CN102261846A - 一种锆刚玉质结构隔热一体化复合砖及制备方法 - Google Patents

Abstract

一种锆刚玉结构隔热一体化复合砖，包括锆刚玉质重质工作层和以轻质骨料和粉料制备的轻质隔热层，由重质工作层和轻质隔热层复合而成，重质工作层和轻质隔热层的长度尺寸比例为1～5∶3～1。。以及提供锆刚玉结构隔热一体化复合砖的制备方法。本发明耐磨性良好、结构强度较高、保温隔热性能良好。

Description

一种锆刚玉质结构隔热一体化复合砖及制备方法

技术领域

本发明涉及耐火材料领域，尤其是一种耐火复合砖及制备方法。 

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、倒阎窑，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，但由于轻质隔热层结构强度过低，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。胴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复合不同部位结构特点的复合砖，则很好地解决了目前存在的问题。 

发明内容

为了克服已有耐火复合砖及制备方法的耐磨性较差、结构强度较 低、保温隔热性能较差的不足，本发明提供一种耐磨性良好、结构强度较高、保温隔热性能良好的锆刚玉结构隔热一体化复合砖及制备方法。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种锆刚玉结构隔热一体化复合砖，包括锆刚玉质重质工作层和以轻质骨料和粉料制备的轻质隔热层，由重质工作层和轻质隔热层复合而成，重质工作层和轻质隔热层的长度尺寸比例为1～5∶3～1。 

进一步，所述重质工作层中，成分质量百分含量为Al₂O₃％≥60％，ZrO₂％为5～30％，其余为原料引入的其他成分。 

优选的，重质工作层采用的主要原料为电熔刚玉、板状刚玉、单斜氧化锆、莫来石、粘土、焦宝石中的几种。 

再进一步，所述轻质隔热层中采用的轻质骨料为氧化铝空心球、刚玉空心球、镁铝空心球、铬刚玉空心球、锆刚玉空心球中的一种或几种的混合物。 

所述轻质隔热层中，氧化铝空心球中的成分质量百分含量为Al₂O₃％＞98％，刚玉空心球中的成分质量百分含量为Al₂O₃％＞93％，镁铝空心球中的成分质量百分含量Al₂O₃为0.1～99.9％，MgO为0.1～99.9％，铬刚玉空心球中的成分质量百分含量Al₂O₃为70～99.9％，Cr₂O₃为0.1～30％，锆刚玉中的成分质量百分含量Al₂O₃为90～99.9％，ZrO₂为0.1～10％。 

一种锆刚玉结构隔热一体化复合砖的制备方法，所述制备方法包括以下步骤： 

(1)重质工作层配料：所述重质工作层中，成分质量百分含量为Al₂O₃％≥60％，ZrO₂％为5～30％，，其余为原料引入的其他成分；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外加结合剂混合均匀后加入混合好的粉料，搅拌10～30分钟； 

(2)轻质隔热层配料：采用的轻质骨料为氧化铝空心球、刚玉空心球、镁铝空心球、铬刚玉空心球、锆刚玉空心球中的一种或几种的混合物，先把轻质骨料称量好，把轻质骨料按比例和外加结合剂混合均匀，然后按比例加入粉料搅拌10～30分钟； 

(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，致密工作层和轻质隔热层的长度尺寸比例为1～5∶3～1，加料后抽出隔板，采用振动加压或机压成型； 

(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。 

进一步，所述步骤(3)中，成型过程在振动压机或摩擦压机或油压机上进行。 

再进一步，所述步骤(1)中，重质工作层采用的原料颗粒质量百分含量为不小于1mm颗粒35～45％，小于1mm颗粒25～35％，不大于325目细粉25～35％；外加结合剂3～5％。 

更进一步，所述步骤(2)中，所述空心球粒径为0.2～5mm，自然堆积密度0.6～1.0g/cm³，轻质隔热层采用的原料质量配比为空心球55～70％，不大于325目细粉30～45％，外加结合剂6～10％。 

所述外加结合剂为黄糊精、磷酸溶液、磷酸二氢铝溶液、铝胶、硅胶、硫酸铝溶液、纸浆废液、木质磺酸盐溶液或甲基纤维素溶液。 

本发明的有益效果主要表现在：耐磨性良好、结构强度较高、保温隔热性能良好；施工应用过程重质材料和轻质材料的砌筑可以一步完成，在热工设备中使用中能保持不同部位温度均衡，减少散热损失，大大降低能源消耗。 

附图说明

图1是锆刚玉结构隔热一体化复合砖结构图。 

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描述。 

参照图1，一种锆刚玉结构隔热一体化复合砖，包括锆刚玉质重质工作层1和以轻质骨料和粉料制备的轻质隔热层2，由重质工作层1和轻质隔热层2复合而成，重质工作层1和轻质隔热层2的长度尺寸比例为1～5∶3～1。 

所述重质工作层中，成分质量百分含量为Al₂O₃％≥60％，ZrO₂％为5～30％，其余为原料引入的其他成分。 

重质工作层采用的主要原料为电熔刚玉、板状刚玉、单斜氧化锆、莫来石、粘土、焦宝石中的几种。 

所述轻质隔热层中采用的轻质骨料为氧化铝空心球、刚玉空心球、镁铝空心球、铬刚玉空心球、锆刚玉空心球中的一种或几种的混合物。 

所述轻质隔热层中，氧化铝空心球中的成分质量百分含量为Al₂O₃％＞98％，刚玉空心球中的成分质量百分含量为Al₂O₃％＞93％，镁铝空心球中的成分质量百分含量Al₂O₃为0.1～99.9％，MgO为0.1～99.9％，铬刚玉空心球中的成分质量百分含量Al₂O₃为70～99.9％，Cr₂O₃为0.1～30％，锆刚玉中的成分质量百分含量Al₂O₃为90～99.9％，ZrO₂为0.1～10％。 

实施例1 

本实施例重质工作层所采用的原料及其质量百分含量为： 

其中，焦宝石牌号为YNS36。 

按上述配比，所得重质工作层成分的质量百分含量Al₂O₃为80％，ZrO₂为15％，其余为原料引入的其他成分。 

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55％、不大于325目电熔刚玉45％、外加结合剂磷酸二氢铝溶液8％，所用氧化铝空心球中成分质量百分含量为99％。 

锆刚玉质结构隔热一体化复合砖制造方法包括以下步骤： 

(1)配料： 

重质工作层：先将骨料颗粒与结合剂按比例配好并在球磨机中混合均匀，再加入不大于325目的粉料，搅拌30分钟； 

高强轻质隔热层：将空心球轻质骨料按比例和结合剂混合均匀，然后按比例加入不大于325目的粉料，搅拌30分钟。 

(2)成型：完成配料之后，用隔板把成型模具的料腔隔成两部分，重质工作层和高强轻质隔热层的长度尺寸比例为5∶1，加料后抽出隔板，采用振动压机压制成型。 

(3)烧成：成型后的坯体取出经80℃烘干后装窑于1650℃保温8小时烧成。 

实施例2 

本实施例重质工作层所采用的原料及其质量百分含量为： 

其中，焦宝石牌号为YNS36。 

按上述配比，所得重质工作层成分的质量百分含量Al₂O₃为82％，ZrO₂为5％，其余为原料引入的其他成分。 

轻质工作层所采用的原料及其质量百分含量为：镁铝空心球球30％，刚玉空心球40％、不大于325目电熔刚玉30％、外加结合剂甲基纤维素溶液9％，所用镁铝空心球中成分质量百分含量Al₂O₃为99.9％，MgO为0.1％，刚玉空心球中成分质量百分含量Al₂O₃为94％。 

锆刚玉质结构隔热一体化复合砖制造方法包括以下步骤： 

(1)配料： 

重质工作层：先将骨料颗粒与结合剂按比例配好并在球磨机中混合均匀，再加入不大于325目的粉料，搅拌20分钟； 

高强轻质隔热层：将空心球轻质骨料按比例和结合剂混合均匀，然后按比例加入不大于325目的粉料，搅拌20分钟。 

(2)成型：完成配料之后，用隔板把成型模具的料腔隔成两部分，重质工作层和高强轻质隔热层的长度尺寸比例为1∶3，加料后抽出隔板，采用摩擦压机压制成型。 

(3)烧成：成型后的坯体取出经110℃烘干后装窑于1700℃保温3小时烧成。 

实施例3 

本实施例重质工作层所采用的原料及其质量百分含量为： 

按上述配比，所得重质工作层成分的质量百分含量Al₂O₃为90％，ZrO₂为10％。 

轻质工作层所采用的原料及其质量百分含量为：铬刚玉空心球45％、锆刚玉空心球20％、不大于325目电熔刚玉35％、外加结合剂磷酸二氢铝溶液8％，所用铬刚玉空心球中成分质量百分含量Al₂O₃为70％，Cr₂O₃为30％，所用锆刚玉空心球中成分质量百分含量Al₂O₃为90％，ZrO₂为10％。 

锆刚玉质结构隔热一体化复合砖制造方法包括以下步骤： 

(1)配料： 

重质工作层：先将骨料颗粒与结合剂按比例配好并在球磨机中混合均匀，再加入不大于325目的粉料，搅拌20分钟； 

高强轻质隔热层：将空心球轻质骨料按比例和结合剂混合均匀，然后按比例加入不大于325目的粉料，搅拌20分钟。 

(2)成型：完成配料之后，用隔板把成型模具的料腔隔成两部分，重质工作层和高强轻质隔热层的长度尺寸比例为1∶1，加料后抽出隔板，采用振动压机压制成型。 

(3)烧成：成型后的坯体取出经80℃烘干后装窑于1750℃保温3小时烧成。 

实施例4 

本实施例重质工作层所采用的原料及其质量百分含量为： 

按上述配比，所得重质工作层成分的质量百分含量Al₂O₃为88％，ZrO₂为12％。 

轻质工作层所采用的原料及其质量百分含量为：铬刚玉空心球55％、不大于325目高铝矾土45％、外加结合剂铝胶6％，所用的铬刚玉空心球中成分质量百分含量的Al₂O₃为99.9％，Cr₂O₃为0.1％。 

锆刚玉质结构隔热一体化复合砖制造方法包括以下步骤： 

(1)配料： 

重质工作层：先将骨料颗粒与结合剂按比例配好并在球磨机中混合均匀，再加入不大于325目的粉料，搅拌30分钟； 

高强轻质隔热层：将空心球轻质骨料按比例和结合剂混合均匀，然后按比例加入不大于325目的粉料，搅拌30分钟。 

(2)成型：完成配料之后，用隔板把成型模具的料腔隔成两部分，重质工作层和高强轻质隔热层的长度尺寸比例为5∶2，加料后抽出隔板，采用油压机压制成型。 

(3)烧成：成型后的坯体取出经150℃烘干后装窑于1800℃保温4小时烧成。 

实施例5 

本实施例重质工作层所采用的原料及其质量百分含量为： 

按上述配比，所得重质工作层成分的质量百分含量Al₂O₃为60％，ZrO₂为30％，其余为原料引入的其他成分。 

轻质工作层所采用的原料及其质量百分含量为：锆刚玉空心球30％、镁铝空心球25％、不大于325目高铝矾土45％、外加结合剂硫酸铝溶液10％，所用的锆刚玉空心球中成分质量百分含量的Al₂O₃为99.9％，ZrO₂为0.1％，所用镁铝空心球中成分质量百分含量Al₂O₃为0.1％，MgO为99.9％。 

锆刚玉质结构隔热一体化复合砖制造方法包括以下步骤： 

(1)配料： 

重质工作层：先将骨料颗粒与结合剂按比例配好并在球磨机中混合均匀，再加入不大于325目的粉料，搅拌10分钟； 

高强轻质隔热层：将空心球轻质骨料按比例和结合剂混合均匀，然后按比例加入不大于325目的粉料，搅拌10分钟。 

(2)成型：完成配料之后，用隔板把成型模具的料腔隔成两部分，重质工作层和高强轻质隔热层的长度尺寸比例为5∶2，加料后抽出隔板，采用油压机压制成型。 

(3)烧成：成型后的坯体取出经150℃烘干后装窑于1700℃保温4小时烧成。 

实施例6 

本实施例重质工作层所采用的原料及其质量百分含量为： 

按上述配比，所得重质工作层成分的质量百分含量Al₂O₃为72％，ZrO₂为24％，其余为原料引入的其他成分。 

轻质工作层所采用的原料及其质量百分含量为：锆刚玉空心球30％、镁铝空心球25％、不大于325目高铝矾土45％、外加结合剂硫酸铝溶液10％，所用的锆刚玉空心球中成分质量百分含量的Al₂O₃为95％，ZrO₂为5％，所用镁铝空心球中成分质量百分含量Al₂O₃为70％，MgO为30％。 

锆刚玉质结构隔热一体化复合砖制造方法包括以下步骤： 

(1)配料： 

重质工作层：先将骨料颗粒与结合剂按比例配好并在球磨机中混合均匀，再加入不大于325目的粉料，搅拌30分钟； 

高强轻质隔热层：将空心球轻质骨料按比例和结合剂混合均匀，然后按比例加入不大于325目的粉料，搅拌30分钟。 

(2)成型：完成配料之后，用隔板把成型模具的料腔隔成两部分，重质工作层和高强轻质隔热层的长度尺寸比例为5∶1，加料后抽出隔板，采用油压机压制成型。 

(3)烧成：成型后的坯体取出经150℃烘干后装窑于1650℃保温4小时烧成。 

Claims (10)

1.一种锆刚玉结构隔热一体化复合砖，其特征在于：包括锆刚玉质重质工作层和以轻质骨料和粉料制备的轻质隔热层，由重质工作层和轻质隔热层复合而成，重质工作层和轻质隔热层的长度尺寸比例为1～5∶3～1。

2.根据权利要求1所述的锆刚玉结构隔热一体化复合砖，其特征在于：所述重质工作层中，成分质量百分含量为Al₂O₃％≥60％，ZrO₂％为5～30％，其余为原料引入的其他成分。

3.根据权利要求1或2所述的锆刚玉结构隔热一体化复合砖，其特征在于：重质工作层采用的主要原料为电熔刚玉、板状刚玉、单斜氧化锆、莫来石、粘土、焦宝石中的几种。

4.根据权利要求1或2所述的锆刚玉结构隔热一体化复合砖，其特征在于：所述轻质隔热层中采用的轻质骨料为氧化铝空心球、刚玉空心球、镁铝空心球、铬刚玉空心球、锆刚玉空心球中的一种或几种的混合物。

5.根据权利要求4所述的锆刚玉结构隔热一体化复合砖，其特征在于：所述轻质隔热层中，氧化铝空心球中的成分质量百分含量为Al₂O₃％＞98％，刚玉空心球中的成分质量百分含量为Al₂O₃％＞93％，镁铝空心球中的成分质量百分含量Al₂O₃为0.1～99.9％，MgO为0.1～99.9％，铬刚玉空心球中的成分质量百分含量Al₂O₃为70～99.9％，Cr₂O₃为0.1～30％，锆刚玉中的成分质量百分含量Al₂O₃为90～99.9％，ZrO₂为0.1～10％。

6.一种根据权利要求1所述的锆刚玉结构隔热一体化复合砖的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：

(1)重质工作层配料：所述重质工作层中，成分质量百分含量为Al₂O₃％≥60％，ZrO₂％为5～30％，其余为原料引入的其他成分；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外加结合剂混合均匀后加入混合好的粉料，搅拌10～30分钟；

(2)轻质隔热层配料：采用的轻质骨料为氧化铝空心球、刚玉空心球、镁铝空心球、铬刚玉空心球、锆刚玉空心球中的一种或几种的混合物，先把轻质骨料称量好，把轻质骨料按比例和外加结合剂混合均匀，然后按比例加入粉料搅拌10～30分钟；

(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，致密工作层和轻质隔热层的长度尺寸比例为1～5∶3～1，加料后抽出隔板，采用振动加压或机压成型；

(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。

7.根据权利要求6所述的锆刚玉结构隔热一体化复合砖的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，成型过程在振动压机或摩擦压机或油压机上进行。

8.根据权利要求6或7所述的锆刚玉结构隔热一体化复合砖的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，重质工作层采用的原料颗粒质量百分含量为不小于1mm颗粒35～45％，小于1mm颗粒25～35％，不大于325目细粉25～35％；外加结合剂3～5％。

9.根据权利要求6或7所述的锆刚玉结构隔热一体化复合砖的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述空心球粒径为0.2～5mm，自然堆积密度0.6～1.0g/cm³，轻质隔热层采用的原料质量配比为空心球55～70％，不大于325目细粉30～45％，外加结合剂6～10％。

10.根据权利要求6或7所述的锆刚玉结构隔热一体化复合砖的制备方法，其特征在于：所述外加结合剂为黄糊精、磷酸溶液、磷酸二氢铝溶液、铝胶、硅胶、硫酸铝溶液、纸浆废液、木质磺酸盐溶液或甲基纤维素溶液。

Images