CN102285813B - 一种锆刚玉莫来石质结构隔热一体化复合砖及制备方法 - Google Patents
一种锆刚玉莫来石质结构隔热一体化复合砖及制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种锆刚玉莫来石质结构隔热一体化复合砖，包括致密锆刚玉莫来石质重质工作层，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。以及提供一种锆刚玉莫来石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
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。回转窑主要由窑筒体、耐火砖及传动设备等组成。在生产过程中，物料中的热量通过辐射和传导作用传递给窑皮、耐火砖和窑筒体，传递到窑筒体的热量再通过辐射和对流的方式散发到大气中。由于导热系数和材料的厚度决定温降的多少，耐火砖和窑筒体的导热系数较大，无论干法还是湿法，回转窑筒体的热损失都占两者热耗的四分之一左右，造成了能源的巨大浪费。目前，耐火砖是直接砌筑在窑筒体上，不能很好的降温节能，另外，回转窑的极限安全温度在410℃左右，如果接近或超过这个温度，将会存在安全隐患。
现有的耐火砖和隔热砖大大都为单一结构，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，并推出了一些重质和轻质相结合的复合砖，但由于轻质部分结构强度过低，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，由于尖晶石砖和烧成带使用的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部位的胴体温度降低，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
为了克服已有回转窑用锆刚玉莫来石砖导热系数大，本发明的目的在于一种提供具有耐磨性好、耐火度高、结构强度好及保温隔热性能好的锆刚玉莫来石质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：
一种锆刚玉莫来石质结构隔热一体化复合砖，包括致密锆刚玉莫来石质重质工作层，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，所述重质工作层的化学组分质量百分含量如下：Al2O3％为40～83％，SiO2％为12～25％，ZrO2％为5～40％，其余为原料引入的其他成分。
优选的，所述重质工作层由单斜氧化锆、莫来石、电熔刚玉、苏州泥、电熔锆刚玉莫来石、矾土基锆刚玉莫来石和烧结刚玉莫来石中的一种或几种组成。
所述轻质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％。
一种锆刚玉莫来石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，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均匀备用；
(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1600～1700℃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。
所述步骤(1)中，重质工作层采用的原料颗粒级配为不小于1mm颗粒35～45％，小于1mm颗粒25～35％，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。
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0.6～1.0g/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铝胶、硅胶、硫酸铝溶液、纸浆废液、木质磺酸盐溶液、甲基纤维素溶液中的一种。
本发明的具有的有益效果是：在不降低材料使用寿命的情况下，抗磨损、抗剥落性能优良、导热系数低和结构强度高，直接用于窑炉的砌筑施工方便，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，并且能够延长设备使用寿命。
附图说明
图1是锆刚玉莫来石质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
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参照图1，一种锆刚玉莫来石质结构隔热一体化复合砖，包括致密锆刚玉莫来石质重质工作层1，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。
所述重质工作层的化学组分质量百分含量如下：Al2O3％为40～83％，SiO2％为12～25％，ZrO2％为5～40％，其余为原料引入的其他成分。
所述重质工作层由单斜氧化锆、莫来石、电熔刚玉、苏州泥、电熔锆刚玉莫来石、矾土基锆刚玉莫来石和烧结刚玉莫来石中的一种或几种组成。
所述轻质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％。
所用的外加结合剂为铝胶、硅胶、硫酸铝溶液、纸浆废液、木质磺酸盐溶液、甲基纤维素溶液中的一种。
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：
(1)大于1mm单斜氧化锆3％；
(2)大于1mm莫来石36％；
(3)小于1mm电熔刚玉3％；
(4)小于1mm单斜氧化锆2％；
(5)小于1mm莫来石27％；
(6)325目苏州泥3％；
(7)325目莫来石26％；
(8)外加结合剂硫酸铝溶液5％。
按上述配比所得重质工作层Al2O3的质量百分含量为64.4％，SiO2的质量百分含量为25.0％，ZrO2的质量百分含量为5.0％，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21％，铬刚玉空心球34％，325目电熔刚玉粉27％；325目莫来石粉18％，外加结合剂硫酸铝溶液10％，所用氧化铝空心球中Al2O3的质量百分含量为98.7％，铬刚玉空心球中Al2O3的质量百分含量为84％，Cr2O3的质量百分含量为13％。
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目莫来石和苏州泥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27分钟后备用；
轻质隔热层的配料工艺为将氧化铝空心球和铬刚玉空心球与结合剂按比例混合均匀，然后按比例加入325目电熔刚玉粉和325目莫来石粉搅拌19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，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1700℃保温5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：
大于1mm烧结刚玉莫来石砂41％；
不大于1mm烧结刚玉莫来石砂27％；
325目烧结刚玉莫来石粉29％；
不大于325目苏州泥3％；
外加结合剂木质磺酸盐溶液3％
按上述配比所得重质工作层Al2O3的质量百分含量为40.0％，SiO2的质量百分含量为23.1％，ZrO2的质量百分含量为13.6％，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33％，锆刚玉空心球37％，α-Al2O3微粉17％；325目莫来石粉19％。外加结合剂木质磺酸盐溶液7％，所用锆刚玉空心球中各成分质量百分含量为Al2O392％，ZrO27％；镁铝空心球中MgO73％，Al2O326％。
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目苏州泥和325目烧结刚玉莫来石粉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30分钟后备用；
轻质隔热层的配料工艺为将铝镁空心球和锆刚玉空心球与结合剂按比例混合均匀，然后按比例加入α-Al2O3微粉和325目莫来石粉搅拌17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，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，采用油压机加压成型。
(3)烧成：
成型后的坯体取出经130℃烘干后装窑于1650℃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：
(1)大于1mm电熔刚玉莫来石砂39％；
(2)小于1mm烧结刚玉莫来石砂33％；
(3)325目烧结刚玉莫来石粉25％；
(4)小于325目苏州泥3％；
(5)外加结甲基纤维素溶液4％
按上述配比所得重质工作层Al2O3的质量百分含量为61.3％，SiO2的质量百分含量为16.3％，ZrO2的质量百分含量为19.4％，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：刚玉空心球62％，325目柱红石23％；325目焦宝石15％。外加结合剂纸浆废液10％。
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325目苏州泥和莫来石粉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23分钟后备用；
轻质隔热层的配料工艺为将刚玉空心球与结合剂按比例混合均匀，然后按比例加入柱红石和焦宝石搅拌18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，重质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，采用振动加压成型。
(3)烧成：
成型后的坯体取出经120℃烘干后装窑于1650℃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：
(1)大于1mm矾土基刚玉莫来石砂37％；
(2)小于1mm烧结刚玉莫来石砂31％；
(3)325目矾土基刚玉莫来石粉29％；
(4)不大于325目苏州泥3％；
(5)外加结甲基纤维素溶液4％
按上述配比所得重质工作层Al2O3的质量百分含量为66.0％，SiO2的质量百分含量为20.4％，ZrO2的质量百分含量为10.7％，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：氧化镁空心球21％，镁铝空心球43％，高铝微粉26％和红柱石10％，外加木质磺酸盐溶液6％。所用氧化镁空心球中的MgO为95％，镁铝空心球中MgO73％，Al2O326％。
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325目苏州泥和矾土基刚玉莫来石粉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25分钟后备用；
轻质隔热层的配料工艺为将氧化镁空心球、镁铝空心球与结合剂按比例混合均匀，然后按比例加入柱红石和高铝微粉搅拌17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，重质工作层和高强轻质隔热层的长度尺寸比例为4∶3，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130℃烘干后装窑于1630℃保温3小时烧成。
Claims (10)
1.一种锆刚玉莫来石质结构隔热一体化复合砖，其特征在于：包括致密锆刚玉莫来石质重质工作层，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。
2.根据权利要求1所述的锆刚玉莫来石质结构隔热一体化复合砖，其特征在于：所述重质工作层的化学组分质量百分含量如下：Al2O3％为40～83％，SiO2％为12～25％，ZrO2％为5～40％，，其余为原料引入的其他成分。
3.根据权利要求1或2所述的锆刚玉莫来石质结构隔热一体化复合砖，其特征在于：所述重质工作层由单斜氧化锆、莫来石、电熔刚玉、苏州泥、电熔锆刚玉莫来石、矾土基锆刚玉莫来石和烧结刚玉莫来石中的一种或几种组成。
4.根据权利要求1或2所述的锆刚玉莫来石质结构隔热一体化复合砖，其特征在于：所述轻质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的混合物。
5.根据权利要求4所述的锆刚玉莫来石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％。
6.一种如权利要求1所述的锆刚玉莫来石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，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均匀备用；
(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1600～1700℃保温3～8小时烧成。
7.根据权利要求6所述的锆刚玉莫来石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所述的锆刚玉莫来石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不小于1mm颗粒35～45％，小于1mm颗粒25～35％，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所述的锆刚玉莫来石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0.6～1.0g/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中所述的锆刚玉莫来石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铝胶、硅胶、硫酸铝溶液、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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