CN103880439A - 一种轻质硅砖的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轻质硅砖的制备方法。其技术方案是：先将30~60wt%的硅石颗粒、10~30wt%的硅石细粉、2~6wt%的石灰石、5~15wt%的硅溶胶和10~30wt%的焦炭混合，搅拌均匀，振动成型或捣打成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥4~24小时，然后在1200~1400℃条件下保温3~15小时，即得轻质硅砖。本发明工艺简单，采用的原材料丰富，所制备的轻质硅砖具有显微结构均匀、体积密度小、隔热保温性能优异、荷重软化温度高、高温体积稳定性好、原材料丰富和使用范围广的特点。

Description

一种轻质硅砖的制备方法

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域。尤其涉及一种轻质硅砖的制备方法。

背景技术

随着能源的日益紧张，各国对高温工业用节能材料的研制、生产和使用日益重视。轻质耐火材料由于质轻、气孔率高、体积密度小和导热率低的特点，在节能上优势明显，因而在高温工业得到了广泛应用，起到了保温和节能降耗的作用。

硅砖由于具有荷重软化温度点高、高温体积稳定性好、长期使用不收缩等特性，在轻质耐火材料体系中被大量应用和研究。目前国内外制造轻质硅砖的方法很多，其中广泛应用的是泡沫法和机压可燃法。

泡沫法制备出的产品比重轻和隔热性能虽相对好一些，但制造工艺复杂、成本高和价格贵，一般企业的热工窑炉大批量使用存在一定的困难。

目前很多轻质硅砖都采用机压可燃法制备，市面上的用量也比较大。机压可燃法工艺简单、价格便宜和隔热保温性能比较好，可作为普通企业的热工窑炉大批量使用的内衬。机压可燃法生产过程中对制造轻质硅砖来讲可燃物的选择是很重要的，既要考虑经济价格和原料来源，又要考虑不影响产品性能，目前主要使用木屑、沥青焦和松香胶等。但机压可燃法存在一个明显的不足，即原料在混合过程和机压过程中存在分布不均的问题，尤其是其中可燃物在干法混合中难以混合均匀，往往存在颗粒偏析，由此造成材料烧成后显微结构不均匀，比如：有的部分气孔率高，有的部位气孔率低；进而影响到轻质材料性能的稳定，如高温体积稳定性、荷重软化温度和导热性等。

再者，传统轻质硅砖生产中广泛使用铁鳞和石灰乳作为矿化剂，二者会降低材料的高温力学性质；同时，轻质硅砖在制备过程中，由于希望产品在烘烤后具有合适的强度，往往在原料混合时加入木质素磺酸盐作为结合剂，也会降低产品的高温力学性能。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单和原材料丰富的轻质硅砖的制备方法；用该方法制备的轻质硅砖显微结构均匀、体积密度小、隔热保温性能优异、荷重软化温度高、高温体积稳定性好和使用范围广。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先将30~60wt%的硅石颗粒、10~30wt%的硅石细粉、2~6wt%的石灰石、5~15wt%的硅溶胶和10~30wt%的焦炭混合，搅拌均匀，振动成型或捣打成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥4~24小时，然后在1200~1400℃条件下保温3~15小时，即得轻质硅砖。

所述硅石颗粒中的SiO₂含量≥97wt%；硅石颗粒的粒径为0.2~3mm。

所述硅石细粉中的SiO₂含量≥97wt%；硅石细粉的粒径为3~200μm。

所述石灰石中的CaCO₃含量≥90wt%；石灰石的粒径为3~200μm。

所述硅溶胶中的SiO₂含量≥20wt%。

所述焦炭中固定碳含量≥80wt%，焦炭的粒径为0.1~1mm。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

本发明克服了现有技中干法混合过程中易造成原料偏析的缺点，借助于液态混合溶液对物料进行混合，在混合体内部形成粘—塑性体，有效提高了混合料中各种原料的均匀分布程度。传统轻质硅砖的生产中使用了铁鳞、石灰乳、木质素磺酸盐用作矿化剂和提高材料的后期强度，由于在高温下上述物质会促使低熔相的生成，从而降低了轻质硅砖的高温强度和力学性能。本发明使用的是硅溶胶作为结合剂，石灰石分解后生产的氧化钙为矿化剂，其中的杂质少。高温下，硅溶胶形成的二氧化硅也不会降低材料的高温强度，高温处理后，材料的强度较高。

本发明通过加入石灰石，在高温下生成活性很高的氧化钙，起到硅砖生产的矿化剂的作用。且由于使用的石灰石粒径小，其分解反应所形成的气孔孔径不大，不会明显降低材料的强度，留下的孔径可以降低材料的导热系数，起到保温和隔热的作用。

本发明中由于使用了相当数量的小颗粒焦炭，材料中的焦炭在高温下燃烧，在原位留下微孔，起到了降低硅砖体积密度和导热系数的作用。同时焦炭燃烧后还产生了一部分数量的灰分，灰分中的主要化学成分为二氧化硅，还有少量的氧化铝和氧化钙，在高温下灰分可以起到促进材料烧结的作用。

因此，本发明的工艺简单，原材料丰富；所制备的轻质硅砖具有显微结构均匀、体积密度小、隔热保温性能优异、荷重软化温度高、高温体积稳定性好和使用范围广的特点。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，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中所涉及到的原料统一描述如下，实施例中不再赘述：

所述硅石颗粒中的SiO₂含量≥97wt%，硅石颗粒的粒径为0.2~3mm；

所述硅石细粉中的SiO₂含量≥97wt%，硅石细粉的粒径为3~200μm；

所述石灰石中的CaCO₃含量≥90wt%，石灰石的粒径为3~200μm；

所述硅溶胶中的SiO₂含量≥20wt%；

所述焦炭中固定碳含量≥80wt%，焦炭的粒径为0.1~1mm。

实施例1

一种轻质硅砖的制备方法。先将30~40wt%的硅石颗粒、20~30wt%的硅石细粉、2~4wt%的石灰石、10~15wt%的硅溶胶和20~30wt%的焦炭混合，搅拌均匀，振动成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥4~8小时，然后在1200~1300℃条件下保温3~7小时，即得轻质硅砖。

实施例2

一种轻质硅砖的制备方法。先将40~50wt%的硅石颗粒、10~20wt%的硅石细粉、4~6wt%的石灰石、10~15wt%的硅溶胶和10~20wt%的焦炭混合，搅拌均匀，捣打成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥8~15小时，然后在1300~1400℃条件下保温7~10小时，即得轻质硅砖。

实施例3

一种轻质硅砖的制备方法。先将50~60wt%的硅石颗粒、10~20wt%的硅石细粉、4~6wt%的石灰石、5~10wt%的硅溶胶和10~20wt%的焦炭混合，搅拌均匀，振动成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥15~20小时，然后在1300~1400℃条件下保温10~12小时，即得轻质硅砖。

实施例4

一种轻质硅砖的制备方法，先将50~60wt%的硅石颗粒、10~20wt%的硅石细粉、4~6wt%的石灰石、5~10wt%的硅溶胶和10~20wt%的焦炭混合，搅拌均匀，捣打成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥20~24小时，然后在1200~1300℃条件下保温12~15小时，即得轻质硅砖。

本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：

本具体实施方式克服了现有技术中在干法混合过程中易造成原料偏析的缺点，借助于液态混合溶液对物料进行混合，在混合体内部形成粘—塑性体，有效提高了混合料中各种原料的均匀分布程度。传统轻质硅砖的生产中使用了铁鳞、石灰乳、木质磺酸素盐用作矿化剂和提高材料的后期强度，由于在高温下上述物质会促使低熔相的生成，从而降低了轻质硅砖的高温强度和力学性能。本具体实施方式使用的是硅溶胶作为结合剂，石灰石分解后的氧化钙作为矿化剂，其中的杂质少。高温下，硅溶胶形成的二氧化硅不会降低材料的高温强度，高温处理后，材料的强度较高。

本具体实施方式通过加入石灰石，在高温下生成活性很高的氧化钙，起到硅砖生产的矿化剂的作用。且由于使用的石灰石粒径小，其分解反应所形成的气孔孔径不大，不会明显降低材料的强度，留下的孔径可以降低材料的导热系数，起到保温和隔热的作用。

本具体实施方式中由于使用了相当数量的小颗粒焦炭，材料中的焦炭在高温下燃烧，在原位留下微孔，起到了降低硅砖体积密度和导热系数的作用。同时焦炭燃烧后还产生了一部分数量的灰分，灰分中的主要化学成分为二氧化硅，还有少量的氧化铝和氧化钙，在高温下灰分可以起到促进材料烧结的作用。

因此，本具体实施方式工艺简单和原材料丰富；所制备的轻质硅砖的体积密度为1.10~0.95g/cm³，具有显微结构均匀、体积密度小、隔热保温性能优异、荷重软化温度高和高温体积稳定性好的特点，可兼顾隔热、保温、高温力学性质及荷重软化温度的要求，应用范围广泛。

Claims (6)

1.一种轻质硅砖的制备方法，其特征在于先将30~60wt%的硅石颗粒、10~30wt%的硅石细粉、2~6wt%的石灰石、5~15wt%的硅溶胶和10~30wt%的焦炭混合，搅拌均匀，振动成型或捣打成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥4~24小时，然后在1200~1400℃条件下保温3~15小时，即得轻质硅砖。

2.根据权利要求1所述轻质硅砖的制备方法，其特征在于所述硅石颗粒中的SiO₂含量≥97wt%；硅石颗粒的粒径为0.2~3mm。

3.根据权利要求1所述轻质硅砖的制备方法，其特征在于所述硅石细粉中的SiO₂含量≥97wt%；硅石细粉的粒径为3~200μm。

4.根据权利要求1所述轻质硅砖的制备方法，其特征在于所述石灰石中的CaCO₃含量≥90wt%；石灰石的粒径为3~200μm。

5.根据权利要求1所述轻质硅砖的制备方法，其特征在于所述硅溶胶中的SiO₂含量≥20wt%。

6.根据权利要求1所述轻质硅砖的制备方法，其特征在于所述焦炭中固定碳含量≥80wt%，焦炭的粒径为0.1~1mm。