度和生產工藝中純化技術限制，MgO和 TiO2質量百分含量之和小于100%，空心球中含有一定量的其它物質，但不影響使用。制備方法為原料配比采用質量百分含量，其中鎂砂97%和氧化鈦粉3%，采用焦炭、木炭和鐵紅作為添加劑，焦炭和木炭的用量保證C摩爾量為配料中SiO2摩爾量的3倍， 鐵紅的用量保證狗摩爾量為配料中SW2摩爾量的2倍；將原料配合好后在球磨機中混合
1.6小時；將配合料投入直流電弧爐內，調整電流和電壓在熔煉至熔融，精煉30分鐘；熔煉結束，傾爐噴吹；將球篩分得到0. 2 5mm的鎂鈦耐高溫空心球。鎂鈦空心球中MgO 質量百分含量為92. 2%，TiO2質量百分含量為2. 8%，產品可作為高強輕質澆注料和輕質磚及堿性復合磚骨料。實施例2 本實施例中，鎂鈦空心球中MgO質量百分含量為91. 5%，TiO2質量百分含量為
3.5%，其他物質的質量百分含量為5%，由于原料純度和生產工藝中純化技術限制，MgO和 TiO2質量百分含量之和小于100%，空心球中含有一定量的其它物質，但不影響使用。制備方法為原料配比采用質量百分含量，其中輕燒氧化鎂粉78.0%、鎂砂 18.0%和高鈦渣4.0%，采用石油焦作為添加劑，石油焦的用量保證石油焦中C摩爾量為配料中S^2摩爾量的4倍；將原料配合好后在球磨機中混合2小時；將配合料投入直流電弧爐內，調整電流和電壓在3000°C熔煉，精煉40分鐘；熔煉結束，傾爐噴吹；將球篩分得到 0. 2 5mm的鎂鈦耐高溫空心球。鎂鈦空心球中MgO質量百分含量為91. 5%，TiO2質量百分含量為3. 5%，產品可作為高強輕質澆注料和輕質磚及堿性復合磚骨料。實施例3 本實施例中，鎂鈦空心球中MgO質量百分含量為90.2%，TiO2質量百分含量為
4.8%，其他物質的質量百分含量為5%，由于原料純度和生產工藝中純化技術限制，MgO和 TiO2質量百分含量之和小于100%，空心球中含有一定量的其它物質，但不影響使用。制備方法為原料配比采用質量百分含量，其中輕燒氧化鎂粉49%、菱鎂礦47%、 氧化鈦粉和高鈦渣3%，采用煤、石墨、浙青、鐵礦石和鐵紅作為添加劑，煤、石墨和浙青的用量保證石油焦中C摩爾量為配料中SiA摩爾量的0. 8倍，鐵礦石和鐵紅的用量保證狗摩爾量為配料中SiO2摩爾量的5倍；將原料配合好后在球磨機中混合1. 8小時；將配合料投入直流電弧爐內，調整電流和電壓在3100°C熔煉，精煉10分鐘；熔煉結束，傾爐噴吹；將球篩分得到0. 2 5mm的鎂鈦耐高溫空心球。鎂鈦空心球中MgO質量百分含量為90. 2%, TiO2質量百分含量為4. 8%，產品可作為高強輕質澆注料和輕質磚及堿性復合磚骨料。實施例4 本實施例中，鎂鈦空心球中MgO質量百分含量為92. 2%，TiO2質量百分含量為
2.8%，其他物質的質量百分含量為5%，由于原料純度和生產工藝中純化技術限制，MgO和 TiO2質量百分含量之和小于100%，空心球中含有一定量的其它物質，但不影響使用。制備方法為原料配比采用質量百分含量，其中鎂砂17.0%、輕燒氧化鎂69.0%、 菱鎂礦11.0%和高鈦渣3.0%，采用石油焦、氧化鐵黑和鐵屑作為添加劑，石油焦的用量保證石油焦中C摩爾量為配料中SiO2摩爾量的3倍，氧化鐵黑和鐵屑的用量保證摩爾量為配料中S^2摩爾量的2倍；將原料配合好后在球磨機中混合1. 6小時；將配合料投入直流電弧爐內，調整電流和電壓在3000°C熔煉，精煉50分鐘；熔煉結束，傾爐噴吹；將球篩分得到0. 2 5mm的鎂鈦耐高溫空心球。鎂鈦空心球中MgO質量百分含量為92. 2%,TiO2質量百分含量為2. 8%，產品可作為高強輕質澆注料和輕質磚及堿性復合磚骨料。實施例5 本實施例中，鎂鈦空心球中MgO質量百分含量為91. 1%，TiO2質量百分含量為
3.9%，其他物質的質量百分含量為5%，由于原料純度和生產工藝中純化技術限制，MgO和TiO2質量百分含量之和小于100%，空心球中含有一定量的其它物質，但不影響使用。制備方法為原料配比采用質量百分含量，其中菱鎂礦98%、高鈦渣1.3%和氧化鈦粉0.7%，采用木炭、石墨、鐵礦石和廢鋼作為添加劑，木炭和石墨的用量保證石油焦中C 摩爾量為配料中SW2摩爾量的2倍，鐵礦石和廢鋼的用量保證狗摩爾量為配料中SiA摩爾量的3. 4倍；將原料配合好后在球磨機中混合1. 4小時；將配合料投入直流電弧爐內，調整電流和電壓在熔煉，精煉30分鐘；熔煉結束，傾爐噴吹；將球篩分得到0. 2 5mm 的鎂鈦耐高溫空心球。鎂鈦空心球中MgO質量百分含量為91. 1%，1102質量百分含量為 3. 9%，產品可作為高強輕質澆注料和輕質磚及堿性復合磚骨料。實施例6 本實施例中，鎂鈦空心球中MgO質量百分含量為94. 1%，TiO2質量百分含量為 0. 9%，其他物質的質量百分含量為5%，由于原料純度和生產工藝中純化技術限制，MgO和 TiO2質量百分含量之和小于100%，空心球中含有一定量的其它物質，但不影響使用。制備方法為原料配比采用質量百分含量，其中輕燒氧化鎂99%、高鈦渣0.5%和氧化鈦粉0. 5%，采用煤和石油焦作為添加劑，煤和石油焦的用量保證石油焦中C摩爾量為配料中S^2摩爾量的1. 2倍；將原料配合好后在球磨機中混合1. 8小時；將配合料投入直流電弧爐內，調整電流和電壓在3200°C熔煉，精煉80分鐘；熔煉結束，傾爐噴吹；將球篩分得到0. 2 5mm的鎂鈦耐高溫空心球。鎂鈦空心球中MgO質量百分含量為94. 1 %，TiO2質量百分含量為0. 9%，產品可作為高強輕質澆注料和輕質磚及堿性復合磚骨料實施例7本實施例中，鎂鈦空心球中MgO質量百分含量為99.9%，TiO2質量百分含量為 0.1%。制備方法為原料配比采用質量百分含量，其中高純鎂砂(MgO質量百分含量大于 99. 99% )99%和高純氧化鈦粉(11 質量百分含量大于99. 99% )0. 1% ；將原料配合好后在球磨機中混合1. 8小時；將配合料投入直流電弧爐內，調整電流和電壓在3200°C熔煉，精煉50分鐘；熔煉結束，傾爐噴吹；將球篩分得到0. 2 5mm的鎂鈦耐高溫空心球。鎂鈦空心球中MgO質量百分含量為99. 9%，TiO2質量百分含量為0. 1 %，產品可作為高強輕質澆注料和輕質磚及堿性復合磚骨料。實施例8本實施例中，鎂鈦空心球中MgO質量百分含量為90.0%，TiO2質量百分含量為 10. 0%。制備方法為原料配比采用質量百分含量，其中高純鎂砂(MgO質量百分含量大于 99. 99% )90. 0%和高純氧化鈦粉(11 質量百分含量大于99. 99% ) 10. 0%;將原料配合好后在球磨機中混合1. 8小時；將配合料投入直流電弧爐內，調整電流和電壓在3200°C熔煉， 精煉40分鐘；熔煉結束，傾爐噴吹；將球篩分得到0. 2 5mm的鎂鈦耐高溫空心球。鎂鈦空心球中MgO質量百分含量為90.0%，TiO2質量百分含量為10.0%，產品可作為高強輕質澆注料和輕質磚及堿性復合磚骨料。上述實施例僅僅是為清楚的說明所作的舉例，并非對實施方式所作的限定。對于所屬技術領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其他不同形式的變化或變動，在此無法對所有的實施方式予以一一舉例，而由此所引延伸的顯而易見的變化或改動仍在本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之內。
權利要求
1.一種鎂鈦空心球，其特征在于所述鎂鈦空心球中含MgO和TiO2，其中MgO質量百分含量為90 99. 9%，TiO2質量百分含量為0. 1 10%。
2.一種如權利要求1所述的鎂鈦空心球的制備方法，其特征在于所述制備方法的步驟如下1)將含鎂物質和含鈦物質按配比混勻，或將含鎂物質、含鈦物質和添加劑按配比要求混勻，得到配合料；2)將配合料投入三相或直流電弧爐內，調整電流和電壓，在觀00 3200°C熔煉直至熔融，精煉10 80分鐘，使熔體中MgO+TiA質量百分含量不小于90% ；3)熔煉結束，傾爐噴吹；4)將球篩分得到0.2 5mm的鎂鈦空心球。
3.如權利要求2所述的鎂鈦空心球的制備方法，其特征在于所述的含鎂原料為輕燒氧化鎂粉、鎂砂、白云石或菱鎂礦中的一種或一種以上的任意組合。
4.如權利要求2所述的鎂鈦空心球的制備方法，其特征在于所述的含鈦物質為氧化鈦粉或高鈦渣。
5.如權利要求2所述的鎂鈦空心球的制備方法，其特征在于所述的添加劑為碳素材料，作為脫硅材料，用量為配合料中SiA摩爾數的1. 2 4倍。
6.如權利要求2所述的鎂鈦空心球的制備方法，其特征在于所述的添加劑為碳素材料和含鐵成分物質的混合物，碳素材料用量為配合料中SiO2摩爾數的0. 8 3倍，含鐵成分物質中鐵摩爾含量為配合料中S^2摩爾數的2 5倍。
7.如權利要求5或6所述的鎂鈦空心球的制備方法，其特征在于所述的碳素材料為石墨、石油焦、煅后焦、煤、焦炭、浙青或木炭中的一種或一種以上的任意組合。
8.如權利要求6所述的鎂鈦空心球的制備方法，其特征在于所述的含鐵成分物質為鐵屑、鐵礦石、鐵紅、氧化鐵黑、廢鐵或廢鋼中的一種或一種以上的任意組合。
全文摘要
一種鎂鈦空心球，所述鎂鈦空心球中含MgO和TiO2，其中MgO質量百分含量為90～99.9％，TiO2質量百分含量為0.1～10％。以各種含鎂物質、含鈦物質為主要原料，同時引入添加劑來調整熔體組份和粘度，在三相交流電弧礦熱爐或直流電弧礦熱爐中熔煉，傾倒熔體，用空氣進行噴吹，然后經過篩分得到0.2～5mm的鎂鈦空心球。本發(fā)明提供能夠同時兼顧低成本、耐磨性和抗侵蝕能力以及抗熱震性、具有良好適用性的鎂鈦空心球及其制備方法。
文檔編號C04B35/66GK102249713SQ201110145188
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月31日 優(yōu)先權日2011年5月31日
發(fā)明者王家邦 申請人:浙江大學