CN101774819B - 零蠕变低铝莫来石砖 - Google Patents

Abstract

一种零蠕变低铝莫来石砖，属于耐火材料技术领域，其特征是，所述零蠕变低铝莫来石砖是在1450℃下烧结而成，其显气孔率为12.6％，体积密度2.41g/cm³，常温耐压强度81.6Mpa，蠕变率为0；Al₂O₃含量46.82％、SiO₂含量48.36％、Fe₂O₃含量1.22％、K₂O含量0.51％、Na₂O含量0.15％；其由如下重量百分比的原料制成：矾土50~65％，石英20~30％，金属硅3~6％，粘土5~10％，硼酸盐3~9％。本发明采用添加金属硅粉等原料，合理控制成型和烧成，解决了蠕变问题。

Description

零蠕变低铝莫来石砖

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种零蠕变低铝莫来石砖。

背景技术

工业窑炉节能最重要的措施就是采用蓄热式换热技术，这是21世纪节能和环保最具有发展潜力的技术之一。在高温窑炉中，热损失的很大部分是排烟的热量损失。当烟气温度为900℃-1300℃时，烟气余热占炉子总能耗的50％-70％。因此，积极采用先进的烟气余热回收技术，在工业窑炉燃烧系统中安装换热器，将烟气的余热回收用于预热助燃空气是实现工业节能降耗的有效措施。

最近英国Hot Work Development公司与British Gas研究院合作开发了一座使用新型镁砖作为蓄热体的结构材料，由于镁砖热膨胀系数小，抗碱性腐蚀小，耐温高，研制的蓄热体使用寿命长，节能效果显著。同时，由于换向装置与控制技术的提高大大缩短了换向周期。所以新型的蓄热室具有气体预热温度高(约为炉温的80％-90％)、排烟温度低(200℃以下)等优点而被广泛应用于高炉、平炉、大型钢锭加热炉和玻璃窑炉的余热回收中。但是，所研制的镁砖容重大，所用原料纯净，成本高；还必须在换热器的外部加很厚的保温层，因而换热器所用材料多，成本高，体积庞大。

申请人2008年研制出节能型蓄热式换热器用轻质镁砖(专利申请公开号为CN201259318)，通过改变烧结机理，适当提高烧成温度，延长保温时间，方镁石再结晶提高了制品的各项性能，尤其是提高了荷重软化温度以及抗热震稳定性。添加锆英石的合成镁锆砂制得镁砖的结合相是高熔点的第二固相M₂S和ZrO₂与CaO的固溶体，能提高制品的荷重软化温度以及抗热震稳定性，该项目技术指标达到了国际先进水平。

但是轻质镁砖蓄热性虽然热膨胀系数不高，但仍然达到一个中等偏下的数值，长期使用也存在膨胀开裂损坏的情况，同时由于轻质镁砖热容量较小，用于蓄热室墙体具有优越性，而用于蓄热格子体其优点并不突出。

发明内容

本发明主要针对普通硅铝材料的耐火材料制品进行进一步研究开发，通过添加金属硅粉、石英粉等原料，高温下与矾土中氧化铝反应生成莫来石，同时残余的金属硅在使用过程中也会缓慢氧化，生成二氧化硅，体积增加，恰好抵消1450℃二次莫来石膨胀，高温蠕变率为0。该产品经行射线衍射分析证明，产品以莫来石和方石英为主晶相。莫来石晶体成针状交错，提高了制品的强度，具有低气孔、低铁，零蠕变的蓄热室用1450℃零蠕变低铝莫来石砖。

本发明具体采用了如下技术方案：

一种零蠕变低铝莫来石砖，其特征是，所述零蠕变低铝莫来石砖是在1450℃下烧结而成，其显气孔率为12.6％，体积密度2.41g/cm³，常温耐压强度81.6Mpa，蠕变率为0；Al₂O₃含量46.82％、SiO₂含量48.36％、Fe₂O₃含量1.22％、K₂O含量0.51％、Na₂O含量0.15％；

其由如下重量百分比的原料制成：

矾土      50～65％

石英      20～30％

金属硅    3～6％

粘土       5～10％

硼酸盐     3～9％。

所述矾土的化学成分是：SiO₂  33.30～33.64％，Al₂O₃  60.8～60.95％，Fe₂O₃1.4～1.9％，MgO  0.1～0.4％，K₂O 0.05～0.15％，Na₂O 0.02％，余量为杂质。

所述石英中SiO₂含量大于94.5％。

所述硼酸盐是硼酸钠、硼酸钾、硼酸铝、硼酸镁、硼酸钙中的一种或者多种任意混合使用。

所述零蠕变低铝莫来石砖的制法包括如下步骤：

1)原料混合、粉碎、困料；

2)成型：所述成型是压力注浆成型或等静压成型

3)干燥、烧结：所述烧结包括在高温1450℃下保温1.5～2.5小时；

4)冷加工、包装。

本发明中采用的原料均为市售商品，本技术领域内普通人员很容易在市场上获得。

蓄热室耐火材料由格子体、墙及碹组成，国内仍采用碱性耐火材料作为格子体砖，墙及碹砖一般由同类碱性材料或高铝砖为主。传统型的高铝砖通常解决不了1350℃时的二次莫来石膨胀的弊端，很容易造成窑炉在烤窑或使用时的意外坍塌事故。高温下的蠕变一直是耐火材料行业的难题，法国西普在中低温耐火材料是世界知名企业，其在中高温的蠕变率也在0.12％以上，本发明采用添加金属硅粉等原料，合理控制成型和烧成，解决了蠕变问题。

附图说明

图1是本发明零蠕变低铝莫来石砖的烧成温度曲线。

具体实施方式

一、基础配方

表1  配方表(单位：重量份)

	实施例1	实施例2	实施例3
				矾土	50	65	56
石英	30	20	25
				金属硅	6	3	5
粘土	10	9	5
				硼酸盐	4	3	9

二、制法

1)细磨、混合、成型

将细粉原料按照实施例1-3配方称量后，在球磨机内研磨，混合均匀后采用压力注浆成型。

2)干燥

采用的烘干窑炉，适合坯体低温干燥的要求，经过48小时干燥，即能满足下一步生产工艺的要求。

3)烧结

把成型干燥后的坯体装炉烧结，烧结温度为1400、1450、1500℃，进行测试。样块中心部位未烧透，反应不完全，说明烧结温度不够。经过分析对比，在保温时间相同时，1450℃是比较适宜的烧结温度。1450℃时的烧成曲线如图1所示。

4)冷加工、包装。

三、蠕变性能正交试验

以矾土、石英、金属硅为变化因素设计了采用正交试验法L₉(3⁴)进行试验。L表示正交表，9是正交表的行数，表示需要做的试验次数。3是正交表的列数，表示最多可以安排的因素的个数。3是因素水平数，表示此表可以安排三水平的试验。

烧结温度为1450℃，高温保温2小时，实验结果如表2所示：

表2：蠕变性能正交试验

通过正交试验发现，7#配方，在1450℃下烧结性能良好，气孔率达到12.6％，体积密度2.41g/cm3，常温耐压强度81.6Mpa，蠕变率为0。铝含量46.82％，铁含量1.22％，达到低气孔、低铁、低铝、零蠕变的低铝莫来石砖的要求。

Claims (3)

1.一种零蠕变低铝莫来石砖，其特征是，所述零蠕变低铝莫来石砖是在1450℃下烧结而成，其显气孔率为12.6％，体积密度2.41g/cm³，常温耐压强度81.6MPa，蠕变率为0；Al₂O₃含量46.82％、SiO₂含量48.36％、Fe₂O₃含量1.22％、K₂O含量0.51％、Na₂O含量0.15％；

其由如下重量百分比的原料制成：

所述矾土的化学成分是：SiO₂ 33.30～33.64％，Al₂O₃ 60.8～60.95％，Fe₂O₃1.4～1.9％，MgO 0.1～0.4％，K₂O 0.05～0.15％，Na₂O 0.02％，余量为杂质；

所述石英中SiO₂含量大于94.5％。

2.根据权利要求1所述的零蠕变低铝莫来石砖，其特征是，所述硼酸盐是硼酸钠、硼酸钾、硼酸铝、硼酸镁、硼酸钙中的一种或者多种任意混合使用。

3.权利要求1的零蠕变低铝莫来石砖的制法，其特征是，所述零蠕变低铝莫来石砖的制法包括如下步骤：

1)原料混合、粉碎、困料；

2)成型；

3)干燥、烧结：所述烧结包括在高温1450℃下保温1.5～2.5小时；

4)冷加工、包装。

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