CN103496993B - 一种高强六铝酸钙轻质隔热材料及其制备方法 - Google Patents

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本发明涉及一种高强六铝酸钙轻质隔热材料及其制备方法。其技术方案是：以70~85wt%的Al2O3细粉、2~8wt%的ρ-Al2O3微粉和13~22wt%的纳米CaCO3为原料，外加所述原料0.05~0.30wt%的减水剂和20~80wt%的水，混合30~150min，得到预混料；再向预混料中加入泡沫，预混料中的泡沫加入量为每kg原料0.1~2.0L，混合3~8分钟，浇注成型，自然干燥；然后在90~110℃条件下烘烤24h，在1430~1650℃条件下保温3~6h，即得高强六铝酸钙轻质隔热材料。本发明具有节能环保、生坯易脱模和易烧结的特点；所制备的高强六铝酸钙轻质隔热材料性能稳定、杂质含量低、体积密度低、强度高和导热系数小。

Description

一种高强六铝酸钙轻质隔热材料及其制备方法
技术领域
本发明属于轻质耐火材料技术领域，具体涉及一种高强六铝酸钙轻质隔热材料及其制备方法。
背景技术
能源是人类赖以生存、经济发展和社会进步的重要基础，能源匮乏已成为新世纪制约人类进步发展的重要瓶颈之一，故能源节约已成为本世纪各个国家最为重视的课题之一。
六铝酸钙材料引起人们关注的原因之一是其晶粒生长的各向异性，晶核沿基面优先生长，形成的CA6晶粒具有片状或平板状特征，这种片状或平板状的晶粒在高温下可以维持较大的比表面积，有很好的高温隔热作用。这些特性使CA6在高温行业有十分广泛的应用前景。近年来，随着钢铁工业的快速发展，对耐火材料性能的要求也越来越高。六铝酸钙轻质隔热材料因其拥有低的体积密度、导热系数、热容量和高的气孔率，对热的屏蔽效果较好，逐渐成为钢包预热器和各种加热炉用耐火纤维制品的替代材料。
安迈铝业有限公司（Almatis）的超轻质骨料SLA-92即为一种六铝酸钙轻质骨料，其体积密度为0.80g/cm3，在1300℃的导热系数为0.4w/(m·k)及其优良的热震稳定性，可用于钢铁行业、玻璃行业及陶瓷工业等。
六铝酸钙和刚玉复相多孔轻质隔热保温材料是一种导热系数低、高温还原性气氛下的化学稳定性好、抗碱能力较好、抗渣能力较强、强度高和寿命长的高温窑炉内衬用优质耐火材料，能为工业窑炉提供高效节能的保证。如：“一种六铝酸钙和刚玉复相多孔轻质隔热保温材料及其制备方法”（CN201010269867.9）的专利技术，该方法以原料粒径小于0.15mm的碳酸钙、氧化钙或氢氧化钙中的一种为钙源，以原料粒径小于0.15mm的氧化铝（γ-Al2O3（γ-Al2O3≥99.0%）或α-Al2O3（α-Al2O3≥99.0%））和氢氧化铝为铝源，外加0.1~18.0wt%的烧失造孔剂（粒径≤3.0mm），一起混合均匀后再加入6~30wt%的可饮用水，振动浇注成型（也可以挤泥成型或手工捣打成型或挤压成型），然后在室温下自然干燥12~24h，在干燥窑中与50~200℃进行烘干，最后在1450~1700℃下烧成，即可得到六铝酸钙和刚玉复相多孔轻质隔热保温耐火材料。但该方法也存在如下一些缺点：（1）采用烧失造孔剂，在制品制备过程中由于其弹性后效，制品易开裂；（2）采用烧失造孔剂，在制品烧成过程中，易残留某些无机物，对制品的高温性能产生影响；（3）造孔剂烧失会污染环境。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷。目的是提供一种节能环保、生坯易脱模和易烧结的高强六铝酸钙轻质隔热材料的制备方法。用该方法所制备的高强六铝酸钙轻质隔热材料性能稳定、杂质含量低、体积密度低、强度高和导热系数低。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：以70~85wt%的Al2O3细粉、2~8wt%的ρ-Al2O3微粉和13~22wt%的纳米CaCO3为原料，外加所述原料0.05~0.30wt%的减水剂和20~80wt%的水，混合30~150min，得到预混料；再向预混料中加入泡沫，预混料中的泡沫加入量为每kg原料0.1~2.0L，混合3~8分钟，浇注成型，自然干燥；然后在90~110℃条件下烘烤24h，在1430~1650℃条件下保温3~6h，即得高强六铝酸钙轻质隔热材料。
所述Al2O3细粉为α-Al2O3细粉、电熔白刚玉细粉、烧结刚玉细粉和工业氧化铝细粉中的一种，所述Al2O3细粉粒径小于0.10mm。
所述ρ-Al2O3微粉的粒径小于5μm。
所述减水剂为木质素系减水剂、萘系减水剂、聚羧酸类减水剂、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠中的一种。
所述纳米CaCO3的粒径小于100nm。
所述泡沫是在使用前将碱性泡沫剂与水混合制成，其中，每100L水加入8~25kg的泡沫剂。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下积极效果：
本发明所采用的CaCO3为纳米CaCO3，活性高，易烧结，可降低烧成温度；本发明所制备的高强六铝酸钙轻质隔热耐火材料生坯有一定的收缩，易脱模。
本发明采用泡沫而非烧失造孔剂，故其制备过程对环境几乎无污染。
本发明所采用的泡沫能在材料中形成大量封闭和分布均匀的纳米孔或者微纳米孔，致使气体分子很难相互碰撞，结果将使材料热导率大大减低；形成的大量气孔也使材料具有较低的体积密度，一般来说，材料的气孔越多，材料的强度会越小，但由于这种泡沫形成的气孔小，分布均匀，从而使材料有相对较高的强度，在制品烧结过程中，泡沫无残留。
本发明所制备的六铝酸钙轻质隔热材料的体积密度为0.17~0.60g/cm3，导热系数为0.06~0.32w/(m·k)，耐压强度为2.8~8.0MPa。
因此，本发明具有节能环保、生坯易脱模和易烧结的特点；所制备的六铝酸钙轻质隔热材料性能稳定、杂质含量低、体积密度低、强度高和导热系数小。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制：
为避免重复，先将本具体实施方式所要涉及到有关外加剂和保温时间的共性特征统一描述如下，实施例中将不赘述：
所述α-Al2O3细粉、电熔白刚玉细粉、烧结刚玉细粉和工业氧化铝细粉的粒径均小于0.10mm。
所述ρ-Al2O3微粉的粒径小于5μm。
所述纳米CaCO3的粒径小于100nm。
所述泡沫是在使用前将碱性泡沫剂与水混合制成，其中，每100L水加入8~25kg的泡沫剂。
实施例1
一种高强六铝酸钙轻质隔热材料及其制备方法。以70~73wt%的Al2O3细粉、7~8wt%的ρ-Al2O3微粉和20~22wt%的纳米CaCO3为原料，外加所述原料0.05~0.10wt%的减水剂和68~80wt%的水，混合30~55min，得到预混料；再向预混料中加入泡沫，预混料中的泡沫加入量为每kg原料0.1~0.4L，混合3~8分钟，浇注成型，自然干燥；然后在90~110℃条件下烘烤24h，在1430~1480℃条件下保温3~6h，即得高强六铝酸钙轻质隔热材料。
本实施例中：Al2O3细粉为电熔白刚玉细粉；减水剂为六偏磷酸钠。
本实施例所制备的高强六铝酸钙轻质隔热材料经检测：体积密度为0.48~0.60g/cm3；导热系数为0.20~0.32w/(m·k)；耐压强度为6.2~8.0MPa。
实施例2
一种高强六铝酸钙轻质隔热材料及其制备方法。以73~76wt%的Al2O3细粉、6~7wt%的ρ-Al2O3微粉和18~20wt%的纳米CaCO3为原料，外加所述原料0.10~0.15wt%的减水剂和56~68wt%的水，混合55~80min，得到预混料；再向预混料中加入泡沫，预混料中的泡沫加入量为每kg原料0.4~0.8L，混合3~8分钟，浇注成型，自然干燥；然后在90~110℃条件下烘烤24h，在1480~1530℃条件下保温3~6h，即得高强六铝酸钙轻质隔热材料。
本实施例中：Al2O3细粉为烧结刚玉细粉；减水剂为木质素系减水剂。
本实施例所制备的高强六铝酸钙轻质隔热材料经检测：体积密度为0.35~0.52g/cm3；导热系数为0.15~0.30w/(m·k)；耐压强度为5.3~6.8MPa。
实施例3
一种高强六铝酸钙轻质隔热材料及其制备方法。以76~79wt%的Al2O3细粉、5~6wt%的ρ-Al2O3微粉和16~18wt%的纳米CaCO3为原料，外加所述原料0.15~0.20wt%的减水剂和44~56wt%的水，混合80~105min，得到预混料；再向预混料中加入泡沫，预混料中的泡沫加入量为每kg原料0.8~1.2L，混合3~8分钟，浇注成型，自然干燥；然后在90~110℃条件下烘烤24h，在1530~1570℃条件下保温3~6h，即得高强六铝酸钙轻质隔热材料。
本实施例中：Al2O3细粉为工业氧化铝细粉；减水剂为三聚磷酸钠。
本实施例所制备的高强六铝酸钙轻质隔热材料经检测：体积密度为0.24~0.42g/cm3；导热系数为0.12~0.21w/(m·k)；耐压强度为3.6~5.0MPa。
实施例4
一种高强六铝酸钙轻质隔热材料及其制备方法。以79~82wt%的Al2O3细粉、4~5wt%的ρ-Al2O3微粉和14~16wt%的纳米CaCO3为原料，外加所述原料0.20~0.25wt%的减水剂和32~44wt%的水，混合105~130min，得到预混料；再向预混料中加入泡沫，预混料中的泡沫加入量为每kg原料1.2~1.6L，混合3~8分钟，浇注成型，自然干燥；然后在90~110℃条件下烘烤24h，在1570~1620℃条件下保温3~6h，即得高强六铝酸钙轻质隔热材料。
本实施例中：Al2O3细粉为α-Al2O3细粉；减水剂为萘系减水剂。
本实施例所制备的高强六铝酸钙轻质隔热材料经检测：体积密度为0.18~0.29g/cm3；导热系数为0.08~0.17w/(m·k)；耐压强度为3.0~4.8MPa。
实施例5
一种高强六铝酸钙轻质隔热材料及其制备方法。以82~85wt%的Al2O3细粉、2~4wt%的ρ-Al2O3微粉和13~14wt%的纳米CaCO3为原料，外加所述原料0.25~0.30wt%的减水剂和20~32wt%的水，混合130~150min，得到预混料；再向预混料中加入泡沫，预混料中的泡沫加入量为每kg原料1.6~2.0混合3~8分钟，浇注成型，自然干燥；然后在90~110℃条件下烘烤24h，在1600~1650℃条件下保温3~6h，即得高强六铝酸钙轻质隔热材料。
本实施例中：Al2O3细粉为α-Al2O3细粉；减水剂为聚羧酸类减水剂。
本实施例所制备的高强六铝酸钙轻质隔热材料经检测：体积密度为0.17~0.28g/cm3；导热系数为0.06~0.15w/(m·k)；耐压强度为2.8~3.0MPa。
实施例6
一种高强六铝酸钙轻质隔热材料及其制备方法。本实施例除Al2O3细粉为α-Al2O3细粉和减水剂为三聚磷酸钠外，其余同实施例1。
本实施例所制备的高强六铝酸钙轻质隔热材料经检测：体积密度为0.50~0.59g/cm3；导热系数为0.22~0.30w/(m·k)；耐压强度为6.1~7.8MPa。
实施例7
一种高强六铝酸钙轻质隔热材料及其制备方法。本实施例除Al2O3细粉为电熔白刚玉细粉和减水剂为萘系减水剂外，其余同实施例1。
本实施例所制备的高强六铝酸钙轻质隔热材料经检测：体积密度为0.34~0.53g/cm3；导热系数为0.16~0.29w/(m·k)；耐压强度为5.2~6.5MPa。
实施例8
一种高强六铝酸钙轻质隔热材料及其制备方法。本实施例除Al2O3细粉为工业氧化铝细粉和减水剂为六偏磷酸钠外，其余同实施例1。
本实施例所制备的高强六铝酸钙轻质隔热材料经检测：体积密度为0.23~0.43g/cm3；导热系数为0.13~0.22w/(m·k)；耐压强度为3.7~4.9MPa。
实施例9
一种高强六铝酸钙轻质隔热材料及其制备方法。本实施例除Al2O3细粉为烧结刚玉细粉和减水剂为聚羧酸类减水剂外，其余同实施例1。
本实施例所制备的高强六铝酸钙轻质隔热材料经检测：体积密度为0.19~0.30g/cm3；导热系数为0.10~0.15w/(m·k)；耐压强度为3.2~4.8MPa。
实施例10
一种高强六铝酸钙轻质隔热材料及其制备方法。本实施例除Al2O3细粉为电熔白刚玉细粉和减水剂为木质素系减水剂外，其余同实施例1。
本实施例所制备的高强六铝酸钙轻质隔热材料经检测：体积密度为0.17~0.25g/cm3；导热系数为0.07~0.12w/(m·k)；耐压强度为2.9~3.5MPa。
实施例11
一种高强六铝酸钙轻质隔热材料及其制备方法。本实施例除Al2O3细粉为烧结刚玉细粉和减水剂为聚羧酸类减水剂外，其余同实施例1。
本实施例所制备的高强六铝酸钙轻质隔热材料经检测：体积密度为0.45~0.58g/cm3；导热系数为0.21~0.32w/(m·k)；耐压强度为6.0~7.5MPa。
实施例12
一种高强六铝酸钙轻质隔热材料及其制备方法。本实施例除Al2O3细粉为α-Al2O3细粉和减水剂为六偏磷酸钠外，其余同实施例1。
本实施例所制备的高强六铝酸钙轻质隔热材料经检测：体积密度为0.38~0.51g/cm3；导热系数为0.15~0.29w/(m·k)；耐压强度为5.5~6.7MPa。
实施例13
一种高强六铝酸钙轻质隔热材料及其制备方法。本实施例除Al2O3细粉为α-Al2O3细粉和减水剂为木质素系减水剂外，其余同实施例1。
本实施例所制备的高强六铝酸钙轻质隔热材料经检测：体积密度为0.25~0.40g/cm3；导热系数为0.14~0.20w/(m·k)；耐压强度为3.5~4.9MPa。
实施例14
一种高强六铝酸钙轻质隔热材料及其制备方法。本实施例除Al2O3细粉为电熔白刚玉细粉和减水剂为三聚磷酸钠外，其余同实施例1。
本实施例所制备的高强六铝酸钙轻质隔热材料经检测：体积密度为0.22~0.29g/cm3；导热系数为0.09~0.15w/(m·k)；耐压强度为3.2~4.7MPa。
实施例15
一种高强六铝酸钙轻质隔热材料及其制备方法。本实施例除Al2O3细粉为工业氧化铝细粉和减水剂为萘系减水剂外，其余同实施例1。
本实施例所制备的高强六铝酸钙轻质隔热材料经检测：体积密度为0.18~0.25g/cm3；导热系数为0.06~0.14w/(m·k)；耐压强度为2.8~3.5MPa。 
本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果：
本具体实施方式所采用的CaCO3为纳米CaCO3，活性高、易烧结，可降低烧成温度；本具体实施方式所制备的高强六铝酸钙轻质隔热耐火材料生坯有一定的收缩，易脱模。
本具体实施方式采用泡沫而非烧失造孔剂，故其制备过程对环境几乎无污染。
本具体实施方式所采用的泡沫能在材料中形成大量封闭和分布均匀的纳米孔或者微纳米孔，致使气体分子很难相互碰撞，结果将使材料热导率大大减低；形成的大量气孔也使材料具有较低的体积密度，一般来说，材料的气孔越多，材料的强度会越小，但由于这种泡沫形成的气孔小，分布均匀，从而使材料有相对较高的强度，在制品烧结过程中，泡沫无残留。
本具体实施方式所制备的六铝酸钙轻质隔热材料的体积密度为0.17~0.60g/cm3，导热系数为0.06~0.32w/(m·k)，耐压强度为2.8~8.0MPa。
因此，本具体实施方式具有节能环保、生坯易脱模和易烧结的特点；所制备的六铝酸钙轻质隔热材料性能稳定、杂质含量低、体积密度低、强度高和导热系数小。

Claims (5)

1.一种高强六铝酸钙轻质隔热材料的制备方法，其特征在于以70~85wt%的Al2O3细粉、2~8wt%的ρ-Al2O3微粉和13~22wt%的纳米CaCO3为原料，外加所述原料0.05~0.30wt%的减水剂和20~80wt%的水，混合30~150min，得到预混料；再向预混料中加入泡沫，预混料中的泡沫加入量为每kg原料0.1~2.0L，混合3~8分钟，浇注成型，自然干燥；然后在90~110℃条件下烘烤24h，在1430~1650℃条件下保温3~6h，即得高强六铝酸钙轻质隔热材料；
所述Al2O3细粉为α-Al2O3细粉、电熔白刚玉细粉、烧结刚玉细粉和工业氧化铝细粉中的一种，所述Al2O3细粉粒径小于0.10mm；
所述ρ-Al2O3微粉的粒径小于5μm。
2.根据权利要求1所述的高强六铝酸钙轻质隔热材料的制备方法，其特征在于所述减水剂为木质素系减水剂、萘系减水剂、聚羧酸类减水剂、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠中的一种。
3.根据权利要求1所述的高强六铝酸钙轻质隔热材料的制备方法，其特征在于所述纳米CaCO3的粒径小于100nm。
4.根据权利要求1所述的高强六铝酸钙轻质隔热材料的制备方法，其特征在于所述泡沫是在使用前将碱性泡沫剂与水混合制成，其中，每100L水加入8~25kg的泡沫剂。
5.一种高强六铝酸钙轻质隔热材料，其特征在于所述高强六铝酸钙轻质隔热材料是根据权利要求1~4项中任一项所述的高强六铝酸钙轻质隔热材料的制备方法所制备的高强六铝酸钙轻质隔热材料。
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Assignee: Yixing Mogenre Ceramic Co., Ltd.

Assignor: Wuhan University of Science and Technology

Contract record no.: 2019980000013

Denomination of invention: High-strength calcium hexa-aluminate light heat insulation material and preparation method thereof

Granted publication date: 20150715

License type: Exclusive License

Record date: 20190621