CN102424595B - 硬质耐侵蚀氧化铝纤维板炉膛材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硬质耐侵蚀氧化铝纤维板炉膛材料的制备方法。针对现有氧化铝纤维板作为高温电炉炉膛材料使用时存在的结构疏松、不耐高温侵蚀、使用寿命短等问题，通过向氧化铝纤维中加入较多量氧化铝微粉，加入硅溶胶作为粘结剂，经拌和成泥、倒入模具成型、自然晾干、烘干、切割加工和高温煅烧，获得一种耐侵蚀、抗弯曲、硬质、高强度的氧化铝纤维板炉膛材料，用作高温电炉炉膛材料，使用寿命可提高6倍以上。
Description
技术领域
本发明属于无机耐火材料领域，特别涉及一种硬质耐侵蚀氧化铝纤维板炉膛材料的制备方法。
背景技术
氧化铝纤维板是一种采用95%多晶氧化铝纤维散棉为原料经湿法真空吸滤成型制成的硬质产品，具有耐高温、隔热好、比重轻（0.4~0.6g/cm3）、热容小、易加工切割等优异性能，用作高温电炉炉膛材料具有隔热保温效果好、蓄热量低等优势，电炉最高使用温度可达1600℃，与普通耐火砖制作的电炉相比，节能效果显著，升降温迅速，因此广泛用于精细氧化铝陶瓷制品（如99瓷、95瓷）的热处理烧结。
然而，在电炉实际使用中发现，当所煅烧的产品存在易挥发、低熔点氧化物组分时，氧化铝纤维板炉膛会被污染侵蚀，使用寿命大大下降。譬如，在精细氧化铝陶瓷制品的坯体以及承烧板中会不可避免地存在Na2O等低熔点成分，在高温阶段Na2O挥发至氧化铝纤维板炉膛表面并与纤维中的Al2O3作用产生低共熔物，在炉膛表面融化为玻璃液相，降温后出现表皮结痂剥落现象，同时因为氧化铝纤维板结构疏松多孔，Na2O还会侵入到纤维板内部，造成深层侵蚀，导致纤维板整体耐火度下降。特别是炉膛顶板，最容易发生表皮剥落和弯曲塌顶现象，使用寿命仅1个月左右就需彻底更换，给用户造成了极大的不便和经济损失。
若将炉膛材料替换为刚玉砖、氧化铝空心球砖等重质耐火材料，虽然可以减缓上述侵蚀现象（因其结构致密，Na2O只能侵蚀表层，难以作用到板材内部），但是这类材料密度大、热容大、隔热差、易开裂，又会带来炉膛过厚、炉体庞大、电炉耗能严重、不能快速升降温等问题，也不够理想。
因此，较合理的解决方案是针对现有的氧化铝纤维板存在的结构疏松、不耐高温侵蚀问题，对其结构进行改善，使其兼具有良好的耐高温侵蚀性能和隔热保温性能。
现有技术制备氧化铝纤维板，通常是以氧化铝纤维为主原料，少量添加或不添加氧化铝粉末作为辅料，加有机和无机结合剂后，经湿法真空吸滤成形制成。由于其结构为氧化铝纤维交织形成疏松聚集体，孔隙率大，高温挥发出的Na2O等低熔点组分容易透过纤维间隙向纤维板内部扩散侵蚀，造成纤维板整体耐火性能下降。
发明内容
本发明的目的是针对现有氧化铝纤维板的结构及制备技术缺陷，提供一种耐侵蚀、抗弯曲、硬质、高强度氧化铝纤维板炉膛材料的制备方法。
实现本发明目的的技术解决方案是：通过向氧化铝纤维中加入适量氧化铝微粉，以硅溶胶作为粘结剂，经拌和成泥、倒入模具成型、自然晾干、烘干、切割加工和高温煅烧，获得目标产品。具体操作步骤为：
步骤1、将氧化铝纤维短切，投入拌料池；
步骤2、将氧化铝纤维中掺入氧化铝微粉，搅拌使之与氧化铝纤维充分混合均匀；
步骤3、向氧化铝纤维和氧化铝微粉的混合料中逐滴加入硅溶胶水溶液作为粘结剂，并搅拌直至获得浓稠状泥料；
步骤4、将泥料静置陈化后倒入成型模具，在震动台上连续震动模具使纤维板湿坯内部气泡排出，再将湿坯上表面压平；
步骤5、将纤维板湿坯留在成型模具内，在室温下晾干；
步骤6、打开模具，取出固化定形的纤维板坯体，将其置于烘箱中烘干；
步骤7、对烘干后的纤维板进行切割加工；
步骤8、高温煅烧切割加工后的纤维板，获得硬质耐侵蚀氧化铝纤维板炉膛材料。
实现本发明的原理是：除了采用氧化铝纤维作为主料以形成纤维板的结构骨架之外，还加入较多量的氧化铝微粉填充纤维之间的孔隙，并采用硅溶胶作为粘结剂，烘干后即可获得适中的机械强度，方便切割加工，再经高温煅烧，硅溶胶转变为SiO2并与Al2O3作用生成莫来石，起到粘结氧化铝纤维与微粉颗粒以及封闭气孔的作用，从而使氧化铝纤维板具备硬质、耐侵蚀的性能。本发明将氧化铝纤维和氧化铝微粉加硅溶胶拌合成泥料，再倒入模具成型为纤维板湿坯，可以避免采用传统湿法真空吸滤成型出现的氧化铝微粉沉积堵塞滤孔的现象。本发明将纤维板湿坯留在成型模具内自然晾干，固化定型后再进行烘干，可以防止湿坯直接从模具中取出发生变形。本发明在烘干纤维板之后、高温煅烧之前进行切割和打孔，是因为此时纤维板强度适中，便于加工，而经高温煅烧之后，强度和硬度大大提高，加工相对困难。
本发明与现有技术相比，其显著优点：1）本发明制备的氧化铝纤维板结构致密、硬度高、强度大、高温下耐Na2O等易挥发低熔点污染物侵蚀的性能优异，作为1600℃电炉炉膛顶板使用时，不易发生表皮剥落和弯曲塌顶现象，寿命至少可延长6倍，通常半年以上才需更换一次。2）本发明制备的氧化铝纤维板密度适中，通常在0.9g/cm3 ~1.5g/cm3范围之间，虽然保温隔热性能与现有低密度氧化铝纤维板相比略有下降，但仍远远优于刚玉砖、氧化铝空心球砖等普通重质耐火材料，并且其主晶相仍为氧化铝和莫来石，耐高温性能优异，可以作为现有低密度氧化铝纤维板和普通重质耐火材料之间的中间产品，并弥补了两者各自的不足，在高温电炉行业应用前景广阔。3）本发明方法简单、便于操作。4）本发明可以提高氧化铝纤维板的结构致密性、硬度和强度，降低其孔隙率，使Na2O的侵蚀只发生在纤维板表层，避免向内扩散，从而可以显著增加其作为高温电炉炉膛使用的寿命。
附图说明
图1是本发明的硬质耐侵蚀氧化铝纤维板炉膛材料。
具体实施方式
本发明的一种硬质耐侵蚀氧化铝纤维板炉膛材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将氧化铝纤维短切为2mm~5mm的长度，投入拌料池；所述氧化铝纤维（市售）是指Al2O3含量为95wt%的多晶纤维；
步骤2、将氧化铝纤维中掺入氧化铝微粉，搅拌使之与氧化铝纤维充分混合均匀；所述氧化铝微粉（市售）是指主晶形为α-氧化铝、粒径1μm~10μm、纯度大于99%的氧化铝微粉，所述的氧化铝纤维与氧化铝微粉的质量比为1：（0.5~1.5）；
步骤3、向氧化铝纤维和氧化铝微粉的混合料中逐滴加入硅溶胶水溶液作为粘结剂，边加边不断拌合，直至获得浓稠状泥料，所述的硅溶胶水溶液的浓度为5wt%；
步骤4、将泥料静置陈化一定时间，然后倒入纤维板成型模具，在震动台上连续震动模具，以使纤维板湿坯内部气泡排出，然后将湿坯上表面压平，将泥料静置陈化的时间为2h~6h，在震动台上连续震动模具的时间为10min~30min；
步骤5、将纤维板湿坯留在成型模具内，在室温下自然晾干；
步骤6、打开模具，取出固化定形的纤维板坯体，将其置于烘箱中烘干至纤维板完全干燥并具有适中的机械强度，烘干温度为100℃~120℃，烘干时间为6h～10h；
步骤7、根据电炉炉膛尺寸要求，对纤维板进行切割加工，获得形状、尺寸符合要求的纤维板炉膛材料，对于炉膛顶板，需预先钻孔，以方便发热体穿过；
步骤8、将切割加工后纤维板炉膛材料置于电炉进行高温煅烧，之后自然降温，获得硬质耐侵蚀氧化铝纤维板炉膛材料，所述的煅烧温度为1500℃~1600℃，煅烧时间为2h~4h。
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述：
实施例1：
将氧化铝纤维短切为2mm~5mm的长度，称取10kg投入拌料池；按照质量比为氧化铝纤维：氧化铝微粉=1：1的比例，掺入10kg氧化铝微粉，搅拌使之与氧化铝纤维充分混合均匀；向氧化铝纤维和氧化铝微粉的混合料中逐滴加入浓度为5wt%的硅溶胶水溶液作为粘结剂，边加边不断拌合，直至获得浓稠状泥料；将泥料静置陈化4h，然后倒入纤维板成型模具，在震动台上连续震动模具20min，以使纤维板湿坯内部气泡排出，然后将湿坯上表面压平；将纤维板湿坯留在成型模具内，在室温下自然晾干后打开模具，取出固化定形的纤维板坯体，将其置于110℃烘箱中烘8h，至纤维板完全干燥并具有适中的机械强度；根据电炉炉膛尺寸要求，对纤维板进行切割加工，获得形状、尺寸符合要求的纤维板炉膛材料，对于炉膛顶板，需预先钻孔，以方便发热体穿过；将切割加工后纤维板炉膛材料置于电炉进行高温煅烧，煅烧温度为1550℃，煅烧时间为3h，自然降温，获得本发明的硬质耐侵蚀氧化铝纤维板炉膛材料，如图1 所示。
实施例2：
将氧化铝纤维短切为2mm~5mm的长度，称取10kg投入拌料池；按照质量比为氧化铝纤维：氧化铝微粉=1：0.5的比例，掺入5kg氧化铝微粉，搅拌使之与氧化铝纤维充分混合均匀；向氧化铝纤维和氧化铝微粉的混合料中逐滴加入浓度为5wt%的硅溶胶水溶液作为粘结剂，边加边不断拌合，直至获得浓稠状泥料；将泥料静置陈化2h，然后倒入纤维板成型模具，在震动台上连续震动模具10min，以使纤维板湿坯内部气泡排出，然后将湿坯上表面压平；将纤维板湿坯留在成型模具内，在室温下自然晾干后打开模具，取出固化定形的纤维板坯体，将其置于120℃烘箱中烘6h，至纤维板完全干燥并具有适中的机械强度；根据电炉炉膛尺寸要求，对纤维板进行切割加工，获得形状、尺寸符合要求的纤维板炉膛材料，对于炉膛顶板，需预先钻孔，以方便发热体穿过；将切割加工后纤维板炉膛材料置于电炉进行高温煅烧，煅烧温度为1500℃，煅烧时间为4h，自然降温，获得本发明的硬质耐侵蚀氧化铝纤维板炉膛材料。
实施例3：
将氧化铝纤维短切为2mm~5mm的长度，称取10kg投入拌料池；按照质量比为氧化铝纤维：氧化铝微粉=1：1.5的比例，掺入15kg氧化铝微粉，搅拌使之与氧化铝纤维充分混合均匀；向氧化铝纤维和氧化铝微粉的混合料中逐滴加入浓度为5wt%的硅溶胶水溶液作为粘结剂，边加边不断拌合，直至获得浓稠状泥料；将泥料静置陈化6h，然后倒入纤维板成型模具，在震动台上连续震动模具30min，以使纤维板湿坯内部气泡排出，然后将湿坯上表面压平；将纤维板湿坯留在成型模具内，在室温下自然晾干，15天后打开模具，取出固化定形的纤维板坯体，将其置于100℃烘箱中烘10h，至纤维板完全干燥并具有适中的机械强度；根据电炉炉膛尺寸要求，对纤维板进行切割加工，获得形状、尺寸符合要求的纤维板炉膛材料，对于炉膛顶板，需预先钻孔，以方便发热体穿过；将切割加工后纤维板炉膛材料置于电炉进行高温煅烧，煅烧温度为1600℃，煅烧时间为2h，自然降温，获得本发明的硬质耐侵蚀氧化铝纤维板炉膛材料。
Claims (3)
1.一种硬质耐侵蚀氧化铝纤维板炉膛材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、将氧化铝纤维短切，投入拌料池，所述的氧化铝纤维为Al2O3含量为95wt%的多晶纤维；
步骤2、将氧化铝纤维中掺入氧化铝微粉，搅拌使之与氧化铝纤维充分混合均匀，所述的氧化铝微粉主晶形为α-氧化铝，所述的氧化铝纤维与氧化铝微粉的质量比为1：（0.5~1.5）；
步骤3、向氧化铝纤维和氧化铝微粉的混合料中逐滴加入浓度为5wt%的硅溶胶水溶液作为粘结剂，并搅拌直至获得浓稠状泥料；
步骤4、将泥料静置陈化2h~6h后倒入成型模具，在震动台上连续震动模具10min~30min使纤维板湿坯内部气泡排出，再将湿坯上表面压平；
步骤5、将纤维板湿坯留在成型模具内，在室温下晾干；
步骤6、打开模具，取出固化定形的纤维板坯体，将其置于烘箱中烘干，烘干温度为100℃~120℃，烘干时间为6h～10h；
步骤7、对烘干后的纤维板进行切割加工；
步骤8、高温1500℃~1600℃煅烧2h~4h后切割加工后的纤维板，获得硬质耐侵蚀氧化铝纤维板炉膛材料。
2.根据权利要求1所述的硬质耐侵蚀氧化铝纤维板炉膛材料的制备方法，其特征在于：步骤1中所述的氧化铝纤维短切长度为2mm~5mm。
3.根据权利要求1所述的硬质耐侵蚀氧化铝纤维板炉膛材料的制备方法，其特征在于：步骤2中所述的氧化铝微粉粒径为1μm~10μm，纯度大于99%。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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