CN103833399A - 钙长石轻质耐火砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于耐火材料领域，具体涉及一种钙长石轻质耐火砖及其制备方法。将凝胶材料分散在水中，加入凝胶催化剂进行不完全反应形成无机凝胶体系；保持无机凝胶体系的连续搅拌，使硅、铝成分引入材料分散在该凝胶体系中混合均匀，得到混合料；混合料成型后经过养护、固化、干燥、煅烧、加工工序生产，即得。本发明工艺简单易行，对环境比较友好，所使用的各种原材料可因地制宜，就近取材，方便生产组织，对设备无特殊要求，所制造的产品性能优良，节能效果显著。
Description
技术领域
本发明属于耐火材料领域，具体涉及一种钙长石轻质耐火砖及其制备方法。
背景技术
目前在轻质耐火砖行业大约20-30%是23级轻质耐火砖，轻质砖看重的是其隔热性能，一般采用加入聚轻球或加入木屑，通过高温燃烧产生气孔。
国外有一种钙长石质耐火砖（即Jm23），外观细腻、强度高，从热导率来看钙长石质耐火砖比其它材质耐火砖热导率低20-30%。国内研究机构及耐火材料生产企业对此进行了大量的研究，主要采用发泡法（发泡剂物理发泡、化学发泡）、填充法（木屑等填充造孔）来生产；国外通常的做法是通过引入石膏，使砖坯很快固化，把游离水变成结晶水，然后直接煅烧。
钙长石质轻质耐火砖的技术难点是体积密度要求低，强度（耐压强度、抗折强度）反而要求高，气孔率很高，孔径很小，热导率很低，这是常规泡沫法与填充法很难达到的。
发明内容
本发明的目的是提供一种钙长石轻质耐火砖，原料易得、性能优良；本发明同时提供了钙长石轻质耐火砖的制备方法，科学合理、简单易行、对环境比较友好。
本发明所述的钙长石轻质耐火砖，由如下重量百分比的原料制成：
所述的凝胶材料是硅灰石。
所述的凝胶催化剂是硫酸。
所述的硅、铝成分引入材料是煅烧煤矸石细粉、膨润土、氢氧化铝或蓝晶石中的一种或几种。
所述的煅烧煤矸石细粉，粒度≤325目，Al2O3≥45%，SiO2+Al2O3≥97%；膨润土SiO2≥50%，Al2O3≥16%；氢氧化铝，粒度≤600目，Al2O3≥60%；蓝晶石Al2O3≥49%。
本发明所述的钙长石轻质耐火砖的制备方法，步骤如下：
（1）将凝胶材料分散在水中，加入凝胶催化剂进行不完全反应形成无机凝胶体系；
（2）保持无机凝胶体系的连续搅拌，使硅、铝成分引入材料分散在该凝胶体系中混合均匀，得到混合料；
（3）混合料成型后经过养护、固化、干燥、煅烧、加工工序生产，即得。
步骤（1）中所述的反应温度是30-50℃，反应时间是10-30min。
步骤（3）中所述的养护是在20-50℃的条件下养护12-24h，或者是在100-110℃条件下保持1-3h。
步骤（3）中所述的干燥温度是150-200℃，干燥时间是3-6h。
本发明所述的钙长石轻质耐火砖是以钙长石为主晶相，其化学组成：Al2O335-37%SiO240-50%CaO10-15%，其余为杂质；
物理性能：体积密度480-510kg/m3、耐压强度﹥1.0MPa、导热率（400℃）0.14W/m.K、重烧线变化率1200℃*24h﹤-1.0%。
本发明以硅灰石为钙成分的主要来源，硅灰石为粉末状，且CaO﹥40%，硅、钙含量≥90%；硫酸应符合我国相应的材料标准。
本发明的工艺过程首先使硅灰石分散在水中，然后控制合适温度，硫酸的加入要缓慢而均匀，待出现无机凝胶后加入其它材料，并且应该最后加入膨润土。
配料完毕成型之后必须养护，待湿坯固化后脱模，在低于200℃下进行干燥处理。
本发明所述的钙长石轻质耐火砖的制备方法，具体步骤如下：
在常态条件下，首先将硅灰石分散在水中，保持反应温度30℃-50℃，添加硫酸促使硅灰石被凝胶化，然后将合理配比的各种原料依次加入到此凝胶体系中充分混合，待混合均匀后浇注到模具中养护一段时间形成初步固化的湿坯，经过干燥制成含有一定水分的干坯，利用常规窑炉进行煅烧，最终经过切割加工而制成成品。
本发明是将合理配比的原料加入到凝胶体系中进行搅拌混合。需要一套具有合适容积的容器进行配料过程的操作。
各种原料的混合以使用硫酸催化硅灰石制备凝胶体系为工艺关键控制过程，混合的时间不宜过长，混合过程应加入适量水，防止物料过早固化。
混合物料必须经过干燥处理。干燥过程可以使用各种常规设备或方式，干燥过程需要的温度和时间以干燥设备和方式来确定。经过干燥的干坯需要保持5%-20%的含水率。
煅烧过程在常规窑炉中进行，根据窑炉不同制定煅烧制度。最高温度1200℃-1400℃，保温时间6h-8h。
本发明利用硅灰石与硫酸不完全反应形成的凝胶使各种组分固结在一起，一方面可以使混合的原料保持大的体积，另一方面可以使湿坯具有一定的强度，可以提高成品率，更重要的是以水为造孔材料，既可以形成大量的微小气孔，又避免使用石膏而引起环境的破坏。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明工艺简单易行，对环境比较友好。
2、本发明所使用的各种原材料可因地制宜，就近取材，方便生产组织。
3、本发明对设备无特殊要求。
4、本发明所制造的产品性能优良，节能效果显著。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
配料：
工艺过程
（1）按照上述比例计量、准备原料，熟料（钙长石砖回料，下同）可有可无；
（2）先将硅灰石加入水中混合；
（3）然后，控制温度30℃，加入硫酸，搅拌形成凝胶体系；
（4）依次将剩余粉料加入，最后加入膨润土，使各种原料形成均匀的混合体；根据需要可以再添加适量水；
（5）干燥及煅烧工艺
将混合好的物料浇注于尺寸合适的模具内，室温养护或适当加热（在此过程中，温度控制20℃）12h，形成初步固化的湿坯，然后脱模将湿坯转移到干燥设备中进行干燥；
将干燥完毕的干坯放入煅烧炉内，经过2h，达到1250℃，煅烧及干燥时间应根据升温速度做一定比例的调整，保温时间要足够使整个砖坯达到一致的烧结温度，也就是说要烧透，典型的保温时间在3h；
（6）切割加工。
制得的产品化学组成：Al2O335.1%，SiO248.9%，Fe2O3﹤1%，CaO11%，Na2O+K2O﹤1.1%；
物理性能：体积密度486kg/m3，耐压强度1.3MPa；
导热率在400℃下：0.14W/m.K，重烧线变化率1200*24h﹤-1.0%。
实施例2
配料：
工艺过程
（1）按照上述比例计量、准备原料，熟料（钙长石砖回料，下同）可有可无；
（2）先将硅灰石加入水中混合；
（3）然后，控制温度50℃，加入硫酸，搅拌形成凝胶体系；
（4）依次将剩余粉料加入，各种原料形成均匀的混合体；根据需要可以再添加适量水；
（5）干燥及煅烧工艺
将混合好的物料浇注于尺寸合适的模具内，温度控制105℃，保持1h，形成初步固化的湿坯，然后脱模将湿坯转移到干燥设备中进行干燥；
将干燥完毕的干坯放入煅烧炉内，经过12h，达到1400℃，煅烧及干燥时间应根据升温速度做一定比例的调整，保温时间要足够使整个砖坯达到一致的烧结温度，也就是说要烧透，典型的保温时间在10h；
（6）切割加工。
制得的产品化学组成：Al2O336.2%，SiO240.3%，Fe2O3﹤1%，CaO14%，Na2O+K2O﹤1.1%；
物理性能：体积密度495kg/m3，耐压强度1.6MPa；
导热率在400℃下：0.14W/m.K，重烧线变化率1200*24h﹤-1.0%。
实施例3
配料：
工艺过程
（1）按照上述比例计量、准备原料，熟料（钙长石砖回料，下同）可有可无；
（2）先将硅灰石加入水中混合；
（3）然后，控制温度40℃，加入硫酸，搅拌形成凝胶体系；
（4）依次将剩余粉料加入，各种原料形成均匀的混合体；根据需要可以再添加适量水；
（5）干燥及煅烧工艺
将混合好的物料浇注于尺寸合适的模具内，室温养护或适当加热（在此过程中，温度控制50℃）18h，形成初步固化的湿坯，然后脱模将湿坯转移到干燥设备中进行干燥；
将干燥完毕的干坯放入煅烧炉内，经过6h的快速升温，达到1300℃，煅烧及干燥时间应根据升温速度做一定比例的调整，保温时间要足够使整个砖坯达到一致的烧结温度，也就是说要烧透，典型的保温时间在6h；
（6）切割加工
制得的产品化学组成：Al2O336.9%，SiO245.3%，Fe2O3﹤1%，CaO12%，Na2O+K2O﹤1.1%；
物理性能：体积密度501kg/m3，耐压强度1.1MPa；
导热率在400℃下：0.14W/m.K，重烧线变化率1200*24h﹤-1.0%。
实施例4
配料：
工艺过程
（1）按照上述比例计量、准备原料，熟料（钙长石砖回料，下同）可有可无；
（2）先将硅灰石加入水中混合；
（3）然后，控制温度35℃，加入硫酸，搅拌形成凝胶体系；
（4）依次将剩余粉料加入，各种原料形成均匀的混合体；根据需要可以再添加适量水；
（5）干燥及煅烧工艺
将混合好的物料浇注于尺寸合适的模具内，室温养护或适当加热（在此过程中，温度控制30℃）24h，形成初步固化的湿坯，然后脱模将湿坯转移到干燥设备中进行干燥；
将干燥完毕的干坯放入煅烧炉内，经过6h的快速升温，达到1400℃，煅烧及干燥时间应根据升温速度做一定比例的调整，保温时间要足够使整个砖坯达到一致的烧结温度，也就是说要烧透，典型的保温时间在8h；
（6）切割加工。
制得的产品化学组成：Al2O336.2%，SiO243.3%，Fe2O3﹤1%，CaO15%，Na2O+K2O﹤1.1%；
物理性能：体积密度491kg/m3，耐压强度1.2MPa；
导热率在400℃下：0.14W/m.K，重烧线变化率1200*24h﹤-1.0%。
Claims (9)
1.一种钙长石轻质耐火砖，其特征在于由如下重量百分比的原料制成：
2.根据权利要求1所述的钙长石轻质耐火砖，其特征在于所述的凝胶材料是硅灰石。
3.根据权利要求1所述的钙长石轻质耐火砖，其特征在于所述的凝胶催化剂是硫酸。
4.根据权利要求1所述的钙长石轻质耐火砖，其特征在于所述的硅、铝成分引入材料是煅烧煤矸石细粉、膨润土、氢氧化铝或蓝晶石中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的钙长石轻质耐火砖，其特征在于所述的煅烧煤矸石细粉，粒度≤325目，Al2O3≥45%，SiO2+Al2O3≥97%；膨润土SiO2≥50%，Al2O3≥16%；氢氧化铝，粒度≤600目，Al2O3≥60%；蓝晶石Al2O3≥49%。
6.一种权利要求1-5任一所述的钙长石轻质耐火砖的制备方法，其特征在于步骤如下：
（1）将凝胶材料分散在水中，加入凝胶催化剂进行不完全反应形成无机凝胶体系；
（2）保持无机凝胶体系的连续搅拌，使硅、铝成分引入材料分散在该凝胶体系中混合均匀，得到混合料；
（3）混合料成型后经过养护、固化、干燥、煅烧、加工工序生产，即得。
7.根据权利要求6所述的钙长石轻质耐火砖的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述的反应温度是30-50℃，反应时间是10-30min。
8.根据权利要求6所述的钙长石轻质耐火砖的制备方法，其特征在于步骤（3）中所述的养护是在20-50℃的条件下养护12-24h，或者是在100-110℃条件下保持1-3h。
9.根据权利要求6所述的钙长石轻质耐火砖的制备方法，其特征在于步骤（3）中所述的干燥温度是150-200℃，干燥时间是3-6h。
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