CN103641499B - 一种耐火炉芯及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐火炉芯及其制备方法，由耐火砂、耐火粉料、耐火水泥等原料制成，是将原料混合搅拌均匀后均匀涂敷在铁板炉桶或者铁皮炉桶内壁，静置待其成型，再做清光处理，最后经自然养护和浇水保养后，待自然干燥即可。本发明炉芯具有非常好的耐火性、强度和抗蚀性，从根本上减少了炉芯裂纹的概率，有效延长了炉芯的使用寿命。本发明耐火炉芯的耐火度可达到1700℃以上，使用寿命为3年以上。

Description

一种耐火炉芯及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐火炉芯及其制备方法。

背景技术

炉芯是煤炉等炉具的替芯，普遍使用于西南地区，尤其是在中小城镇、农村地区，用于取暖、做饭、烘烤等，对于炉具的正常使用十分重要。如蜂窝煤炉和铁制煤炉必须安装耐火炉芯；并且使用耐火炉芯，可避免炉膛裂缝变形。由于炉芯在使用过程中经常受到高温环境（燃烧炉料）影响而会有所损伤，随着使用时间的延长，当炉芯的使用寿命结束，必须更换炉芯才能继续使用炉具。为了延长炉芯的使用寿命，使炉芯具有耐高温的性能，在炉芯的制造上常采用耐火材料制作。在现有技术中，关于炉芯的发明创造大多是针对炉芯的形状和构造提出的改进，而很少涉及到关于材料的改进，如CN2502147Y公开的炉芯、CN2475949Y公开的新型高效炉芯和CN201724264U公开的一种环保节能炉芯以及CN2577144Y公开的藕煤炉的炉芯。然而，目前市面上的普通炉芯即便采用了耐火材料制作，仍然不耐用；同时，由于经常换取炉芯比较麻烦，给炉具的使用带来了不便。因此，如何提高炉芯的耐火性能，延长炉芯的使用寿命，也成为炉芯制造业难以克服的技术障碍。

本发明人以现有技术为基础，结合实际生产工艺，经过不断的实验研究和改进，终于探索出了一种耐火炉芯，并研制出最合理的制备方法，有效解决了炉芯耐火性能差的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐火炉芯，并提供了这种炉芯的制备方法，解决了现有技术中炉芯耐火性能较差的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。

一种耐火炉芯，炉芯为圆管型，外层为铁板炉桶或铁皮炉桶，内层由以下质量百分比的原料制成：

耐火砂34%～36%，耐火粉料17%～19%，耐火水泥24%～26%，耐火泥14%～16%，水6%～8%。

进一步的，所述原料的质量百分比为：

耐火砂35%，耐火粉料18%，耐火水泥25%，耐火泥15%，水7%。

上述的耐火炉芯，其原料中的耐火粉料为颗粒粒径等于或小于0.088mm的铝矾土熟料、粘土质原料、半硅质原料、硅质原料、镁质原料、蓝晶石族矿物原料、莫来石、工业氧化铝、刚玉、尖晶石类原料、碳化硅、氮化硅、铬铁矿、锆英石、蛭石。

本发明所述的一种耐火炉芯的制作方法，包括以下步骤：

（1）按质量百分比称取各原料，搅拌均匀得到混合物料；

（2）将混合物料均匀涂敷在铁板炉桶或者铁皮炉桶内壁，厚度为1.2～2.0公分；

（3）涂敷完毕后静置4～6min，待其成型，去掉铁板炉桶或者铁皮炉桶，对炉芯进行清光处理；

所述清光是指在炉芯尚未完全固化之前，用抺灰刮片反复刮擦其内表面，圧进细小砂粒，泥浆冒出，使表面层泛“油光”；

（4）清光处理后，自然养护9～11min，再浇水保养1～3次；

（5）待自然干燥后得到耐火炉芯。

本发明技术方案的依据如下：

本发明所用的耐火砂又称金钢砂或碳化硅，为市售产品，是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑等原料在电阻炉内经高温冶炼而成，在本发明所述炉芯中主要起到了骨架作用。耐火砂是一种耐火骨料，而耐火骨料是指粒径大于0.88mm的颗粒料，是不定形耐火材料组织结构中的主体材料；按质量分为重骨料和轻骨料，包括高铝质、黏土质、半硅质、硅质、镁质等类型；按颗粒细度分为粗骨料和细骨料。一般颗粒尺寸大于5mm的称为粗骨料；5mm及5mm以下至0.09mm的称为细骨料。本发明选用耐火砂作为耐火骨料，不仅是基于耐火砂拥有高强机械强度，更是经过不断重复的认真筛选和长期的实践经验而获得。同样拥有高强机械特性的耐火骨料有很多种，但是，唯有耐火砂是最适于本发明耐火炉芯生产的耐火骨料。目前，我国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体，比重为3.20～3.25，显微硬度为2840～3320kg/mm²。黑碳化硅是以石英砂，石油焦和优质硅石为主要原料，通过电阻炉高温冶炼而成的，其硬度介于刚玉和金刚石之间，机械强度高于刚玉，性脆而锋利。绿碳化硅是以石油焦和优质硅石为主要原料，添加食盐作为添加剂，通过电阻炉高温冶炼而成，其硬度介于刚玉和金刚石之间，机械强度高于刚玉。

本发明所用的耐火粉料为市售产品，在本发明所述炉芯中主要起到了基质填充作用。耐火粉料一般是指颗粒粒径等于或小于0.088mm的颗粒料，是不定形耐火材料的基质材料，能填充耐火骨料的空隙，也能改善混合物料的作业性和提高材料的致密度。在高温作用小，耐火粉料起到了连接和胶结耐火骨料的作用，使之具备一定的高温使用性能。当细粉粒径小于5μm时，称为超微粉，在不定形耐火材料组成中加入适当形状和活性的超微粉材料，能显著提高耐火性能。为提高耐火性能，选用耐火粉料时应考虑粉料的熔点或软化点，即其耐受高温的能力，也就是耐火度；同时还要考虑粉料的高温化学稳定性，即其在高温下耐受其他氧化物侵蚀的能力。粉料的烧结性能与其耐火度、高温化学稳定性、颗粒的细度等因素有关。常见的耐火粉料有铝矾土熟料、粘土质原料、半硅质原料、硅质原料、镁质原料、蓝晶石族矿物原料、莫来石、工业氧化铝、刚玉、尖晶石类原料、碳化硅、氮化硅、铬铁矿、锆英石、蛭石等。

本发明所用的耐火骨料和耐火粉料的颗粒级配符合不定形耐火材料的相关技术要求。

本发明所用的耐火水泥又名铝酸盐水泥，主要包括铝酸钙水泥和铝酸钡水泥等，为市售产品，在本发明所述炉芯中主要起到了胶结作用。它是以铝矾土和石灰石为原料，经煅烧制得以铝酸钙为主要成分，氧化铝含量约50%的熟料，再磨制成的水硬性胶凝材料。铝酸盐水泥常为黄或褐色，也有呈灰色的，其主要矿物成为铝酸一钙（CaO·Al₂O₃，简写CA）及其他的铝酸盐，以及少量的硅酸二钙（2CaO·Al₂O₃）等。铝酸盐水泥的化学组成主要是Al₂O₃和CaO，有的还含有相当多的Fe₂O₃和SiO₂。铝酸盐水泥具有快硬高强、耐火度高和抗硫酸盐侵蚀等特点，是一种永久性结合剂，也是耐火浇注料的良好胶结剂，其耐火性能的优劣对不定形耐火材料的影响极为重要。耐火水泥颗粒越细，比表面积越大，水化反应越快越充分，早期和后期强度都较高。

本发明所用耐火泥又称火泥或接缝料（粉装物），为市售产品，是用于填充耐火砌体接缝的不定形耐火材料，是由一定颗粒配比的耐火粉料和结合剂、外加剂组成，加水或液态结合剂调成的泥料。耐火泥具有可塑性好、粘结强度大、耐火度高、抗渣侵性好、热剥落性好等特点。其中的耐火粉料除了辅助起到填充空隙的作用外，还起到改善施工和易性的作用；黏土和超微粉等耐火粉料还能起到良好的结合剂作用。其中的外加剂可对结合剂（耐火水泥）和基质材料（耐火粉料）起作用，并与不定形耐火材料制成品（炉芯）的性能和品质密切相关。

本发明的有益效果：本发明炉芯的原料配比达到了理想的颗粒级配，耐火砂（耐火骨料）之间的空隙被耐火粉料所填充；耐火砂和耐火粉料在耐火水泥的水合、聚合和凝聚等作用下，达到了良好的胶结效果，产生了一定的强度、耐火度和耐侵蚀性；耐火粉料和耐火水泥在耐火泥的促进作用下，结合得更紧密，提高了强度、耐火度和抗蚀能力；各原料在合理搭配的前提下，无不足也无剩余，达到了最大的堆积密度，获得了最佳的性能；合理的配比使炉芯耐火性能获得提高，延长了使用寿命。按本领域的常规选择来说，由于耐火泥中含有一定比例的耐火粉料和结合剂以及外加剂，固在生产炉芯时直接采用耐火泥和耐火骨料混合，或者仅用耐火水泥和耐火骨料混合即可，这样获得的耐火炉芯勉强能够使用，但是其耐火度和强度并不理想，并且使用寿命较短；即便增大原料的用量，意图获得高强度和高耐火性，其效果也未达到预期。由于耐火炉芯的耐火性能和使用寿命长短并不能直接从外观上看出，而是要经历长期的使用才能得出结论。因此，改进制作耐火炉芯的材料种类，并研制出原料配比范围合理和制备方法恰当的耐火炉芯，付出了大量的创造性劳动。按照本发明配方制作出的耐火炉芯，其性能并不是各原料功效简单的叠加，而是在配比合理的原料混合后，发生化合、聚合、凝聚等相互作用，获得了非常好的耐火性、强度和抗蚀性，从根本上减少了炉芯裂纹的概率，有效延长了炉芯的使用寿命。本发明耐火炉芯的耐火度可达到1700℃以上，使用寿命为3年以上。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但不构成对本发明保护范围的限定。

实施例1

一种耐火炉芯，炉芯为圆管型，外层为铁板炉桶，内层由以下质量百分比的原料制成：

耐火砂35%，耐火粉18%，耐火水泥25%，耐火泥15%，水7%。

制法：

（1）按质量百分比称取各原料，搅拌均匀得到混合物料；

（2）将混合物料均匀涂敷在铁板炉桶内壁，厚度为2.0公分；

（3）涂敷完毕后静置5min，待其成型，对炉芯进行清光处理；

所述清光是指在炉芯尚未完全固化之前，用抺灰刮片反复刮擦其内表面，圧进细小砂粒，泥浆冒出，使表面层泛“油光”；

（4）清光处理后，自然养护10min，再浇水保养3次；

浇水保养的作用是产生水化的化学反应，可使混合物料中的各种配料发生反映后紧密结合在一起，达到强度要求；同时还能起到散热作用，因物料内部发生水化反应时内部温度较高，浇水保养可通过蒸发带走物料表面散发的热量，避免因温度过高的水化热导致混合物料内部产生裂缝。合理的自然养护时间和浇水保养处理有利于强化炉芯的结构硬度、耐火度和抗蚀性；

（5）待自然干燥后得到耐火炉芯。

实施例2

一种耐火炉芯，炉芯为圆管型，外层为铁皮炉桶，内层由以下质量百分比的原料制成：

耐火砂34%，耐火粉17%，耐火水泥25%，耐火泥16%，水8%。

制法：

（1）按质量百分比称取各原料，搅拌均匀得到混合物料；

（2）将混合物料均匀涂敷在铁皮炉桶内壁，厚度为1.6公分；

（3）涂敷完毕后静置6min，待其成型，对炉芯进行清光处理；

所述清光是指在炉芯尚未完全固化之前，用抺灰刮片反复刮擦其内表面，圧进细小砂粒，泥浆冒出，使表面层泛“油光”；

（4）清光处理后，自然养护9min，再浇水保养2次；

（5）待自然干燥后得到耐火炉芯。

实施例3

一种耐火炉芯，炉芯为圆管型，外层为铁板炉桶，内层由以下质量百分比的原料制成：

耐火砂34%，耐火粉19%，耐火水泥26%，耐火泥15%，水6%。

制法：

（1）按质量百分比称取各原料，搅拌均匀得到混合物料；

（2）将混合物料均匀涂敷在铁板炉桶内壁，厚度为1.2公分；

（3）涂敷完毕后静置5min，待其成型，对炉芯进行清光处理；

所述清光是指在炉芯尚未完全固化之前，用抺灰刮片反复刮擦其内表面，圧进细小砂粒，泥浆冒出，使表面层泛“油光”；

（4）清光处理后，自然养护11min，再浇水保养2次；

（5）待自然干燥后得到耐火炉芯。

实施例4

一种耐火炉芯，炉芯为圆管型，外层为铁皮炉桶，内层由以下质量百分比的原料制成：

耐火砂36%，耐火粉18%，耐火水泥24%，耐火泥14%，8%。

制法：

（1）按质量百分比称取各原料，搅拌均匀得到混合物料；

（2）将混合物料均匀涂敷在铁皮炉桶内壁，厚度为1.8公分；

（3）涂敷完毕后静置6min，待其成型，对炉芯进行清光处理；

所述清光是指在炉芯尚未完全固化之前，用抺灰刮片反复刮擦其内表面，圧进细小砂粒，泥浆冒出，使表面层泛“油光”；

（4）清光处理后，自然养护10min，再浇水保养3次；

（5）待自然干燥后得到耐火炉芯。

实施例5

一种耐火炉芯，炉芯为圆管型，外层为铁板炉桶，内层由以下质量百分比的原料制成：

耐火砂36%，耐火粉17%，耐火水泥24%，耐火泥15%，水8%。

制法：

（1）按质量百分比称取各原料，搅拌均匀得到混合物料；

（2）将混合物料均匀涂敷在铁板炉桶内壁，厚度为2.0公分；

（3）涂敷完毕后静置4min，待其成型，对炉芯进行清光处理；

所述清光是指在炉芯尚未完全固化之前，用抺灰刮片反复刮擦其内表面，圧进细小砂粒，泥浆冒出，使表面层泛“油光”；

（4）清光处理后，自然养护9min，再浇水保养1次；

（5）待自然干燥后得到耐火炉芯。

实施例6

一种耐火炉芯，炉芯为圆管型，外层为铁板炉桶，内层由以下质量百分比的原料制成：

耐火砂35%，耐火粉19%，耐火水泥26%，耐火泥14%，水6%。

制法：

（1）按质量百分比称取各原料，搅拌均匀得到混合物料；

（2）将混合物料均匀涂敷在铁板炉桶内壁，厚度为1.4公分；

（3）涂敷完毕后静置5min，待其成型，对炉芯进行清光处理；

所述清光是指在炉芯尚未完全固化之前，用抺灰刮片反复刮擦其内表面，圧进细小砂粒，泥浆冒出，使表面层泛“油光”；

（4）清光处理后，自然养护11min，再浇水保养3次；

（5）待自然干燥后得到耐火炉芯。

Claims (3)

1.一种耐火炉芯，其特征在于：炉芯为圆管型，外层为铁板炉桶或铁皮炉桶，内层由以下质量百分比的原料制成：

耐火砂34％～36％，耐火粉料17％～19％，耐火水泥24％～26％，耐火泥14％～16％，水6％～8％；

所述耐火砂为金刚砂或碳化硅；

所述耐火粉料为颗粒粒径等于或小于0.088mm的铝矾土熟料、粘土质原料、半硅质原料、硅质原料、镁质原料、蓝晶石族矿物原料、莫来石、工业氧化铝、刚玉、尖晶石类原料、碳化硅、氮化硅、铬铁矿、锆英石、蛭石。

2.如权利要求1所述的一种耐火炉芯，其特征在于：所述原料的质量百分比为：

耐火砂35％，耐火粉料18％，耐火水泥25％，耐火泥15％，水7％。

3.如权利要求1所述的一种耐火炉芯的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)按质量百分比称取各原料，搅拌均匀得到混合物料；

(2)将混合物料均匀涂敷在铁板炉桶或者铁皮炉桶内壁，厚度为1.2～2.0公分；

(3)涂敷完毕后静置4～6min，待其成型，去掉铁板炉桶或者铁皮炉桶，对炉芯进行清光处理；

所述清光是指在炉芯尚未完全固化之前，用抺灰刮片反复刮擦其内表面，圧进细小砂粒，泥浆冒出，使表面层泛“油光”；

(4)清光处理后，自然养护9～11min，再浇水保养1～3次；

(5)待自然干燥后得到耐火炉芯。