CN101863673B - 一种镁铝尖晶石结构隔热一体化复合砖及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镁铝尖晶石结构隔热一体化复合砖及制备方法。包括致密镁铝尖晶石的重质工作层，以及以氧化铝空心球或铝镁空心球或刚玉空心球或三者混合为轻质骨料的轻质隔热层，采用震动加压或机压成型，重质工作层轻质隔热层的长度尺寸比例为1～5∶2～1。本发明克服回转窑用镁铝尖晶石砖导热系数大的缺点，提供一种具有耐磨性好、耐火度高、结构强度大及保温隔热性能优异的镁铝尖晶石结构隔热一体化复合砖。
Description
技术领域
本发明涉及耐火复合砖及制备方法，尤其是涉及一种镁铝尖晶石结构隔热一体化复合砖及制备方法。
背景技术
随着水泥生产新技术的不断出现，水泥生产主机设备向大型化方向发展，增加产量、提高质量、节能降耗、降低成本成为生产管理中增加效益的关键。现有的耐火砖和隔热砖大都为单一结构，使用时需将各种性能的砖配合使用，若在相对固定不动的设备上，如隧道窑、倒焰窑，配合使用都能满足要求；但在一些相对运动的设备上，如回转窑，配合使用就很难满足要求。一些厂家和研究单位对此进行了研究和攻关，并推出了一些重质材料和轻质材料相结合的复合砖，但由于轻质工作层结构强度过低，无法满足使用要求而没有大范围推广，还是以重质砖为主。以海螺集团10000t/d的回转窑为例，前过渡带使用尖晶石砖、烧成带使用镁铬砖，由于前过渡带尖晶石砖和烧成带镁铬砖的导热系数大(≥2.7W/m·K)，使得窑筒体外壁温度较高(大约在380℃左右，高温时能达420℃)。筒体外壁温度较高，一方面使窑筒体散热增加，从而加大熟料热耗，引起熟料单位成本增加；另一方面极易使筒体受热膨胀，致使窑中部托轮瓦温度升高，尤其是在使用后期或夏季给设备的正常运行带来较大隐患。筒体过热增加了机械设备的损坏几率、加速了筒体变形，而筒体变形又加速了内衬的机械破坏，其结果是掉砖、停窑，影响水泥回转窑的运转率。因此若能在该部位使用耐火、隔热双重功能的复合砖不仅使过渡带和烧成带部位的筒体温度降低，减少散热损失，而且也有利于设备维护，提高设备运转率。若在所有高温部位均使用适合不同部位结构特点的复合砖，则能够很好地解决目前存在的问题。
发明内容
为了克服已有回转窑用镁铝砖导热系数大，本发明的目的在于提供一种镁铝尖晶石结构隔热一体化复合砖及制备方法，采用重质和轻质相结合的方式来降低导热系数，同时为克服现有复合砖轻质部位强度低、耐火度低的缺点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一、一种镁铝尖晶石结构隔热一体化复合砖：
包括致密镁铝尖晶石的重质工作层，以及以氧化铝空心球或铝镁空心球或刚玉空心球或三者混合为轻质骨料的轻质隔热层，由两者复合而成，重质工作层与轻质隔热层的长度尺寸比例为1～5∶2～1。
二、一种镁铝尖晶石结构隔热一体化复合砖的制备方法：
A、重质工作层和轻质隔热层的原料配比如下：
一、致密镁铝尖晶石工作层中，各个组分的质量百分含量为：
1～3mm电熔镁砂35～45％；小于1mm电熔镁砂15～25％；不大于325目电熔镁砂15～25％；小于1mm电熔尖晶石5～15％；不大于325目电熔尖晶石5～15％；外加结合剂3～5％；
二、轻质隔热层为以氧化铝空心球或铝镁空心球或刚玉空心球或三者混合为轻质骨料的轻质隔热层，其技术指标和含量比例如下：
(1)氧化铝空心球轻质隔热层中，Al2O3的质量百分含量＞98.5％，粒径为0.2～5mm，自然堆积密度0.6～0.9g/cm3；各个组分的质量百分含量为：氧化铝空心球35～65％；α-Al2O3微粉35～65％；外加结合剂为α-Al2O3微粉质量百分含量的30～35％；对应密度为1.3～2.0g/cm3；
(2)铝镁空心球轻质隔热层中，其技术指标和含量比例如下：
Al2O3的质量百分含量为60～80％，MgO的质量百分含量20～40％，粒径为0.2～5mm，自然堆积密度0.8～1.0g/cm3；铝镁空心球轻质隔热层中各个组分的质量百分含量为：铝镁空心球38～65％。α-Al2O3微粉35～62％外加结合剂为α-Al2O3微粉质量百分含量的31～33％；对应密度为1.3～2.0g/cm3。
(3)刚玉空心球轻质隔热层中，其技术指标和含量比例如下：
Al2O3的质量百分含量＞92％，粒径为0.2～5mm，自然堆积密度0.6～0.9g/cm3；刚玉空心球轻质隔热层中各个组分的质量百分含量为：刚玉空心球34～60％、α-Al2O3微粉40～66％、外加结合剂为α-Al2O3微粉质量百分含量的30～35％；对应密度为1.3～2.0g/cm3。
(4)氧化铝空心球、铝镁空心球、刚玉空心球三者复合轻质隔热层中，各个组分的质量百分含量为：氧化铝空心球0～65％；铝镁空心球0～65％；刚玉空心球0～65；α-Al2O3微粉35～62％；外加结合剂为α-Al2O3微粉的31～33％。
B、镁铝尖晶石结构隔热一体化复合砖的制备方法：
(1)重质工作层制备：先将不大于325目粉料按比例配好后在球磨机中混合均匀，再在其余骨料颗粒与结合剂混合均匀后加入混合好的粉料，搅拌10～30分钟后备用；
(2)轻质隔热层制备：将氧化铝空心球或铝镁空心球或刚玉空心球或三者混合作为为轻质骨料，把轻质骨料按比例和结合剂混合均匀，然后按比例加入粉料搅拌10～30分钟备用；
(3)成型：完成配料之后，用隔板把成型模具的料腔隔成两部分，致密工作层和高强轻质隔热层的长度尺寸比例为1～5∶2～1，加料后抽出隔板，采用震动加压或机压成型；
(4)烧成：成型后的坯体取出经80～150℃烘干后装窑于1650～1800℃保温3～8小时烧成。
所述轻质隔热层中，结合剂是有机结合剂，或者是磷酸溶液或磷酸二氢铝溶液或铝胶或硫酸铝溶液。
所述致密镁铝尖晶石的重质工作层中，结合剂是有机结合剂。
本发明具有的有益效果是：
本发明主要表现为不降低材料使用寿命的情况下，产品具有节约能耗，降低材料消耗和减少回转窑耐火材料用量的作用，能够有效延长设备使用寿命。
附图说明
附图是镁铝尖晶石结构隔热一体化复合砖的结构图。
图中：1、重质工作层，2、轻质隔热层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如附图所示，本发明包括致密镁铝尖晶石的重质工作层1，以及以氧化铝空心球或铝镁空心球或刚玉空心球或三者混合为轻质骨料的轻质隔热层2，由两者复合而成，重质工作层1与轻质隔热层2的长度尺寸比例为1～5∶2～1。镁铝尖晶石层的重质工作层1部分直接作为工作面，承受高温、各种物理和化学作用；氧化铝空心球或铝镁空心球或刚玉空心球或三者混合物作为轻质隔热层2部分的骨料，起到强度支撑作用，并能够有效减少热量向筒体表面的传递，降低筒体表面温度，延长设备寿命。
实施例1：
本实施例采用致密镁铝耐火材料和氧化铝空心球层状复合而成，重质工作层所采用的原料及其质量百分含量为：1～3mm电熔镁砂35％，小于1mm电熔镁砂25％，不大于325目电熔镁砂20％，小于1mm电熔尖晶石15％，不大于325目电熔尖晶石5％，外加亚硫酸纸浆废液3％；轻质工作层所采用的原料及其质量百分含量为：氧化铝空心球65％、α-Al2O3微粉35％、外加磷酸结合剂为α-Al2O3微粉质量百分含量的35％。
制备工艺包括以下步骤：
(1)配料：重质工作层的配料工艺为先将不大于325目粉料按比例配好后在球磨机中混合均匀，然后在其余骨料颗粒与结合剂混合均匀后加入混合好的粉料，搅拌10～30分钟后备用；轻质隔热层的配料工艺为将氧化铝空心球按比例和磷酸结合剂混合均匀，然后按比例加入α-Al2O3搅拌10～30分钟备用。
(2)成型：完成配料之后，根据材料的使用位置和磨损率及使用寿命确定重质工作层和轻质工作层之间的尺寸比例，根据比例用隔板把成型模具的料腔隔成两部分，加料后抽出隔板，采用震动加压成型。
(3)烧成：成型后的坯体取出经80～150℃烘干后装窑于1800℃保温3小时烧成。
实施例2：
本实施例采用致密镁铝耐火材料和铝镁空心球层状复合而成，重质工作层所采用的原料及其质量百分含量为：1～3mm电熔镁砂45％，小于1mm电熔镁砂15％，不大于325目电熔镁砂15％，小于1mm电熔尖晶石10％，不大于325目电熔尖晶石15％，外加黄糊精溶液5％；轻质隔热层所采用的原料及其质量百分含量为：铝镁空心球38％、α-Al2O3微粉62％、外加磷酸二氢铝结合剂为α-Al2O3微粉质量百分含量的31％。
制备工艺包括以下步骤：
(1)配料：重质工作层的配料工艺为先将不大于325目粉料按比例配好后在球磨机中混合均匀，然后在其余骨料颗粒与结合剂混合均匀后加入混合好的粉料，搅拌10～30分钟后备用；高强轻质隔热层的配料工艺为将铝镁空心球按比例和磷酸二氢铝结合剂混合均匀，然后按比例加入α-Al2O3搅拌10～30分钟备用。
(2)成型：完成配料之后，根据材料的使用位置和磨损率及使用寿命确定重质工作层和轻质工作层之间的尺寸比例，根据比例用隔板把成型模具的料腔隔成两部分，加料后抽出隔板，采用机压成型。
(3)烧成：成型后的坯体取出经80～150℃烘干后装窑于1650℃保温3～8小时烧成。
实施例3：
本实施例采用致密镁铝耐火材料和刚玉空心球层状复合而成，重质工作层所采用的原料及其质量百分含量为：1～3mm电熔镁砂45％，小于1mm电熔镁砂15％，不大于325目电熔镁砂25％，小于1mm电熔尖晶石5％，不大于325目电熔尖晶石10％，外加木质磺酸素3％；轻质工作层所采用的原料及其质量百分含量为：刚玉空心球60％、α-Al2O3微粉40％、外加硫酸铝结合剂为α-Al2O3微粉质量百分含量的35％。
制备工艺包括以下步骤：
(1)配料：重质工作层的配料工艺为先将不大于325目粉料按比例配好后在球磨机中混合均匀，然后在其余骨料颗粒与结合剂混合均匀后加入混合好的粉料，搅拌10～30分钟后备用；高强轻质隔热层的配料工艺为将刚玉空心球按比例和硫酸铝结合剂混合均匀，然后按比例加入α-Al2O3搅拌10～30分钟备用。
(2)成型：完成配料之后，根据材料的使用位置和磨损率及使用寿命确定重质工作层和轻质工作层之间的尺寸比例，根据比例用隔板把成型模具的料腔隔成两部分，加料后抽出隔板，采用震动加压或机压成型。
(3)烧成：成型后的坯体取出经80～150℃烘干后装窑于1650℃保温3～8小时烧成。
实施例4：
本实施例采用致密镁铝耐火材料，轻质工作层骨料由氧化铝空心球、铝镁空心球和刚玉空心球混合而成，重质工作层所采用的原料及其质量百分含量为：1～3mm电熔镁砂40％，小于1mm电熔镁砂20％，不大于325目电熔镁砂20％，小于1mm电熔尖晶石10％，不大于325目电熔尖晶石10％，外加聚乙烯醇溶液4％；轻质工作层所采用的原料及其质量百分含量为：氧化铝空心球15％、铝镁空心球25％，刚玉空心球20％，α-Al2O3微粉40％、外加硫酸铝结合剂为α-Al2O3微粉质量百分含量的33％。
制备工艺包括以下步骤：
(1)配料：重质工作层的配料工艺为先将不大于325目粉料按比例配好后在球磨机中混合均匀，然后在其余骨料颗粒与结合剂混合均匀后加入混合好的粉料，搅拌10～30分钟后备用；高强轻质隔热层的配料工艺为将氧化铝空心球刚玉空心球、铝镁空心球按比例和硫酸铝结合剂混合均匀，然后按比例加入α-Al2O3搅拌10～30分钟备用。
(2)成型：完成配料之后，根据材料的使用位置和磨损率及使用寿命确定重质工作层和轻质工作层之间的尺寸比例，根据比例用隔板把成型模具的料腔隔成两部分，加料后抽出隔板，采用震动加压或机压成型。
(3)烧成：成型后的坯体取出经80～150℃烘干后装窑于1650℃保温3～8小时烧成。
以上实例所制备的镁铝结构/隔热一体化复合砖重质工作层和轻质工作层的配比及性能指标如表1和表2所示。
表1镁铝尖晶石结构隔热一体化复合砖重质工作层材料理化指标
表2镁铝结构/隔热一体化复合砖轻质隔热层配比及性能指标
| 材质 | 密度，g/cm3 | 质量配比组成 | 导热系数，W/m.K | 使用温度，℃ |
| 氧化铝空心球轻质层 | 1.3～2.0 | 氧化铝空心球35～65％、α-Al2O3微粉35～65％、外加结合剂为α-Al2O3微粉质量百分含量的30～35％ | 0.6～1.3 | ≤1800 |
| 铝镁空心球轻质层 | 1.4～1.8 | 铝镁空心球38～65％。α-Al2O3微粉35～62％，外加结合剂为α-Al2O3微粉的31～33％ | 0.8～1.2 | 1650～1800 |
| 刚玉空心球轻质层 | 1.2～1.7 | 刚玉空心球34～60％、α-Al2O3微粉40～66％、外加结合剂为α-Al2O3微粉质量百分含量的30～35％； | 0.6～1.0 | ≤1650 |
| 氧化铝空心球/铝镁空心球/刚玉空心球混合层 | 1.4～1.8 | 氧化铝空心球0～65％，铝镁空心球0～65％，刚玉空心球0～65％，α-Al2O3微粉35～62％，外加结合剂为α-Al2O3微粉的31～33％ | 0.8～1.2 | 1650～1800 |
本发明根据回转窑的吨位和使用位置进行复合砖设计，根据窑温和回转窑的生产能力进行材料组分选择，镁铝尖晶石工作层可直接接触物料和火焰，氧化铝空心球或铝镁空心球或刚玉空心球或三者混合作为隔热层骨料，能够提高隔热性能并确保轻质部位强度和耐火度，本发明制备的镁铝尖晶石结构隔热一体化复合砖，抗磨损、抗剥落性能优良、导热系数低和结构强度高，直接用于回转窑的砌筑施工方便，减少散热损失，大幅度降低能量消耗。
Claims (3)
1.一种镁铝尖晶石结构隔热一体化复合砖的制备方法，其特征在于，包括致密镁铝尖晶石的重质工作层，以及以氧化铝空心球或铝镁空心球或刚玉空心球或三者混合为轻质骨料的轻质隔热层，由两者复合而成：
A、重质工作层和轻质隔热层的原料配比如下：
一、致密镁铝尖晶石工作层中，各个组分的质量百分含量为：
1～3mm电熔镁砂35～45％；小于1mm电熔镁砂15～25％；不大于325目电熔镁砂15～25％；小于1mm电熔尖晶石5～15％；不大于325目电熔尖晶石5～15％；外加结合剂3～5％；
二、轻质隔热层为以氧化铝空心球或铝镁空心球或刚玉空心球或三者混合为轻质骨料的轻质隔热层，其技术指标和含量比例如下：
(1)氧化铝空心球轻质隔热层中，Al2O3的质量百分含量＞98.5％，粒径为0.2～5mm，自然堆积密度0.6～0.9g/cm3；各个组分的质量百分含量为：氧化铝空心球35～65％；α-Al2O3微粉35～65％；外加结合剂为α-Al2O3微粉质量百分含量的30～35％；对应密度为1.3～2.0g/cm3；
(2)铝镁空心球轻质隔热层中，其技术指标和含量比例如下：
Al2O3的质量百分含量为60～80％，MgO的质量百分含量20～40％，粒径为0.2～5mm，自然堆积密度0.8～1.0g/cm3；铝镁空心球轻质隔热层中各个组分的质量百分含量为：铝镁空心球38～65％；α-Al2O3微粉35～62％外加结合剂为α-Al2O3微粉质量百分含量的31～33％；对应密度为1.3～2.0g/cm3；
(3)刚玉空心球轻质隔热层中，其技术指标和含量比例如下：
Al2O3的质量百分含量＞92％，粒径为0.2～5mm，自然堆积密度0.6～0.9g/cm3；刚玉空心球轻质隔热层中各个组分的质量百分含量为：刚玉空心球34～60％、α-Al2O3微粉40～66％、外加结合剂为α-Al2O3微粉质量百分含量的30～35％；对应密度为1.3～2.0g/cm3；
(4)氧化铝空心球、铝镁空心球、刚玉空心球三者复合轻质隔热层中，各个组分的质量百分含量为：氧化铝空心球大于0到65％；铝镁空心球大于0到65％；刚玉空心球大于0到65％；α-Al2O3微粉35～62％，以上四种氧化铝空心球、铝镁空心球、刚玉空心球和α-Al2O3微粉组分的质量百分含量之和为100％；外加结合剂为α-Al2O3微粉的31～33％；
B、镁铝尖晶石结构隔热一体化复合砖的制备方法：
(1)重质工作层制备：先将不大于325目粉料按比例配好后在球磨机中混合均匀，再在其余骨料颗粒与结合剂混合均匀后加入混合好的粉料，搅拌10～30分钟后备用；
(2)轻质隔热层制备：将氧化铝空心球或铝镁空心球或刚玉空心球或三者混合作为轻质骨料，把轻质骨料按比例和结合剂混合均匀，然后按比例加入粉料搅拌10～30分钟备用；
(3)成型：完成配料之后，用隔板把成型模具的料腔隔成两部分，致密工作层和高强轻质隔热层的长度尺寸比例为1～5∶2～1，加料后抽出隔板，采用震动加压或机压成型；
(4)烧成：成型后的坯体取出经80～150℃烘干后装窑于1650～1800℃保温3～8小时烧成。
2.根据权利要求1所述的一种镁铝尖晶石结构隔热一体化复合砖的制备方法，其特征在于：所述轻质隔热层中，结合剂是有机结合剂，或者是磷酸溶液或磷酸二氢铝溶液或铝胶或硫酸铝溶液。
3.根据权利要求1所述的一种镁铝尖晶石结构隔热一体化复合砖的制备方法，其特征在于：所述致密镁铝尖晶石的重质工作层中，结合剂是有机结合剂。
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