CN102765950B

CN102765950B - 一种堇青石轻质耐火砖及其制备方法

Info

Publication number: CN102765950B
Application number: CN201210272287.4A
Authority: CN
Inventors: 鄢文; 李楠; 陈俊峰; 李媛媛; 刘光平; 梁峰; 苗正
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2012-08-02
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2032-08-02
Also published as: CN102765950A

Abstract

本发明涉及一种堇青石轻质耐火砖及其制备方法。其技术方案是：以40～85wt%的多孔堇青石陶瓷颗粒、3～12wt%的菱镁矿细粉、6～24wt%的Al(OH)₃细粉和6～24wt%的硅石细粉为原料，外加所述原料3～10wt％的结合剂，搅拌均匀，机压成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥8～36小时，然后在1300～1410℃条件保温2～10小时，即得堇青石轻质耐火砖。本发明所具骨料与基质的显气孔率和气孔尺寸可控、有环境友好和烧后体积变化小等的特点，所制备产品既具有显气孔率高、平均孔径小、强度高、热导率低、热震稳定性好、抗介质侵蚀能力强的优点，适用于工作温度低于1380℃的高温窑炉或容器的永久层或工作层。

Description

一种堇青石轻质耐火砖及其制备方法

技术领域

本发明属于轻质耐火砖技术领域。具体涉及一种堇青石轻质耐火砖及其制备方法。

背景技术

随着对节能和减排的要求日益提高，环保和高效的轻质保温材料的研制已越来越受到关注。堇青石是一种硅酸盐矿物，其理论组成为2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂，具有很小的热膨胀系数、优异的抗热震性、低导热率和较好的化学稳定性。目前关于堇青石轻质材料的研制包括两个方面：

（一）大部分集中于多孔堇青石陶瓷材料。如利用粉煤灰和煤矸石为原料制备堇青石质多孔材料（王琦等。用粉煤灰和菱镁矿低温制备堇青石质多孔材料。硅酸盐学报，2012,40（5）：745-751），利用煤矸石和废弃耐火材料以及木屑造孔剂为原料制备多孔堇青石陶瓷（用煤矸石与废弃耐火材料合成多孔堇青石陶瓷材料的方法（CN200910082675.4）），利用原位分解法制备多孔堇青石陶瓷等（一种多孔堇青石陶瓷材料及其制备方法（CN201110038289.2））等。这些多孔堇青石陶瓷材料的孔隙与基质分布虽均匀，且具有较好的保温性能，但其抗热震稳定性和抗介质侵蚀能力较差，难以用于直接向火的工作面；

（二）关于堇青石轻质耐火砖的研制。关于利用堇青石熟料为原料、采用泡沫法制备堇青石轻质耐火材料（张儒岭等。堇青石轻质熟料耐火材料。中国陶瓷，1980,2：27-35）的技术表明，该方法的工艺条件难以控制，难以准确控制轻质耐火材料中气孔的总体积及气孔孔径；关于堇青石轻质骨料砖（辛国志。堇青石轻质骨料砖在隧道窑窑车上的应用。江苏陶瓷，1995,70（3）：21-22）的技术表明，尽管该堇青石轻质骨料砖具有较好的保温效果，但一方面未公开关于堇青石轻质骨料砖制备的任何技术特征，更重要的是另一方面，该砖使用温度较低（1300℃）、成本高、抗介质侵蚀能力差（表面落灰结块）、强度较低。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种骨料与基质的显气孔率和气孔尺寸可控、环境友好和烧后体积变化小的堇青石轻质耐火砖的制备方法，用该方法制备的堇青石轻质耐火砖显气孔率高、平均孔径小、强度高、热导率低、热震稳定性好和抗介质侵蚀能力强。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：以40～85wt%的多孔堇青石陶瓷颗粒、3～12wt%的菱镁矿细粉、6～24wt%的Al(OH)₃细粉和6～24wt%的硅石细粉为原料，外加所述原料3~10wt％的结合剂，搅拌均匀，机压成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥8~36小时，然后在1300~1410℃条件保温2~10小时，即得堇青石轻质耐火砖。

多孔堇青石陶瓷颗粒的制备方法是：将8~12wt%的煤矸石粉、33~37wt%的Al(OH)₃粉、8~12wt%的滑石粉、13~17wt%的菱镁矿粉和28~32wt%的硅石粉混合，外加上述混合料3~12wt%的水搅拌均匀，压制成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥8~36小时，然后在1300~1400℃条件下保温1~6小时烧成，即得多孔堇青石陶瓷。最后将多孔堇青石陶瓷破碎至小于8mm的颗粒，制得多孔堇青石陶瓷颗粒。

在上述技术方案中：所述菱镁矿细粉的粒径小于88μm；Al(OH)₃细粉的粒径小于88μm；硅石细粉的粒径小于88μm；结合剂为亚硫酸纸浆废液和硅溶胶中的一种或两种；其中的硅溶胶浓度为20~40wt%；成型的压力为50~150MPa。

由于采用上述技术方案，本发明制备的堇青石轻质耐火砖以MgO、Al₂O₃和SiO₂为主要化学成分，以堇青石为主晶相的堇青石轻质耐火砖。所制备的堇青石轻质耐火砖的显气孔率为30~55%、平均孔径为10~30μm，体积密度为1.28~1.65 g/cm³、常温耐压强度为20~100MPa。

本发明采用申请人申请的“一种多孔堇青石陶瓷材料及其制备方法（CN201110038289.2）”专利技术制得多孔堇青石陶瓷颗粒，以所制得的多孔堇青石陶瓷颗粒为骨料，以菱镁矿、Al(OH)₃和硅石细粉为基质，利用菱镁矿和Al(OH)₃自分解在基质中形成多孔结构，菱镁矿和Al(OH)₃分解产生的MgO和Al₂O₃与硅石原位形成高纯多孔堇青石，制备以高纯多孔堇青石结合多孔堇青石陶瓷骨料的堇青石轻质耐火砖。通过该方法使所制备的堇青石轻质耐火砖既有高的强度和保温性能，又有很好的热震稳定性和抗介质侵蚀能力。

因此，本发明具有骨料与基质的显气孔率和气孔尺寸可控、环境友好和烧后体积变化小的特点，所制备的堇青石轻质耐火砖具有显气孔率高、平均孔径小、强度高、热导率低、热震稳定性好和抗介质侵蚀能力强的优点。该轻质耐火砖适用于工作温度低于1380℃的高温窑炉或容器的永久层和工作层。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对保护范围的限制：

为避免重复，先将本具体实施方式中的多孔堇青石陶瓷颗粒的制备方法描述如下，实施例中不再赘述：

实施例1

一种堇青石轻质耐火砖及其制备方法。先以50～76wt%的多孔堇青石陶瓷颗粒、6~10wt%的菱镁矿细粉、12~20wt%的Al(OH)₃细粉和12~20wt%的硅石细粉为原料，外加所述原料3~8wt％的亚硫酸纸浆废液，搅拌均匀，在50~100MPa压力下机压成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥8~16小时，然后在1340~1380℃条件保温3~6小时，即得堇青石轻质耐火砖。

本实施例中：菱镁矿细粉的粒径小于50μm；Al(OH)₃细粉的粒径小于50μm；硅石细粉的粒径小于25μm；多孔堇青石陶瓷颗粒的显气孔率为35~40%，平均孔径为10~20μm；多孔堇青石陶瓷颗粒的颗粒级配比是：8~5mm占原料6~12wt%；5~3mm占原料18~24wt%；3~1mm占原料18~24wt%；小于1mm占原料8~16wt%。

本实施例制备的堇青石轻质耐火砖：显气孔率为30~38%；平均孔径为10~20μm；体积密度为1.56~1.65g/cm³；常温耐压强度为60~80MPa。

实施例2

一种堇青石轻质耐火砖及其制备方法。先以50～76wt%的多孔堇青石陶瓷颗粒、6~10wt%的菱镁矿细粉、12~20wt%的Al(OH)₃细粉和12~20wt%的硅石细粉为原料，外加所述原料5~10wt％的硅溶胶，搅拌均匀，在80~120MPa压力下机压成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥12~20小时，然后在1370~1410℃条件保温4~8小时，即得堇青石轻质耐火砖。

本实施例中：菱镁矿细粉的粒径小于74μm；Al(OH)₃细粉的粒径小于88μm；硅石细粉的粒径小于44μm；硅溶胶浓度为25~30wt%；多孔堇青石陶瓷颗粒的显气孔率为38~46%，平均孔径为20~30μm；多孔堇青石陶瓷颗粒的颗粒级配比是：8~5mm占原料6~12wt%；5~3mm占原料18~24wt%；3~1mm占原料18~24wt%；小于1mm占原料8~16wt%。

本实施例制备的堇青石轻质耐火砖：显气孔率为38~46%；平均孔径为20~30μm；体积密度为1.40~1.56g/cm³；常温耐压强度为40~60MPa。

实施例3

一种堇青石轻质耐火砖及其制备方法。先以40～60wt%的多孔堇青石陶瓷颗粒、8~12wt%的菱镁矿细粉、16~24wt%的Al(OH)₃细粉和16~24wt%的硅石细粉为原料，外加所述原料3~5wt％的硅溶胶和3~5wt％的亚硫酸纸浆废液，搅拌均匀，在50~80MPa压力下机压成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥24~36小时，然后在1320~1380℃条件保温5~10小时，即得堇青石轻质耐火砖。

本实施例中：菱镁矿细粉的粒径小于88μm；Al(OH)₃细粉的粒径小于88μm；硅石细粉的粒径小于88μm；硅溶胶浓度为20~25wt%；多孔堇青石陶瓷颗粒的显气孔率为45~55%，平均孔径为15~25μm；多孔堇青石陶瓷颗粒的颗粒级配比是： 5~3mm占原料15~22wt%；3~1mm占原料15~22wt%；小于1mm占原料10~16wt%。

本实施例制备的堇青石轻质耐火砖：显气孔率为46~54%；平均孔径为15~25μm；体积密度为1.29~1.40g/cm³；常温耐压强度为25~55MPa。

实施例4

一种堇青石轻质耐火砖及其制备方法。先以65～85wt%的多孔堇青石陶瓷颗粒、3~7wt%的菱镁矿细粉、6~14wt%的Al(OH)₃细粉和6~14wt%的硅石细粉为原料，外加所述原料5~10wt％的亚硫酸纸浆废液，搅拌均匀，在80~120MPa压力下机压成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥12~20小时，然后在1300~1350℃条件保温4~8小时，即得堇青石轻质耐火砖。

本实施例中：菱镁矿细粉的粒径小于44μm；Al(OH)₃细粉的粒径小于74μm；硅石细粉的粒径小于44μm；多孔堇青石陶瓷颗粒的显气孔率为35~42%，平均孔径为10~20μm；多孔堇青石陶瓷颗粒的颗粒级配比是：5~3mm占原料20~30wt%；3~1mm占原料25~30wt%；小于1mm占原料20~25wt%。

本实施例制备的堇青石轻质耐火砖：显气孔率为34~44%；平均孔径为10~20μm；体积密度为1.40~1.60g/cm³；常温耐压强度为50~70MPa。

实施例5

一种堇青石轻质耐火砖及其制备方法。先以65～85wt%的多孔堇青石陶瓷颗粒、3~7wt%的菱镁矿细粉、6~14wt%的Al(OH)₃细粉和6~14wt%的硅石细粉为原料，外加所述原料6~10wt％的硅溶胶，搅拌均匀，在50~80MPa压力下机压成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥16~24小时，然后在1300~1350℃条件保温2~6小时，即得堇青石轻质耐火砖。

本实施例中：菱镁矿细粉的粒径小于88μm；Al(OH)₃细粉的粒径小于88μm；硅石细粉的粒径小于74μm；硅溶胶浓度为30~35wt%；多孔堇青石陶瓷颗粒的显气孔率为48~55%，平均孔径为20~30μm；多孔堇青石陶瓷颗粒的颗粒级配比是：3~1mm占原料45~60wt%，小于1mm占原料20~25wt%。

本实施例制备的堇青石轻质耐火砖：显气孔率为46~55%；平均孔径为20~30μm；体积密度为1.28~1.34g/cm³；常温耐压强度为20~40MPa。

实施例6

一种堇青石轻质耐火砖及其制备方法。先以50～76wt%的多孔堇青石陶瓷颗粒、6~10wt%的菱镁矿细粉、12~20wt%的Al(OH)₃细粉和12~20wt%的硅石细粉为原料，外加所述原料3~8wt％的硅溶胶，搅拌均匀，在100~150MPa压力下机压成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥8~16小时，然后在1360~1410℃条件保温6~10小时，即得堇青石轻质耐火砖。

本实施例中：菱镁矿细粉的粒径小于74μm；Al(OH)₃细粉的粒径小于44μm；硅石细粉的粒径小于60μm；硅溶胶浓度为35~40wt%；多孔堇青石陶瓷颗粒的显气孔率为35~40%，平均孔径为10~20μm；多孔堇青石陶瓷颗粒的颗粒级配比是：8~5mm占原料6~12wt%；5~3mm占原料18~24wt%；3~1mm占原料18~24wt%；小于1mm占为原料8~16wt%。

本实施例制备的堇青石轻质耐火砖：显气孔率为30~35%；平均孔径为10~20μm；体积密度为1.60~1.65g/cm³；常温耐压强度为70~100MPa。

本具体实施方式采用申请人申请的“一种多孔堇青石陶瓷材料及其制备方法（CN201110038289.2）”专利技术制得多孔堇青石陶瓷颗粒，以所制得的多孔堇青石陶瓷颗粒为骨料，以菱镁矿、Al(OH)₃和硅石细粉为基质，利用菱镁矿和Al(OH)₃自分解在基质中形成多孔结构，菱镁矿和Al(OH)₃分解产生的MgO和Al₂O₃与硅石原位形成高纯多孔堇青石，制备以高纯多孔堇青石结合多孔堇青石陶瓷骨料的堇青石轻质耐火砖。通过该方法使所制备的材料既有高的强度和保温性能，也有很好的热震稳定性和抗介质侵蚀能力。

本具体实施方式所制备的堇青石轻质耐火砖的主要化学成分为MgO、Al₂O₃和SiO₂，主晶相为堇青石，显气孔率为30~55%，平均孔径为10~30μm，体积密度为1.28~1.65 g/cm³，常温耐压强度为20~100MPa。

因此，本具体实施方式具有骨料与基质的显气孔率和气孔尺寸可控、环境友好和烧后体积变化小等的特点，所制备的堇青石轻质耐火砖具有显气孔率高、平均孔径小、强度高、热导率低、热震稳定性好、抗介质侵蚀能力强的优点。该轻质耐火砖适用于工作温度低于1380℃的高温窑炉或容器的永久层和工作层。

Claims

1.一种堇青石轻质耐火砖的制备方法，其特征在于以40～85wt%的多孔堇青石陶瓷颗粒、3～12wt%的菱镁矿细粉、6～24wt%的Al(OH)₃细粉和6～24wt%的硅石细粉为原料，外加所述原料3~10wt％的结合剂，搅拌均匀，机压成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥8~36小时，然后在1300~1410℃条件保温2~10小时，即得堇青石轻质耐火砖；

多孔堇青石陶瓷颗粒的制备方法是：将8~12wt%的煤矸石粉、33~37wt%的Al(OH)₃粉、8~12wt%的滑石粉、13~17wt%的菱镁矿粉和28~32wt%的硅石粉混合，外加上述混合料3~12wt%的水搅拌均匀，压制成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥8~36小时，然后在1300~1400℃条件下保温1~6小时烧成，即得多孔堇青石陶瓷；

最后将多孔堇青石陶瓷破碎至小于8mm的颗粒，制得多孔堇青石陶瓷颗粒。

2.根据权利要求1所述的堇青石轻质耐火砖的制备方法，其特征在于所述菱镁矿细粉的粒径小于88μm。

3.根据权利要求1所述的堇青石轻质耐火砖的制备方法，其特征在于所述Al(OH)₃细粉的粒径小于88μm。

4.根据权利要求1所述的堇青石轻质耐火砖的制备方法，其特征在于所述硅石细粉的粒径小于88μm。

5.根据权利要求1所述的堇青石轻质耐火砖的制备方法，其特征在于所述结合剂为亚硫酸纸浆废液和硅溶胶中的一种或两种；其中的硅溶胶浓度为20~40wt%。

6.根据权利要求1所述的堇青石轻质耐火砖的制备方法，其特征在于所述机压成型的压力为50~150MPa。

7.根据权利要求1~6项中任一项所述的堇青石轻质耐火砖的制备方法所制备的堇青石轻质耐火砖。