CN102285812A - 一种镁铝钛质结构隔热一体化复合砖及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种镁铝钛质结构隔热一体化复合砖，包括致密镁铝钛质重质工作层，以及以轻质骨料和粉料为原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。提供一种镁铝钛质结构隔热一体化复合砖的制备方法。本发明耐磨性好、耐火度高、结构强度好及保温隔热性能好。
Description
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，尤其涉及一种耐火复合砖及制备方法。
背景技术
耐高温隔热材料是各种窑炉等热工设备的关键部分，耐高温隔热材料直接接触火焰，要求既耐高温又隔热节能，对材料的性能要求特别高。开发轻质、高强、热震稳定性好、使用温度高能满足轻质结构高温窑炉所需的材料，改变传统高温窑炉采用重质材料而存在的热容量大、升温速率小、能耗大、使用寿命短、施工维修量大等缺点，为建设资源节约型和环境友好型社会服务。
氧化铝空心球已经在耐火保温隔热领域得到广泛应用，空心球利用了封闭空腔热阻大的特点，隔热效果好，强度高，耐高温，抗剥落。轻质氧化铝空心球制品克服了泡沫氧化铝产品强度低、高温抗蠕变性能差的特点，不但可以直接接触火焰，还可以作为隔热层使用，但其荷重软化温度有待于进一步提高，特别是炉龄得到提高之后，由于烟气中的低熔点挥发成份进入及长时间蠕变作用易造成炉体内衬变形内突，炉顶塌陷。为进一步延长窑炉寿命，为满足节能降耗的要求，浙江大学材料系无机非金属材料研究所结合本所在高温材料制备和高温节能技术方面的优势，利用研究所专有技术开发了刚玉空心球结构隔热一体化复合砖，致密高铝支撑层用来承重，同时提高窑炉致密性和降低高温蠕变，轻质隔热层主要用于隔热和提高抗热震性，以便进一步提高炉龄，达到节能降耗的目的。砌筑窑炉时注意，轻质层接触火焰，否则起不到提高寿命作用。
发明内容
为了克服已有高温窑炉镁铝钛砖结构的缺点，本发明采用重质和轻质相结合的方式来降低热容、克服蠕变、提高寿命，本发明的目的在于提供一种具有耐磨性好、耐火度高、结构强度好及保温隔热性能好的镁铝钛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：
一种镁铝钛质结构隔热一体化复合砖，包括致密镁铝钛质重质工作层，以及以轻质骨料和粉料为原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，各种组分质量百分含量如下：其中MgO％为60～85％，Al2O3％为10～30％，TiO2％为1.5～15％，其余为原料引入的其他成分；
再进一步，所述重质工作层原料由α-Al2O3粉、电熔镁砂、烧结镁砂、烧结尖晶石、电熔尖晶石、高钛渣、钛黄粉、钛白粉中的几种组成。
更进一步，所述轻质隔热层骨料为氧化铝空心球、镁铝空心球、刚玉空心球、铬刚玉空心球、锆刚玉空心球中的一种或几种轻质骨料的混合物。
优选的，所述轻质隔热层中，各种种类的轻质骨料化学组分质量百分含量如下：1)氧化铝空心球，其中Al2O3大于98％；2)镁铝空心球，其中Al2O3为0.1～99.9％，MgO为0.1～99.9％；3)刚玉空心球，其中Al2O3大于93％；4)铬刚玉空心球，其中Al2O3为70～99.9％，Cr2O3为0.1～30％；5)锆刚玉空心球，其中Al2O3为90～99.9％，ZrO2 为0.1～10％，其余为原料引入的其他成分。
一种镁铝钛质结构隔热一体化复合砖的制备方法，所述制备方法的步骤如下：
(1)重质工作层配料：
所述重质工作层中，各种组分质量百分含量如下：其中MgO％为60～85％，Al2O3％为10～30％，TiO2％为1.5～15％，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均匀备用；
(2)轻质隔热层配料：
所述轻质隔热层骨料为氧化铝空心球、镁铝空心球、刚玉空心球、铬刚玉空心球、锆刚玉空心球中的一种或几种轻质骨料的混合物。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均匀备用；
(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1600～1800℃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、摩擦压机或油压机上进行。
更进一步，所述步骤(1)中，重质工作层采用的原料颗粒级配为大于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％；在配料时先将不大于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，搅拌时间为10～30分钟。
再进一步，所述步骤(2)中，所述轻质隔热层采用的轻质骨料粒径为0.2～5mm，自然堆积密度0.3～1.0g/cm3，轻质隔热层中原料质量配比为轻质骨料55～70％，不大于325目细粉30～45％，外加结合剂6～10％，在配料时先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，搅拌时间为10～30分钟。
所用的外加结合剂为纸浆废液、木质磺酸盐溶液、甲基纤维素溶液中的一种。
本发明具有的有益效果是：耐磨性好、耐火度高、结构强度好及保温隔热性能好；本发明可以改变现有镁铝钛砖结构内衬结构窑炉存在的缺点，延长窑炉使用寿命，降低成本。
附图说明
图1是镁铝钛质结构隔热一体化复合砖结构图。
图中：1、重质支撑层，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1，一种镁铝钛质结构隔热一体化复合砖，包括致密镁铝钛质重质工作层，以及以轻质骨料和粉料为原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，各种组分质量百分含量如下：其中MgO％为60～85％，Al2O3％为10～30％，TiO2％为1.5～15％，其余为原料引入的其他成分；
所述重质工作层原料由α-Al2O3粉、电熔镁砂、烧结镁砂、烧结尖晶石、电熔尖晶石、高钛渣、钛黄粉、钛白粉中的几种组成。
所述轻质隔热层骨料为氧化铝空心球、镁铝空心球、刚玉空心球、铬刚玉空心球、锆刚玉空心球中的一种或几种轻质骨料的混合物。
所述轻质隔热层中，各种种类的轻质骨料化学组分质量百分含量如下：1)氧化铝空心球，其中Al2O3大于98％；2)镁铝空心球，其中Al2O3为0.1～99.9％，MgO为0.1～99.9％；3)刚玉空心球，其中Al2O3大于93％；4)铬刚玉空心球，其中Al2O3为70～99.9％，Cr2O3为0.1～30％；5)锆刚玉空心球，其中Al2O3为90～99.9％，ZrO2为0.1～10％，其余为原料引入的其他成分。
镁铝钛质重质工作层，抗高温蠕变；轻质隔热层起到隔热作用，并具有高抗热震性。
实施例1
本实施例重质工作层所采用DMS98型电熔镁砂、α-Al2O3微粉和钛白粉为原料，颗粒级配及其质量百分含量为：
按上述配比所得重质工作层MgO成分质量百分含量为85％，Al2O3成分质量百分含量为10％，TiO2成分质量百分含量为3％。
轻质隔热层部分所采用的原料及其质量百分含量为：氧化铝空心球 10％、镁铝空心球10％、刚玉空心球10％、铬刚玉空心球10％、锆刚玉空心球15％、325目烧结刚玉微粉45％、外加工业木质磺酸盐溶液6％，所用的氧化铝空心球中Al2O3质量百分含量为98％，镁铝空心球中Al2O3质量百分含量为99.9％，MgO质量百分含量为0.1％，刚玉空心球中Al2O3质量百分含量为93％，锆刚玉空心球中Al2O3质量百分含量为99.9％，ZrO2质量百分含量为0.1％，铬刚玉空心球中Al2O3质量百分含量为99.9％，Cr2O3质量百分含量为0.1％。
镁铝钛质结构/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：先将大于1mm和不大于1mm的颗粒与结合剂混合均匀后加入不大于325目的粉料，搅拌10分钟后备用。
高强轻质隔热层：将刚玉空心球、氧化铝空心球、镁铝空心球、锆刚玉空心球、铬刚玉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325目烧结刚玉微粉搅拌30分钟备用。
(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，致密工作层和高强轻质隔热层的长度尺寸比例为1∶2，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150℃烘干后装窑于1800℃保温4小时烧成。
实施例2
本实施例重质工作层所采用MS97A型烧结镁砂、HMAS75型烧结尖晶石和一级高钛渣为原料，颗粒级配及其质量百分含量为：
按上述配比所得重质工作层MgO成分质量百分含量为65％，Al2O3成分质量百分含量为30％，TiO2成分质量百分含量为1.5％。
轻质隔热层部分所采用的原料及其质量百分含量为：氧化铝空心球10％、镁铝空心球10％、刚玉空心球15％、铬刚玉空心球15％、锆刚玉空心球20％、325目烧结α-Al2O3微粉30％、外加木质磺酸盐溶液10％，所用的氧化铝空心球中Al2O3质量百分含量为99％，镁铝空心球中Al2O3质量百分含量为0.1％，MgO质量百分含量为99.9％，刚玉空心球中Al2O3质量百分含量为98％，铬刚玉空心球中Al2O3质量百分含量为70％，Cr2O3质量百分含量为30％，锆刚玉空心球中Al2O3质量百分含量为90％，ZrO2质量百分含量为10％。
镁铝钛质结构/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：先将大于1mm和不大于1mm的颗粒与结合剂混合均匀后加入不大于325目的粉料，搅拌10分钟后备用。
高强轻质隔热层：将刚玉空心球、氧化铝空心球、镁铝空心球、锆刚玉空心球、铬刚玉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325目烧结α-Al2O3微粉搅拌10分钟备用。
(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，致密工作层和高强轻质隔热层的长度尺寸比例为3∶2，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150℃烘干后装窑于1600℃保温8小时烧成。
实施例3
本实施例重质工作层所采用MS98A型烧结镁砂、A级高型电熔
尖晶石和钛黄粉为原料，颗粒级配及其质量百分含量为：
按上述配比所得重质工作层MgO成分质量百分含量为60％，Al2O3成分质量百分含量为22％，TiO2成分质量百分含量为15％。
轻质隔热层部分所采用的原料及其质量百分含量为：镁铝空心球55％、325目烧结尖晶石45％、外加甲基纤维素溶液6％，所用的镁铝空心球中Al2O3质量百分含量为50％，MgO质量百分含量为45％。
镁铝钛质结构/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：先将大于1mm和不大于1m的颗粒与结合剂混合均匀后加入不大于325目的粉料，搅拌30分钟后备用。
高强轻质隔热层：将镁铝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325目电熔尖晶石微粉搅拌20分钟备用。
(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，致密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，采用震动加压成型。
(3)烧成：成型后的坯体取出经150℃烘干后装窑于1700℃保温3小时烧成。
实施例4
本实施例重质工作层所采用DMS98型电熔镁砂、A级高型电熔
尖晶石和钛白粉为原料，颗粒级配及其质量百分含量为：
按上述配比所得重质工作层MgO成分质量百分含量为71％，Al2O3成分质量百分含量为172％，TiO2成分质量百分含量为9％。
轻质隔热层部分所采用的原料及其质量百分含量为：铬刚玉空心球30％、锆刚玉空心球30％、325目烧结刚玉微粉40％、外加木质磺酸盐溶液7％，所用的铬刚玉空心球中Al2O3质量百分含量为70％，Cr2O3质量百分含量为30％，锆刚玉空心球中Al2O3质量百分含量为90％，ZrO2质量百分含量为10％。
镁铝钛质结构/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：先将大于1mm和不大于1mm颗粒与结合剂混合均匀后加入不大于325目的粉料，搅拌10分钟后备用。
高强轻质隔热层：将铬刚玉空心球和锆刚玉轻质骨料按比例和结合剂混合均匀，然后按比例加入325目烧结刚玉微粉搅拌30分钟备用。
(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，致密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，采用振动加压成型。
(3)烧成：成型后的坯体取出经150℃烘干后装窑于1750℃保温4小时烧成。
Claims (10)
1.一种镁铝钛质结构隔热一体化复合砖，其特征在于：包括致密镁铝钛质重质工作层，以及以轻质骨料和粉料为原料制备的轻质隔热层，两者复合制成复合砖，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所述的镁铝钛质结构隔热一体化复合砖，其特征在于：所述重质工作层中，各种组分质量百分含量如下：其中MgO％为60～85％，Al2O3％为10～30％，TiO2％为1.5～15％，其余为原料引入的其他成分。
3.根据权利要求1或2所述的镁铝钛质结构隔热一体化复合砖，其特征在于：所述重质工作层原料由α-Al2O3粉、电熔镁砂、烧结镁砂、烧结尖晶石、电熔尖晶石、高钛渣、钛黄粉、钛白粉中的几种组成。
4.根据权利要求1或2所述的镁铝钛质结构隔热一体化复合砖，其特征在于：所述轻质隔热层骨料为氧化铝空心球、镁铝空心球、刚玉空心球、铬刚玉空心球、锆刚玉空心球中的一种或几种轻质骨料的混合物。
5.根据权利要求4所述的一种镁铝钛质结构隔热一体化复合砖，其特征在于：所述轻质隔热层中，各种种类的轻质骨料化学组分质量百分含量如下：1)氧化铝空心球，其中Al2O3大于98％；2)镁铝空心球，其中Al2O3为0.1～99.9％，MgO为0.1～99.9％；3)刚玉空心球，其中Al2O3大于93％；4)铬刚玉空心球，其中Al2O3为70～99.9％，Cr2O3为0.1～30％；5)锆刚玉空心球，其中Al2O3为90～99.9％，ZrO2为0.1～10％，其余为原料引入的其他成分。
6.一种如权利要求1所述的镁铝钛质结构隔热一体化复合砖的制备方法，其特征在于：所述制备方法的步骤如下：
(1)重质工作层配料：
所述重质工作层中，各种组分质量百分含量如下：其中MgO％为60～85％，Al2O3％为10～30％，TiO2％为1.5～15％，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均匀备用；
(2)轻质隔热层配料：
所述轻质隔热层骨料为氧化铝空心球、镁铝空心球、刚玉空心球、铬刚玉空心球、锆刚玉空心球中的一种或几种轻质骨料的混合物。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均匀备用；
(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1600～1800℃保温3～8小时烧成。
7.根据权利要求6所述的镁铝钛质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、摩擦压机或油压机上进行。
8.根据权利要求6或7所述的镁铝钛质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级配为大于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％；在配料时先将不大于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，搅拌时间为10～30分钟。
9.根据权利要求6或7所述的镁铝钛质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，所述轻质隔热层采用的轻质骨料粒径为0.2～5mm，自然堆积密度0.3～1.0g/cm3，轻质隔热层中原料质量配比为轻质骨料55～70％，不大于325目细粉30～45％，外加结合剂6～10％，在配料时先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，搅拌时间为10～30分钟。
10.根据权利要求6或7所述的镁铝钛质结构隔热一体化复合砖的制备方法，其特征在于：所用的外加结合剂为纸浆废液、木质磺酸盐溶液、甲基纤维素溶液中的一种。
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