CN102557689A - 一种轻质钙长石微孔耐火骨料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种轻质钙长石微孔耐火骨料，由高岭土、铝矾土、硅石粉、石灰石和氢氧化钙混合球磨后加入糊精，经烧结、破碎后制得。本发明制得的耐火骨料中主要物相为钙长石，钙长石相的存在使得骨料具有在还原气氛环境中使用时高度稳定的特性；起始物料纯度高，带入的杂质成分少，从而使最终得到的产物中钙长石相的含量高，在高温下使用时收缩变形小，高温体积稳定性好，有利于保持工业窑炉墙衬的整体结构；利用共磨配制物料，使物料间相互分散均匀，且粒度更小；骨料内部气孔孔径小，处于微米尺度，且气孔多呈封闭的球形结构，使微孔骨料的导热系数低，并有较高的强度。

Description

一种轻质钙长石微孔耐火骨料及其制备方法

技术领域

    本发明涉及耐火材料领域中使用的轻质微孔耐火骨料，具体的说是一种轻质钙长石微孔耐火骨料及其制备方法。

背景技术

耐火材料由于对高温介质良好的抗侵蚀性，以及具有保温隔热的性能，在冶金、石化、玻璃等高温行业被广泛使用。随着我国对节能降耗的重视程度不断提高，具有良好保温隔热效果的轻质耐火材料得到了更多的研究与发展。不定形耐火材料由于具有施工便利、生产成本低，以及衬体的整体结构性好等优势，而受到了特别的关注，其中尤以耐火浇注料应用得最为广泛。

通常使用的耐火浇注料主要为Al₂O₃-SiO₂质材料，但这类耐火材料在石化等行业使用时，由于所处还原气氛环境的影响，会导致耐火材料的损毁加剧，从而使得材料的使用寿命降低。另外，由于传统的耐火骨料中气孔尺寸较大，孔径多处于毫米级，这样当该材料在高温环境中使用时，由于通过气孔内气体辐射传热与对流传热的加剧，会使耐火材料的导热系数升高，进而降低了耐火材料的隔热保温效果，增大了热能的流失，导致能源成本的上升。

发明内容

为了开发新型的适用于耐火浇注料的高性能耐火骨料，使其能够在高温还原气氛中稳定使用，且材料内部的气孔孔径要尽可能小，以利于提高材料使用寿命并降低能源的消耗，本发明提供了一种轻质钙长石微孔耐火骨料及其制备方法。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为：一种轻质钙长石微孔耐火骨料，由起始物料和占起始物料总重量3~6%的结合剂组成；

所述的起始物料的组成为：高岭土、铝矾土、硅石粉、石灰石和氢氧化钙，各组分占起始物料总重的百分比为：高岭土20%~40%、铝矾土15~30%、硅石粉15%~25%、石灰石0%~30%、氢氧化钙0%~25%；

所述的结合剂为糊精。

其制备方法具体为：

一）取高岭土、铝矾土、硅石粉、石灰石和氢氧化钙，并将其分别粉碎至粒度小于0.074mm，得到高岭土细粉、铝矾土细粉、硅石粉细粉、石灰石细粉和氢氧化钙细粉，备用；

二）分别称取步骤一中得到的高岭土细粉、铝矾土细粉、硅石粉细粉、石灰石细粉和氢氧化钙细粉，混合均匀后放入带有刚玉球的球磨机中进行球磨，最终得到物料粒度小于20μm的混合料，备用；

所称取的各物质细粉占混合料的重量百分比为：高岭土细粉20%~40%、铝矾土细粉15~30%、硅石粉细粉15%~25%、石灰石细粉0%~30%、氢氧化钙细粉0%~25%；

三）向步骤二中球磨好的混合料中加入占混合料总重量3%~6%的糊精，在压力机上以50~60MPa的压力压制成尺寸为230mm×114mm×65mm的坯体，备用；

四）将步骤三中的坯体自然干燥24小时，然后置于干燥窑内，在100℃~200℃的温度条件下干燥24~48小时，备用；

五）将步骤四中干燥后的坯体于高温窑内在1100～1300℃下煅烧24～36小时后得到块状材料，再将煅烧后的块状材料破碎并分级即制得轻质钙长石微孔耐火骨料。

本发明中所述的高岭土中Al₂O₃与SiO₂合量大于95%，铝矾土中Al₂O₃与SiO₂合量大于85%，石灰石中CaCO₃含量大于95%，氢氧化钙中Ca(OH)₂的含量大于97%。

本发明的原理在于利用高岭土与铝矾土在一定的温度下发生分解反应，得到所需的Al₂O₃及SiO₂等组分；石灰石与氢氧化钙在800℃左右的温度下也会发生分解而得到CaO组分，这些组分在较高的温度下煅烧，就会形成一种化学性质稳定、性能优异的钙长石。此外，在所采用的起始物料中，经高岭土分解而得到的Al₂O₃及SiO₂具有较高的反应活性，利于钙长石相的生成；所加入的石灰石和氢氧化钙分解而放出气体可在材料内部形成气孔，提高了材料的气孔率，且形成的气孔孔径微小，绝大部分处于微米尺度，从而降低了钙长石耐火骨料的导热系数，不但有利于抵抗气氛介质对材料的侵蚀，更能提升这种材料的保温隔热性能，有利于热能损耗的降低。虽然钙长石分解温度较低，但具有优良的化学稳定性，在还原气氛中可稳定使用，尤其是用在石化行业等对温度要求不太高的领域。用这种微孔钙长石制做的耐火浇注料若用于工作衬背衬或气氛介质环境中更能凸显其性能稳定的优势。

经检测，本发明最终制得的轻质钙长石微孔耐火骨料的体积密度介于1.25～1.35g/cm³之间，气孔率为45～60%，骨料中钙长石相的含量高于90%，骨料内部的气孔孔径主要集中于5~20μm之间，集中分布在15μm左右，通过SEM分析也表明，所制得的骨料内部颗粒与气孔的分布非常均匀。

有益效果：本发明制得的轻质钙长石微孔耐火骨料的主要物相为钙长石，钙长石相的存在使得骨料具有在还原气氛环境中使用时高度稳定的特性；起始物料纯度高，带入的杂质成分少，从而使最终得到的产物中钙长石相的含量高，在高温下使用时收缩变形小，高温体积稳定性好，有利于保持工业窑炉墙衬的整体结构；利用共磨配制物料，使物料间相互分散均匀，且粒度更小；骨料内部气孔孔径小，处于微米尺度，且气孔多呈封闭的球形结构，使微孔骨料的导热系数低，并有较高的强度。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1

一种轻质钙长石微孔耐火骨料，其制备步骤如下：

一）分别取高岭土、铝矾土、硅石粉、石灰石和氢氧化钙，并将其粉碎至粒度小于0.074mm，分别制得高岭土细粉、铝矾土细粉、硅石粉细粉、石灰石细粉和氢氧化钙细粉，备用；

二）分别称取步骤一制得的高岭土细粉20kg、铝矾土细粉30kg、硅石粉细粉20kg和石灰石细粉30kg，混合后放入带有刚玉球的球磨机中，进行研磨，最终得到物料粒度小于20μm的混合料，备用；

三）将步骤二中共磨好的混合料中加入3kg的糊精，在压力机上以50~60MPa的压力压制成尺寸为230mm×114mm×65mm的坯体，备用；

四）将步骤三中的坯体自然干燥24小时，然后在干燥窑内在100℃~200℃的温度条件下干燥24~48小时，备用；

五）将步骤四中干燥后的坯体于高温窑内在1100～1300℃下煅烧，升温速率为5~10℃/min，煅烧24～36小时后得到块状材料，再将煅烧后的块状材料破碎并分级即制得轻质钙长石微孔耐火骨料。

实施例2

一种轻质钙长石微孔耐火骨料，其制备步骤如下：

一）分别取高岭土、铝矾土、硅石粉、石灰石和氢氧化钙，并将其粉碎至粒度小于0.074mm，分别制得高岭土细粉、铝矾土细粉、硅石粉细粉、石灰石细粉和氢氧化钙细粉，备用；

二）分别称取步骤一制得的高岭土细粉30kg、铝矾土细粉22kg、硅石粉细粉21kg和石灰石细粉27kg，混合后放入带有刚玉球的球磨机中进行球磨，最终得到物料粒度小于20μm的混合料，备用；

三）将步骤二中共磨好的混合料中加入6kg的糊精，在压力机上以50~60MPa的压力压制成尺寸为230mm×114mm×65mm的坯体，备用；

四）将步骤三中的坯体自然干燥24小时，然后在干燥窑内在100℃~200℃的温度条件下干燥24~48小时，备用；

五）将步骤四中干燥后的坯体于高温窑内在1100～1300℃下煅烧，升温速率为5~10℃/min，煅烧24～36小时后得到块状材料，再将煅烧后的块状材料破碎并分级即制得轻质钙长石微孔耐火骨料。

实施例3

一种轻质钙长石微孔耐火骨料，其制备步骤如下：

一）分别取高岭土、铝矾土、硅石粉、石灰石和氢氧化钙，并将其粉碎至粒度小于0.074mm，分别制得高岭土细粉、铝矾土细粉、硅石粉细粉、石灰石细粉和氢氧化钙细粉，备用；

二）分别称取步骤一制得的高岭土细粉38kg、铝矾土细粉22kg、硅石粉细粉15kg氢氧化钙细粉25kg，混合后放入带有刚玉球的球磨机中进行球磨，最终得到物料粒度小于20μm的混合料，备用；

三）将步骤二中共磨好的混合料中加入4kg的糊精，在压力机上以50~60MPa的压力压制成尺寸为230mm×114mm×65mm的坯体，备用；

四）将步骤三中的坯体自然干燥24小时，然后在干燥窑内在100℃~200℃的温度条件下干燥24~48小时，备用；

五）将步骤四中干燥后的坯体于高温窑内在1100～1300℃下煅烧，升温速率为5~10℃/min，煅烧24～36小时后得到块状材料，再将煅烧后的块状材料破碎并分级即制得轻质钙长石微孔耐火骨料。

实施例4

一种轻质钙长石微孔耐火骨料，其制备步骤如下：

一）分别取高岭土、铝矾土、硅石粉、石灰石和氢氧化钙，并将其粉碎至粒度小于0.074mm，分别制得高岭土细粉、铝矾土细粉、硅石粉细粉、石灰石细粉和氢氧化钙细粉，备用；

二）分别称取步骤一制得的高岭土细粉40kg、铝矾土细粉15kg、硅石粉细粉25kg、石灰石细粉10kg和氢氧化钙细粉10kg，混合后放入带有刚玉球的球磨机中进行球磨，最终得到物料粒度小于20μm的混合料，备用；

三）将步骤二中共磨好的混合料中加入5kg的糊精，在压力机上以50~60MPa的压力压制成尺寸为230mm×114mm×65mm的坯体，备用；

四）将步骤三中的坯体自然干燥24小时，然后在干燥窑内在100℃~200℃的温度条件下干燥24~48小时，备用；

五）将步骤四中干燥后的坯体于高温窑内在1100～1300℃下煅烧，升温速率为5~10℃/min，煅烧24～36小时后得到块状材料，再将煅烧后的块状材料破碎并分级即制得轻质钙长石微孔耐火骨料。

Claims (2)

1.一种轻质钙长石微孔耐火骨料，其特征是：由起始物料和占起始物料总重量3~6%的结合剂组成；

所述的起始物料的组成为：高岭土、铝矾土、硅石粉、石灰石和氢氧化钙，各组分占起始物料总重的百分比为：高岭土20%~40%、铝矾土15~30%、硅石粉15%~25%、石灰石0%~30%、氢氧化钙0%~25%；

所述的结合剂为糊精。

2.一种轻质钙长石微孔耐火骨料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

一）取高岭土、铝矾土、硅石粉、石灰石和氢氧化钙，并将其分别粉碎至粒度小于0.074mm，得到高岭土细粉、铝矾土细粉、硅石粉细粉、石灰石细粉和氢氧化钙细粉，备用；

二）分别称取步骤一中得到的高岭土细粉、铝矾土细粉、硅石粉细粉、石灰石细粉和氢氧化钙细粉，混合均匀后放入带有刚玉球的球磨机中进行球磨，最终得到物料粒度小于20μm的混合料，备用；

所称取的各物质细粉占混合料的重量百分比为：高岭土细粉20%~40%、铝矾土细粉15~30%、硅石粉细粉15%~25%、石灰石细粉0%~30%、氢氧化钙细粉0%~25%；

三）向步骤二中球磨好的混合料中加入占混合料总重量3%~6%的糊精，在压力机上以50~60MPa的压力压制成尺寸为230mm×114mm×65mm的坯体，备用；

四）将步骤三中的坯体自然干燥24小时，然后置于干燥窑内，在100℃~200℃的温度条件下干燥24~48小时，备用；

五）将步骤四中干燥后的坯体于高温窑内在1100～1300℃下煅烧24～36小时后得到块状材料，再将煅烧后的块状材料破碎并分级即制得轻质钙长石微孔耐火骨料。