CN100391903C - 一种氮窑用轻质复合不烧砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氮窑用轻质复合不烧砖及其制备方法，不烧砖分为工作层和本体层，工作层占厚度的1/4～1/2，本体层占厚度的1/2～3/4，工作层由40～50%的轻质骨料、2～10%的硅细粉和44～54%的煅烧氧化铝微粉、0.3～1%纸浆粉组成；本体层由40～50%轻质骨料、50～60%煅烧氧化铝微粉、0.3～1%纸浆粉组成；在本体层和工作层原料中，外加磷酸盐水溶液结合剂，加入量为10～18%。所述的轻质复合砖不烧在成型加料时，先用隔板隔开，分别加入工作层和本体层的泥料，加料后抽出隔板，采用震动加压或机压成型，坯体经150～250℃低温烘烤即可。在使用中，工作层中的硅细粉在高温下与氮气形成硅的非氧化物，由此提高轻质砖的抗热震性、高低温结合强度。

Description

一种氮窑用轻质复合不烧砖及其制备方法

技术领域

本发明属于一种轻质耐火材料制品，主要涉及一种氮窑用轻质复合不烧砖及其制备方法。

背景技术

轻质耐火材料制品是窑炉的重要组成部分，作为隔热保温耐火材料用于窑炉，减少能量损失。根据在窑炉中的使用部位，轻质耐火材料可分为两种，一种轻质耐火材料用于非工作衬，位于窑墙的中间层、外层，此类轻质耐火材料有高铝轻质砖、粘土轻质砖、硅藻土砖等；另一种轻质耐火材料直接作为工作衬，即窑墙的热面砖衬，此类轻质耐火材料有莫来石轻质砖、氧化铝轻质砖、氧化铝空心球砖等。作为工作衬的轻质耐火材料要承受高温、热烟气的冲刷、窑炉温度升降而产生的热应力；特别是热应力，对窑炉工作衬的损伤更大，通常是工作衬损毁的主要原因。对于梭式窑、倒焰窑等间歇式窑炉更是如此。因此提高作为工作衬的轻质耐火制品的抗热震性很重要。

轻质耐火材料制品通常为烧成制品。作为工作衬的轻质耐火材料制品，氧化铝轻质砖是常见的一种。美国专利(专利号9279779)介绍的制备方法：用50～80Wt％泡沫氧化铝、10～30Wt％煅烧氧化铝、5～20Wt％氢氧化铝作原料，烧成温度1510～1650℃，氧化铝含量不小于98％，体积密度1.3～1.4g/cm³，常温耐压强度不小于1.4MPa。再如国产氧化铝空心球砖，采用氧化铝空心球为骨料，以煅烧氧化铝细粉、微粉、刚玉粉为细粉，加入少量粘土或磷酸盐为结合剂，经混练、振动加压或低吨位机压成型、高温烧成，烧成温度1600℃～1750℃。为了提高氧化铝空心球砖的抗热震性，有的生产厂家在配料中添加氧化硅等，但其提高幅度不大。氧化铝轻质砖缺点为热震稳定性较差，由此易导致衬体剥落，缩短衬体寿命；该砖需高温烧成，因此制砖需要高能耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一种氮窑用轻质复合不烧砖及其制备方法，制砖配比采用了硅细粉，该轻质砖在使用时，高温下硅细粉与窑炉中的氮气反应，形成非氧化物，如氮化硅、氧氮化硅等，提高材料的耐高温性能和抗热震性；轻质不烧砖因不需高温烧成，因此具有节能特点。

本发明的目的采用如下技术方案来实现：该轻质复合不烧砖为两层复合结构，分为向热面层的工作层和本体层，其中工作层占厚度的1/4～1/2，本体层占厚度的1/2～3/4，工作层由以下重量百分比的原料组成：

40～50％的轻质骨料，2～10％粒度为0.005～0.074mm的硅细粉和44～54％粒度小于0.005mm的煅烧氧化铝微粉；外加结合剂，其加入量为10～18％。

本体层由以下重量比的原料组成：40～50％的轻质骨料，50～60％粒度小于0.005mm煅烧氧化铝微粉；外加结合剂，其加入量为10～18％。

上述的轻质骨料可以是氧化铝空心球、或轻质莫来石颗粒料。

上述的结合剂可以是磷酸盐水溶液、水合氧化铝；磷酸盐可以是磷酸二氢铝、六偏磷酸钠，水合氧化铝可以是ρ氧化铝；磷酸盐溶液比重约为1.4；以水合氧化铝为结合剂时，对应减去同等数量的氧化铝微粉，并加入10～15wt％水(外加)。配比中需加入增塑剂0.3～1wt％纸浆粉，以增加泥料的可塑性和坯体的强度。

该轻质复合砖成型加料时，先用隔板隔开，分别加入工作层和本体层泥料，加料后抽出隔板，采用震动加压或机压成型。

采用水合氧化铝作为结合剂时，泥料须在40分钟内用完。

坯体经150～250℃低温烘烤。烘烤时间不小于24小时。

该轻质砖须在包装上表明深灰色端为工作衬端，以便用户正确使用。

本发明的轻质复合不烧砖作为工作衬使用于氮气流动的窑炉，该窑炉如电磁氮窑、烧制氮化硅原料的窑炉、烧制氮化硅结合碳化硅窑炉等；窑炉在使用时，轻质砖工作端中的硅在高温下与窑炉中的氮气反应，形成非氧化物，如氮化硅、氧氮化硅和Sialon等性能优异的高温相，由此提高材料的抗热震性、高温结合强度和中低温结合强度，并保持窑体工作衬的体积稳定性。另一方面，形成的这些氮化硅、氧氮化硅和Sialon等具有较高的导热性，部分降低轻质砖的隔热效果；因此该轻质砖为复合结构，控制轻质砖工作层端的厚度，体现非氧化物抗热震性强、结合强度和体积稳定性高的优势，同时本体层保障材料良好的隔热效果。

本发明的轻质复合不烧砖的特点是制砖配比采用了硅细粉，硅细粉的含量小于2％，形成氮化物的量过低，配比试样的抗热震性和荷重软化温度均较低，线变化率较大，不能明显提高轻质砖抗热震稳定性和强度。硅细粉的含量大于10％，形成氮化物的含量进一步增加，导致轻质砖导热率的增加，不利于其性能的优化。

本发明在向热面层的工作层中加入了硅细粉，在窑炉中的高温条件下硅细粉与窑炉中的氮气反应，形成非氧化物，如氮化硅、氧氮化硅等，提高材料的耐高温性能和抗热震性，整体提高隔热耐火材料制品的抗热震性和强度性能，延长其使用寿命。本发明不需要高温烧成，节省了能源。

具体实施方式

实施例1-4：

采用两层复合结构，由向热面层的工作层以及本体层组成，工作层占厚度的1/4，本体层占厚度的3/4，其中工作层由以下重量百分比的原料组成：

45％粒度为0.2～4mm的氧化铝空心球作为轻质骨料，采用粒度为0.044mm的硅细粉和粒度小于0.005mm的煅烧氧化铝微粉以及增塑剂1％纸浆粉，硅细粉和煅烧氧化铝微粉的配比如表1所示，将以上原料外加重量比12％、浓度为35％的六偏磷酸钠溶液的结合剂，充分混合后的泥料待用。实施例1-4的工作层原料配比如下表所示：

实施例	1	2	3	4
					氧化铝空心球	45	45	45	45
硅细粉	3	5	7	9
					氧化铝微粉	51	49	47	45
纸浆粉	1	1	1	1
					六偏磷酸钠(外加)(浓度35％)	12	12	12	12

本体层由以下重量百分比的原料组成：45％粒度为0.2～4mm的氧化铝空心球作为轻质骨料，54％粒度小于0.005mm煅烧氧化铝微粉，加入增塑剂1％纸浆粉，将以上原料外加重量比12％、浓度为35％的六偏磷酸钠溶液的结合剂，充分混合后泥料待用。

该轻质复合砖成型加料时，先用隔板隔开，分别加入工作层和本体层料泥料，加料后抽出隔板，采用震动加压成型。坯体经200℃低温烘烤。烘烤时间为24小时。

工作层的配料加入适量的硅，经高温下与氮气反应，提高材料的抗热震性，并具有较高的荷重软化温度和耐压强度。实施例1-4工作层的性能指标如下表所示：

实施例	1	2	3	4
					显气孔率，％	45	46	50	50
体积密度，g/cm<sup>3</sup>	1.62	1.58	1.54	1.51
					耐压强度，MPa	3.5	3.3	3.6	3.2
氮化处理后耐压强度，MPa	33	32	28	25
					氮化处理后体积密度，g/cm<sup>3</sup>	1.72	1.70	1.68	1.68
荷重软化温度，℃(0.1MPa)	＞1700	＞1700	＞1700	＞1700
					抗热震性，次	＞15	＞15	＞15	＞15
线变化率，％1450℃×5h	-0.31	-0.28	-0.17	+0.15

实施例5-7：

采用两层复合结构，由向热面层的工作层以及本体层组成，工作层占厚度的2/5，本体层占厚度的3/5，其中工作层由以下重量百分比的原料组成：

其中粒度为0.044mm的硅细粉加入量为5％，粒度为0.2～4mm的氧化铝空心球加入量分别为40％、45％和50％，粒度小于0.005mm的煅烧氧化铝微粉加入量分别为54％、49％和44％，增塑剂1％纸浆粉。外加磷酸二氢铝溶液(比重为1.35)作为结合剂，充分混合后的泥料待用。实施例5-7的工作层原料配比如下表所示：

实施例	5	6	7
				氧化铝空心球	40	45	50
硅细粉	5	5	5
				氧化铝微粉	54	49	44
纸浆粉	1	1	1
				磷酸二氢铝(外加)(比重为1.35)	16	14	12

本体层由以下重量百分比的原料组成：50％粒度为0.2～4mm的氧化铝空心球作为轻质骨料，49％粒度小于0.004mm煅烧氧化铝微粉，加入增塑剂1％纸浆粉，将以上原料外加比重为1.35的磷酸二氢铝结合剂，充分混合后的泥料待用。

该轻质复合砖成型加料时，先用隔板隔开，分别加入工作层和本体层的泥料，加料后抽出隔板，采用震动加压成型。坯体经200℃低温烘烤，烘烤时间为24小时。实施例5-7工作层的性能指标如下表所示：

实施例	5	6	7
				体积密度，g/cm<sup>3</sup>	1.65	1.53	1.47
耐压强度，MPa	4.3	3.7	3.1
				氮化处理后耐压强度，MPa	41	36	32
氮化处理后体积密度，g/cm<sup>3</sup>	1.74	1.71	1.59
				荷重软化温度，℃(0.1MPa)	＞1700	＞1700	＞1700
抗热震性，次	＞15	＞15	＞15
				线变化率，％1450℃×5h	-0.31	-0.26	-0.20

实施例8-9：

采用两层复合结构，由向热面层的工作层以及本体层组成，工作层占厚度的1/4，本体层占厚度的3/4，其中工作层由以下重量百分比的原料组成，实施例8-9的工作层原料配比如下表所示：

实施例	8	9
			氧化铝空心球	45	45
硅细粉	5	5
			氧化铝微粉	54.7	54
纸浆粉	0.3	1
			磷酸二氢铝(外加)(比重为1.35)	13	13

上述表中，硅细粉其中粒度为0.074mm，氧化铝空心球的粒度为0.2～3mm，煅烧氧化铝微粉粒度小于0.005mm。加入重量比磷酸二氢铝溶液作为结合剂，充分混合后泥料待用。

本体层由以下重量百分比的原料组成：50％粒度为0.2～3mm的氧化铝空心球作为轻质骨料，49％粒度小于0.005mm煅烧氧化铝微粉，加入增塑剂1％纸浆粉，将以上原料加入比重为1.35的磷酸二氢铝结合剂，充分混合后的泥料待用。

该轻质复合砖成型加料时，先用隔板隔开，分别加入工作层和本体层的泥料，加料后抽出隔板，采用液压机成型；成型压力为10MPA。坯体经200℃低温烘烤，烘烤时间为24小时。实施例8-9工作层的性能指标如下表所示：

实施例	8	9
			体积密度，g/cm<sup>3</sup>	1.56	1.53
耐压强度，MPa	3.3	3.7
			氮化处理后耐压强度，MPa	32	36
氮化处理后体积密度，g/cm<sup>3</sup>	1.74	1.71
			荷重软化温度，℃(0.1MPa)	＞1700	＞1700
抗热震性，次	＞15	＞15
			线变化率，％ 1450℃×5h	-0.27	-0.26

Claims (5)

1.一种氮窑用轻质复合不烧砖，其特征是：其为两层复合结构，分为向热面层的工作层和本体层，其中工作层占厚度的1/4～1/2，本体层占厚度的1/2～3/4，工作层由以下重量百分比的原料组成：

40～50％的轻质骨料，2～10％粒度为0.005～0.074mm的硅细粉和44～54％粒度小于0.005mm的煅烧氧化铝微粉，0.3～1％纸浆粉，外加磷酸盐水溶液结合剂，其加入量为10～18％；

本体层由以下重量比的原料组成：40～50％的轻质骨料，50～60％粒度小于0.005mm煅烧氧化铝微粉，0.3～1％纸浆粉，外加磷酸盐水溶液结合剂，其加入量为10～18％。

2.根据权利要求1所述的氮窑用轻质复合不烧砖，其特征是：轻质骨料为氧化铝空心球或轻质莫来石颗粒料。

3.根据权利要求1所述的氮窑用轻质复合不烧砖，其特征是：所述的磷酸盐水溶液为磷酸二氢铝或六偏磷酸钠水溶液。

4.根据权利要求3所述的氮窑用轻质复合不烧砖，其特征是：磷酸盐溶液比重约为1.4。

5.一种如权利要求1所述的氮窑用轻质复合不烧砖的制备方法，其特征是：所述的轻质复合不烧砖在成型加料时，先用隔板隔开，分别在隔板隔开的两侧加入工作层和本体层的泥料，加料后抽出隔板，采用震动加压或机压成型，坯体经150～250℃低温烘烤，烘烤时间不小于24小时。