CN101638324A

CN101638324A - 一种轻质多孔隔热耐火材料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN101638324A
Application number: CN200910041870A
Authority: CN
Inventors: 周武艺
Original assignee: South China Agricultural University
Current assignee: South China Agricultural University
Priority date: 2009-08-14
Filing date: 2009-08-14
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2029-08-14
Also published as: CN101638324B

Abstract

本发明公开了一种轻质多孔隔热耐火材料，包括以下重量百分含量的各组份：结合粘土15～30％；莫来石纤维3～10％；膨胀珍珠岩粉15～35％；无机结合剂15～25％；聚苯乙烯废料泡沫球1.5～3.5％和余量的水。本发明采用废弃的聚苯乙烯泡沫球作为成孔材料，以莫来石纤维作为增强材料，以结合粘土和膨胀珍珠岩作为保温材料，外加一定的结合剂等经挤压成型制备出了密度小、热导率低、耐压强度高的轻质多孔隔热材料，克服了现有耐火材料砖坯体脱水干燥烧成后的收缩率大、变形开裂的废品率高，后续加工复杂、隔热砖强度较低等技术难题，应用广泛。

Description

一种轻质多孔隔热耐火材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种轻质多孔隔热耐火材料及其制备方法和应用。

背景技术

传统工业炉窑为达到保温节能的目的，通常在重质耐火砖筑体或重质不定形耐火材料施工体外增加保温层，由于采用的保温材料使用温度较低，所以这种方法在中、高温工业炉窑上的使用受到极大的限制。同时，现有的重质层很厚，窑炉体积庞大、笨重，对间歇式炉来说，蓄热损失大。为解决这一问题，开始开发生产出了一系列使用温度高、体积密度小、隔热性能好的轻质耐火砖。

但现有的轻质耐火砖是采用锯屑、木炭、焦炭、煤、稻谷及谷壳等作为成孔材料，使砖内产生许多气孔，利用气孔内静止、低热导率的空气来隔热。但是，由于这些成孔材料的体积密度比耐火原料提及密度小，且比表面积大，因此，为了使耐火原料与成孔材料混合均匀，通常还需要添加35％～40％左右的成孔剂，这样就必须调成水分很高的泥浆，所以，坯体脱水、干燥、烧成后的收缩率大，变形、开裂的废品率高；不仅如此，成型后坯体的尺寸往往要比要求的大，需要进行切割、研磨等加工工序；此外，所制得的隔热砖强度较低。

发明内容

本发明的目的是针对现有耐火材料技术的不足，尤其是为了解决现有耐火砖坯体脱水干燥烧成后的收缩率大、变形开裂的废品率高，后续加工复杂、隔热砖强度较低等问题，提供一种轻质多孔隔热耐火材料，密度小、热导率低、耐压强度高，且孔径尺寸可调。

本发明的另一个目的是提供所述材料的制备方法。

本发明还有一个目的是提供所述材料的应用。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

提供一种轻质多孔隔热耐火材料，包括以下重量百分含量的各组份：

结合粘土 15～30重量份；

莫来石纤维 3～10重量份；

膨胀珍珠岩粉 15～35重量份；

无机结合剂 15～25重量份；

聚乙烯废料泡沫球 1.5～3.5重量份；

水余量。

所述的结合粘土主要成分为SiO₂，SiO₂所占重量百分含量为45～56％；作为优选，结合粘土包括以下重量百分含量的各组份：SiO₂55.1％，Al₂O₃31.3％，Fe₂O₃2.68％。

所述莫来石纤维为一种多晶质纤维状隔热耐火材料，优选Al₂O₃重量百分含量为72.34％；可选地，所述莫来石纤维包括以下重量百分含量的各组份：SiO₂22.76％，Al₂O₃72.34％，Fe₂O₃0.41％，主晶相为莫来石。

所述的无机结合剂包括水玻璃、磷酸铝或硅溶胶等。

所述膨胀珍珠岩中SiO₂所占重量百分含量为70～75％，作为优选，所述膨胀珍珠岩包括以下重量百分含量的各组份：SiO₂72.93％，Al₂O₃12.90％，Fe₂O₃0.53％。

本发明所述轻质多孔耐火材料的孔径可调，孔径尺寸可由聚乙烯泡沫球尺寸控制，所述聚乙烯泡沫球的直径优选为0.5～2mm。

所述轻质多孔耐火材料不需要再添加任何辅助助剂就可以制备得到所述的轻质多孔耐火材料。当然也不排除为了获得颜色等其他的效果添加辅助助剂。

本发明同时提供了所述轻质多孔隔热耐火砖的制备方法，包括以下步骤：

(1)将结合粘土、膨胀珍珠岩粉、聚苯乙烯废料泡沫球混合均匀得混合物1；

将莫来石纤维充分均匀地分散于无机结合剂中得混合物2；为了保证均匀分散，可采用搅拌机，并用水进行适当的调节；搅拌机的搅拌速度优选为。

(2)将混合物1和混合物2混合搅拌，直至混合料分散成均匀的粘稠物；

(3)粘稠物静置一定时间(0.5h左右)后，置于模具中挤压成型，得到一定形状的耐火材料坯体；

(4)将耐火材料坯体经常温干燥两天或70℃干燥2～5h小时即得轻质多孔耐火材料干坯。

将所述耐火材料干坯置于马弗炉中经500～800℃烧结后可得到多孔轻质隔热耐火砖成品。

本发明提供了所述轻质多孔耐火材料的应用，主要可应用于热风炉、高炉、炼焦炉、各种加热炉、退火炉、玻璃溶解窑、强化炉、石脑油裂解炉、加热炉、脱硫装置、渗炭炉、热处理炉、陶瓷烧成炉、石灰窑炉、水泥窑等，以及应用于部材烧成炉和溶融炉等的高温隔热保温。

本发明的有益效果：

本发明经过大量长期的实验总结得到合适的组份配伍，采用聚苯乙烯泡沫球作为成孔材料，以莫来石纤维作为增强材料，以结合粘土和膨胀珍珠岩作为保温材料，外加一定的结合剂等经挤压成型制备出了密度小、热导率低、耐压强度高的轻质多孔隔热材料，克服了现有耐火材料砖坯体脱水干燥烧成后的收缩率大、变形开裂的废品率高，后续加工复杂、隔热砖强度较低等技术难题，应用广泛。

本发明采用的成孔材料为聚苯乙烯泡沫球，实现了废物利用，有效地节约资源。

本发明制备工艺简单，生产的成本低，易实现产业化。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步详细说明本发明。

实施例1：

一种轻质多孔隔热耐火材料，包括以下重量百分含量的各组份：

结合粘土 20％；

莫来石纤维 3％；

膨胀珍珠岩粉 28％；

无机结合剂水玻璃 20％；

聚苯乙烯废料泡沫球 3.0％；

水余量。

所述组份都为市购产品。

所述聚乙烯泡沫球的直径为0.5～2mm。

所述的结合粘土主要成分为SiO₂，包括以下重量百分含量的各组份：SiO₂55.1％，Al₂O₃31.3％，Fe₂O₃2.68％。

所述莫来石纤维为一种多晶质纤维状隔热耐火材料，包括以下重量百分含量的各组份：SiO₂22.76％，Al₂O₃72.34％，Fe₂O₃0.41％，主晶相为莫来石。

所述膨胀珍珠岩包括以下重量百分含量的各组份：SiO₂72.93％，Al₂O₃12.90％，Fe₂O₃0.53％。

制备过程如下：

将莫来石纤维充分均匀地分散于无机结合剂中得混合物2；为了保证均匀分散，可采用搅拌机，并用水进行适当的调节；搅拌机的搅拌速度优选为250～500rmin^-1。

(3)粘稠物静置0.5h左右后，置于模具中，常温常压下，将粘稠物置于模具中挤压形成一定形状的、厚度均一坯体。

测定成品的性能如下：

体积密度/(g·cm^-3) 0.43

常温耐压强度/MPa 3

热导率/[W·(m·K)^-1] 0.433

重烧线变化率/％(1250℃，4h) -0.5

上述多孔轻质隔热耐火砖密度小、热导率低、耐压强度高，质量轻，脱水干燥烧成后的收缩率小，将上述多孔轻质隔热耐火砖应用于陶瓷窑炉内壁，大大降低了陶瓷窑炉的重量，可降低1/4重量，且提高了陶瓷窑炉的保温效果，达到节能环保的效果。

实施例2：

结合粘土 15％；

莫来石纤维 3.5％；

膨胀珍珠岩粉 35％；

无机结合剂磷酸铝 24％；

聚苯乙烯废料泡沫球 2.8％；

水余量。

所述聚乙烯泡沫球的直径为0.5～2mm。

所述的结合粘土主要成分为SiO₂，包括以下重量百分含量的各组份：SiO₂53.5％，Al₂O₃31.3％，Fe₂O₃2.68％。

所述膨胀珍珠岩包括以下重量百分含量的各组份：SiO₂74.13％，Al₂O₃12.90％，Fe₂O₃0.53％。

制备方法同实施例1。

将上述多孔轻质隔热耐火砖应用于陶瓷窑炉内壁，大大降低了陶瓷窑炉的重量，可降低1/4重量，且提高了陶瓷窑炉的保温效果。

测定成品的性能如下：

体积密度/(g·cm^-3) 0.45

常温耐压强度/MPa 3.1

热导率/[W·(m·K)^-1] 0.435

重烧线变化率/％(1250℃，4h) -0.54

实施例3：

结合粘土 18％；

莫来石纤维 3％；

膨胀珍珠岩粉 33％；

无机结合剂硅溶胶 25％；

聚苯乙烯废料泡沫球 2.5％；

水余量。

所述聚乙烯泡沫球的直径为0.5～2mm。

所述的结合粘土主要成分为SiO₂，包括以下重量百分含量的各组份：SiO₂50.3％，Al₂O₃31.3％，Fe₂O₃2.68％。

所述膨胀珍珠岩包括以下重量百分含量的各组份：SiO₂74.65％，Al₂O₃12.90％，Fe₂O₃0.53％。

制备方法同实施例1。

测定成品的性能如下：

体积密度/(g·cm^-3) 0.43

常温耐压强度/MPa 3.2

热导率/[W·(m·K)^-1] 0.432

重烧线变化率/％(1250℃，4h) -0.52

将上述多孔轻质隔热耐火砖应用于加热炉、脱硫装置或渗炭炉，大大降低了装置的重量，大约可降低1/4重量，隔热效果良好。

实施例4：

结合粘土 25％；

莫来石纤维 5％；

膨胀珍珠岩粉 20％；

无机结合剂硅溶胶 20％；

聚苯乙烯废料泡沫球 3.5％；

水余量。

所述的结合粘土中含SiO₂46％，所述膨胀珍珠岩中SiO₂所占重量百分含量为70％。

其他各组份组成同实施例3。制备方法同实施例1。

测定成品的性能如下：

体积密度/(g·cm^-3) 0.41

常温耐压强度/MPa 3.0

热导率/[W·(m·K)^-1] 0.431

重烧线变化率/％(1250℃，4h) -0.50

将上述多孔轻质隔热耐火砖应用于将上述多孔轻质隔热耐火砖应用于热风炉、高炉或炼焦炉，大大降低了热风炉、高炉或炼焦炉的重量，可降低1/4重量。

实施例5：

结合粘土 28％；

莫来石纤维 5.5％；

膨胀珍珠岩粉 22％；

无机结合剂硅溶胶 21％；

聚苯乙烯废料泡沫球 1.5％；

水余量。

各组份组成同实施例3。制备方法同实施例1。

测定成品的性能如下：

体积密度/(g·cm^-3) 0.45

常温耐压强度/MPa 3.2

热导率/[W·(m·K)^-1] 0.435

重烧线变化率/％(1250℃，4h) -0.48

上述多孔轻质隔热耐火砖密度小、热导率低、耐压强度高，质量轻，脱水干燥烧成后的收缩率小，将上述多孔轻质隔热耐火砖应用于将上述多孔轻质隔热耐火砖应用于石灰窑炉或水泥窑内壁，大大降低了窑炉的重量，隔热效果良好。

Claims

1、一种轻质多孔隔热耐火材料，其特征在于包括以下重量百分含量的各组份：

结合粘土 15～30％；

莫来石纤维 3～10％；

膨胀珍珠岩粉 15～35％；

无机结合剂 15～25％；

聚苯乙烯废料泡沫球 1.5～3.5％；

水余量。

2、根据权利要求1所述轻质多孔隔热耐火材料，其特征在于所述结合粘土中SiO₂所占重量百分含量为45～56％

3、根据权利要求2所述轻质多孔隔热耐火材料，其特征在于所述结合粘土包括以下重量百分含量的各组份：SiO₂ 55.1％，Al₂O₃ 31.3％，Fe₂O₃ 2.68％。

4、根据权利要求1所述轻质多孔隔热耐火材料，其特征在于所述莫来石纤维包括以下重量百分含量的各组份：SiO₂ 22.76％，Al₂O₃72.34％，Fe₂O₃ 0.41％。

5、根据权利要求1所述轻质多孔隔热耐火材料，其特征在于所述无机结合剂为水玻璃、磷酸铝或硅溶胶。

6、根据权利要求1所述轻质多孔隔热耐火材料，其特征在于所述膨胀珍珠岩中SiO₂所占重量百分含量为70～75％。

7、根据权利要求6所述轻质多孔隔热耐火材料，其特征在于所述膨胀珍珠岩包括以下重量百分含量的各组份：SiO₂ 72.93％，Al₂O₃12.90％，Fe₂O₃ 0.53％。

8、根据权利要求1所述轻质多孔隔热耐火材料，其特征在于所述聚苯乙烯泡沫球直径为0.5～2mm。

9、一种权利要求1所述轻质多孔隔热耐火砖的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

将莫来石纤维充分均匀地分散于无机结合剂中得混合物2；为了保证均匀分散，可采用搅拌机，并用水进行适当的调节；

(3)粘稠物静置后，常温常压下，置于模具中挤压成型，得到一定形状的耐火材料坯体；

(5)将所述耐火材料干坯置于马弗炉中经500～800℃烧结后可得到多孔轻质隔热耐火砖成品。

10、一种权利要求1所述轻质多孔隔热耐火砖的应用，其特征在于应用于热风炉、高炉、炼焦炉、各种加热炉、退火炉、玻璃溶解窑、强化炉、石脑油裂解炉、加热炉、脱硫装置、渗炭炉、热处理炉、陶瓷烧成炉、石灰窑炉、水泥窑、部材烧成炉或溶融炉。