专利名称：工业陶瓷成形体和工业陶瓷成形体的制备方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种焙烧、碱性、耐火的工业陶瓷的弹性处理的成形体，其基于至少一种阻抗组分如氧化镁和煅烧白云石。另外，本发明涉及一种制备该成形体的方法及其应用。
背景技术：
在水泥、石灰、白云石、菱镁矿、钢铁和有色金属工业以及玻璃工业中，一般类型的成形体在如炉子、槽或容器内用作耐火衬里，特别是在涉及碱性炉渣腐蚀的高温方法中。
虽然由如MgO或CaO/MgO(煅烧白云石)的阻抗组分(在下文中也被简单地称作阻抗体)构成的成形体具有较高的耐火性和良好的抗化学性，但是由于它具有相对较高的弹性模量(modulus of elasticity)(E)和不利的剪切模量(shear modulus)(G)，因此它通常易碎。这尤其对热应力的耗散、机械应力和耐热冲击性(TSR)产生有害影响。因为较低的弹性模量而是造成热机械耐久性(thermomechanical durability)的原因，因此需要使具有较低的弹性模量。
为了增加弹性或为了降低弹性模量，可以在烧制陶瓷过程中向用于制备成形体的混合物中加入增塑剂组分(在下文中也被简单地称作增塑剂)或在混合物中加入产生增塑剂的原料是已知的。
例如，使用铬矿或合成尖晶石制备具有8～12Gpa(吉帕斯卡)范围内的有效剪切模量的氧化镁-铬砖或氧化镁-尖晶石砖。
含有熔融的铁尖晶石或熔融的氧化锆作为增塑剂的耐火砖具有较低的弹性，但是是可延展的。剪切模量为约15～20Gpa，因此相对较高。
这些已知的经过弹性处理的、碱性、耐火成形体特别地在弹性、旋转管式炉中所需的沉积物的形成、氧化还原抗性(redox resistance)、抗碱性、水合作用抗性(hydration resistance)、可处理性(disposability)方面被评估，可从下面的表中可看出这些已知成形体中各个成形体在这些特性方面所具有的优点和缺点表1已知成形体的定性性质
仅氧化镁-尖晶石砖和氧化镁-氧化锆砖难以在旋转管式炉中形成稳定的沉淀物；因此它们仅具有如用于水泥的旋转管式炉的烧结区的被限定的可用性。虽然，氧化镁-铁尖晶石砖显示出了良好的沉积物的形成(引自Variation of Physical and Chemical Parameters as a Tool forthe Development of Basic RefractoryBricks；Klischat，Hans-Jürgen，Dr.；Weibel，Guido-REFRATECHNICK GmbH，Germany in UnifiedInternational Technical Conference on Refractories，PROCEEDINGS，6thBiennial Worldwide Congress in conjunction with the 42nd InternationalColloquium on Refractories，Refractories 2000，BERLIN-Germany 6-9September 1999，50 Years German Refractory Association；pages 204-207)，但是氧化镁-铁尖晶石砖具有差的氧化还原抗性和抗碱性。氧化镁-铬砖具有同样的性能，但已知其又具有处理问题。不含增塑剂的白云石砖的确保证了非常好的沉淀物的形成，但其抗碱性和水合作用抗性都是不足的。
发明内容
本发明的目的提供一种碱性、经过弹性处理的、耐火成形体，该耐火成形体同时具有高耐火性、优良的抗化学性，特别是具有优良弹性和好的沉淀物形成能力，及好的氧化还原抗性、抗碱性和水合性，并且可毫无问题地被处理。
本发明的目的通过权利要求1的特征实现。本发明的优选实施方案限定在从属权利要求和其它权利要求中。
根据本发明，从许多已知阻抗体中选出的烧结的氧化镁和/或熔融的氧化镁或烧结的煅烧白云石和/或熔融的煅烧白云石被用作碱性阻抗体。具有CaO/Al2O3比率为0.14～0.2的铝酸钙、特别是具有氧化式CaO·6Al2O3或简写式CA6的化学合成物CaAl12O19已被发现作为增塑剂。
六方铝酸钙(Calcium hexaaluminate)具有化学式CaAl12O19或矿物名称为“黑铝钙石”和氧化式CaO·6Al2O3或简写式CA6。
CA6中的Al2O3明显不与如用于水泥的旋转管式炉中的碱金属和钙化合物反应，由于Al2O3已被CaO饱和。这会导致非常好的耐腐蚀性。也是水泥溶渣原料的重要成分的CA6中的CaO也许确保了在旋转管式炉中非常有效的沉积物的形成，这种有效的沉积物的形成即使使用已知的、形成沉淀的、经过弹性处理的、耐火成形体如氧化镁-铁尖晶石砖或氧化镁-铬砖也不能实现。
CA6在耐火材料中是已知的。其矿物氧化组分由α-Al2O3、β-Al2O3、CA6和CA2的矿物相混合物形成的耐火成形体可从DE 199 36292 C2得知。据报道矿物相混合物增加了成形体的耐蚀性。CA6在这里并没有起到增加弹性的作用。
本发明借助于实施例说明如下具有最大粒度为4mm和符合典型福勒曲线(Fuller curve)的粒度分布的氧化镁与具有粒度范围为0.5～4mm的矿物六方铝酸钙混合，然后与所需量的作为粘合剂的木素磺酸盐混合，被成形以形成砖并在130MPa的特定压制压力下压制。在110℃下干燥后，砖在隧道窑中在1600℃的烧结温度下焙烧。
由于加入的一定量的六方铝酸钙的作用，焙烧砖所获得的特性如下面的表2所示。采用以相同方法焙烧的氧化镁砖作为对比。
表2根据本发明成形体的特性与氧化镁砖的特性的对比
从表2看出，根据本发明的砖充分地经过弹性处理，以用在具有其动力学条件的水泥旋转管式炉中。弹性模量在极佳的范围内。热耐震性(TSR)是极优的。
导致砖的非常好的弹性化的机理至今还不能被清楚地确定。推测在砖的焙烧过程中在氧化镁基质和六方铝酸钙之间存在由这两种材料热的膨胀的差异而引起的微裂纹的形成。
下面的表3中列出表1中的已知成形体和根据本发明的成形体的各相关特性。
表3已知成形体的定性性质与根据本发明成形体的定性性质的对比
表3表示所有类型的至今已知的砖在本申请相关特性方面具有严重的缺点。与此相反，本发明的氧化镁-CA6砖独特地具有在其相关的应用组合中至今未知的良好特性。
无论是出现严重的温度改变以及无论是出现机械和热机械应力，根据本发明的成形体可被有利地使用。例如，可以应用于砖土工业、特别是水泥、石灰、白云石和菱镁矿工业以及黑色和有色金属工业中的旋转管式炉的烧结和过渡区，也可以用于铁或钢工业和有色金属工业中的熔融和处理容器。根据本发明的成形体在结合良好沉淀物形成趋势的水合抗性、抗碱性、氧化还原抗性和抗蚀性方面显示出极佳的使用性能。由于毫无问题的可处理性，因而，根据本发明的成形体在使用后也优于已知的产品。
根据本发明的碱性成形体的弹性化不仅使用纯六方铝酸钙、而且对于在六方铝酸钙中存在高达10质量％的次生相如SiO2和/或TiO2和/或Fe2O3和/或MgO也是可以被实现。而且，当高达58质量％的Al2O3已被Fe2O3代替时或当Ca2+被Ba2+或Sr2+部分地代替时，六方铝酸钙还具有如在“Trojer，F.Die oxydischen Kristallphasen der anorganischenIndustrieprodukte”，E.Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung，Stuttgart1963，page 272中所述的作用。
权利要求
1.一种焙烧、碱性、耐火、工业陶瓷成形体，包括至少一种碱性阻抗组分和增塑剂组分，其特征在于，增塑剂组分是具有0.14～0.2的CaO/Al2O3比率、特别是化学式为CaAl12O19的铝酸钙。
2.根据权利要求1所述的成形体，其特征在于，增塑剂组分具有氧化物式CaO·6Al2O3或简写式CA6。
3.根据权利要求1和/或2所述的成形体，其特征在于，增塑剂组分含有高达10质量％的次生相。
4.根据权利要求3所述的成形体，其特征在于，增塑剂组分含有SiO2和/或TiO2和/或Fe2O3和/或MgO作为次生相。
5.根据权利要求1～4中一项或多项所述的成形体，其特征在于，在增塑剂组分中至多58质量％的Al2O3被Fe2O3代替。
6.根据权利要求1～5中一项或多项所述的成形体，其特征在于，在增塑剂组分中Ca2+部分地被Ba2+和/或Sr2+代替。
7.根据权利要求1～6中一项或多项所述的成形体，其特征在于，阻抗组分为烧结的MgO和/或熔融的氧化镁和/或烧结的白云石和/或熔融的白云石。
8.根据权利要求1～7中一项或多项所述的成形体，其特征在于，成形体包括60～99.5质量％的阻抗组分和0.5～40质量％的增塑剂组分。
9.根据权利要求1～8中一项或多项所述的成形体，其特征在于，存在至少另一本来已知的增塑剂。
10.根据权利要求1～9中一项或多项所述的成形体，其特征在于，总密度为2.5～3.2g/cm3。
11.根据权利要求1～10中一项或多项所述的成形体，其特征在于，孔隙度为12～25体积％、特别为14～23体积％。
12.根据权利要求1～11中一项或多项所述的成形体，其特征在于，冷态抗压强度大于35MPa、尤其大于45MPa，并且冷态抗弯强度大于2MPa。
13.根据权利要求1～12中一项或多项所述的成形体，其特征在于，弹性模量为14～35GPa、特别为15～32GPa，并且剪切模量为6～15GPa、特别为7～14GPa。
14.根据权利要求1～13中一项或多项所述的成形体，其特征在于，耐热冲击性大于80。
15.根据权利要求1～14中一项或多项所述的成形体的制备方法，包括将至少一种阻抗组分与至少一种CA6增塑剂组分混合，将该混合物与粘合剂混合、并混合形成可成形的组合物，随后使组合物成形以产生个体，并干燥该成形个体，然后在高温下焙烧以烧结它们。
16.根据权利要求15的方法，其特征在于，使用木素磺酸盐作为粘合剂。
17.根据权利要求15和/或16的方法，其特征在于，使用的阻抗组分具有最大4mm的粒度，并且粒度分布符合福勒曲线。
18.根据权利要求15～17中一项或多项所述的方法，其特征在于，使用的增塑剂组分具有0.5～4mm的粒度范围。
19.根据权利要求15～18中一项或多项所述的方法，其特征在于，干燥在100～120℃的温度下进行。
20.根据权利要求15～19中一项或多项所述的方法，其特征在于，烧结在1400～1700℃、特别是1550～1650℃温度下进行。
21.根据权利要求15～20中一项或多项所述的方法，其特征在于，使用60～99.5质量％的阻抗组分和0.5～40质量％的增塑剂组分。
22.根据权利要求15～21中一项或多项所述的方法，其特征在于，使用至少一种预合成的增塑剂组分。
23.根据权利要求15～22中一项或多项所述的方法，其特征在于，通过混合适当的原料而得到的用于增塑剂组分的粒状混合物与阻抗组分混合，并且在焙烧期间产生增塑剂组分。
24.根据权利要求15～23中一项或多项所述的方法，其特征在于，进行焙烧以使在阻抗基质和增塑剂组分之间产生微裂纹。
25.根据权利要求15～24中一项或多项所述方法制备的，根据权利要求1～14中一项或多项所述的成形体在旋转管式炉的砌石内衬中的应用。
26.根据权利要求25所述的应用，其特征在于，成形体位于旋转管式炉的烧结区。
27.根据权利要求25和/或26所述的应用，其特征在于，成形体位于旋转管式炉的下过渡区。
28.根据权利要求25～27中一项或多项所述的应用，其特征在于，成形体位于用于水泥的旋转管式炉中。
全文摘要
本发明涉及一种焙烧、碱性、耐火、工业陶瓷成形体，包括至少一种碱性的阻抗组分和增塑剂组分，其特征在于，增塑剂组分是一种具有简写式CA
文档编号C04B35/043GK1714058SQ03825673
公开日2005年12月28日 申请日期2003年9月29日 优先权日2002年12月19日
发明者汉斯-于尔根·克利舍特 申请人:耐火材料控股有限公司