CN104973868B - 高强高铝轻质隔热耐火砖及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热工设备隔热层用的高强高铝轻质隔热耐火砖及其生产方法。原料中含有高铝矾土熟料30~35%，膨胀剂10‑20%，粘结剂45~55%，外加上述基础原料总量0.1‑0.15%的工程纤维、0.15‑0.2%的减水剂，另外每吨基础原料加入可发性聚苯乙烯球0.7~2.0m3；粘结剂为高岭土或高铝矾土水泥，粒度为200~325目。生产时将原料搅拌制成泥料；制成砖坯，将砖坯干燥，在1350~1400℃保温烧成。本发明产品具有耐压强度高、导热系数低、高温重烧线变化率低等优点，其常温耐压强度达到普通制品的两倍以上；可用于各种热工设备的隔热层、耐火层，达到节能、耐火的双重作用，有利于推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种轻质隔热耐火砖，特别是涉及一种热工设备隔热层用的高强高铝轻质隔热耐火砖及其生产方法。
背景技术
世界范围内能源紧缺，各种热工设备是工业生产中的重要设施，也是能源消耗大户，因此，各种热工设备的耐火层及隔热层要求保温、耐火、隔热，是热工设备长期安全使用、节能降耗获得更大经济效益的保证。目前各种材质的隔热、保温耐火砖基本采用（1）加入可燃物，如植物锯沫、聚轻球；（2）低密度、低耐火度轻质材料，如膨化珍珠岩、闭孔珍珠岩。然而大量加入低密度轻质材料往往会破坏产品的整体耐火度、线变化率等高温使用性能，达不到相关产品的国标要求，从而降低工业窑炉的使用寿命，严重时甚至导致生产事故的发生。
申请号为200810015228.2的专利申请公开了一种莫来石轻质隔热保温砖的配方，其组分包括湛江土、蓝晶石、硅线石、煅烧氧化铝、废品回料，再加EPS聚轻球和锯末。该产品相同体积密度下耐压强度比同类产品高10％左右，比其他配方更有利于工艺过程控制和产品质量的稳定。但该产品配方相对复杂，原料成本较高，性能一般，产品的性价较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于：提供一种耐压强度高、导热系数低、线变化率低、生产成本低的高铝轻质隔热耐火砖及其生产方法。
本发明的技术方案：
一种高强高铝轻质隔热耐火砖，以重量百分比表示，原料中含有高铝矾土熟料30~35%，膨胀剂10-20%，粘结剂45~55%，以上述原料为基础，外加基础原料总量0.1-0.15%的工程纤维、0.15-0.2%的减水剂，另外每吨基础原料加入可发性聚苯乙烯球0.7~2.0m3；所述粘结剂为高岭土或高铝矾土水泥，粒度为200~325目；所述膨胀剂为蓝晶石，粒度为180目。
所述高铝矾土熟料的铝含量为50~88%，粒度为200~325目。
所述可发性聚苯乙烯球是由可发性聚苯乙烯原粒经过高温蒸汽加工后形成的球状粒子，容重为15~20kg/m3，粒度为0.5~1.5mm。
所述工程纤维主要以同伴聚丙纤维、同伴聚酯纤维为主导，纤维长度为15-20mm，纤维直径为18-40微米；所述减水剂采用三聚磷酸钠。
所述高强高铝轻质隔热耐火砖的生产方法，包括称取原料、混料、成型、干燥和烧成，先将高铝矾土熟料、膨胀剂、粘结剂、工程纤维、减水剂按比例混合，搅拌5-6分钟；然后加入可发性聚苯乙烯球，混合搅拌5-6分钟；加入水，高铝矾土熟料、膨胀剂、粘结剂的总量与水的重量比为1：0.3~0.4，经搅拌制成泥料；然后经挤泥机挤成泥条，经切坯制成砖坯，将砖坯干燥，然后装入窑炉；再从常温加热至1350~1400℃，保温 2~3 h，烧成。
所述砖坯干燥分两段，第一段为低温干燥，干燥温度为20~35℃，干燥时间为24~36h；第二段为强制干燥，干燥温度为90~110℃，干燥时间为24~36h，干燥后砖坯水分质量含量控制在5%以下。
砖坯干燥时采用蜂窝铝合金烘干托板，铝合金板上带有透气排水孔，铝合金板上敷设有棉布层。
将砖坯从常温加热的烧成温度制度为：砖坯由室温经8～10h升温至700～750℃，保温1～1.5h；经5～6h升温至1000～1050℃，保温1.5～2h；经5～6h升温至1250～1300℃，保温1～1.5h；经2～3h升温至1350～1400℃，保温2～3h；然后开始降温，由1350～1400℃经8～10h降温至1100～1150℃，保温1～1.5h；再经7～7.5h降温至800～850℃，最后自然冷却至100℃。
原料性能要求：
1、高铝矾土熟料的性能要求
| Al2O3（%） | Fe2O3（%） | 耐火度（℃） | 体积密度，g/cm3 |
| 50~88 | ≤2.0 | ≥1790 | ≥2.75 |
2、高岭土的性能要求
| Al2O3（%） | Fe2O3（%） | 耐火度（℃） | 灼减（%） | 可塑性 |
| ≥38 | ≤2.0 | ≥1670 | ≤17 | ≥3.0 |
3、高铝矾土水泥的性能要求：
| Al2O3（%） | SiO2（%） | Fe2O3（%） | Na2O＋K2O（%） | S（%） | 灼减（%） |
| 50~77 | ≤8.0 | ≤2.5 | ≤0.4 | ≤0.1 | ≤0.1 |
4、膨胀剂蓝晶石的性能要求
| Al2O3（%） | Fe2O3（%） | 耐火度（℃） | 体积密度，g/cm3 |
| 45~55 | ≤1.0 | ≥1790 | 3.53-3.65 |
5、工程纤维的性能要求
| 材料 | 聚丙烯 | 纤维类型 | 束状单丝 |
| 比重 | 0.91 | 抗拉强度 | >358Mpa |
| 抗酸碱性 | 极高 | 弹性模量 | >3.5Gpa |
| 熔点 | >165℃ | 纤维直径 | 18-40微米 |
| 安全性 | 无毒材料 | 吸水性 | 无 |
| 导热性 | 极低 | 拉伸极限 | >15% |
| 抗低温性 | 强 | 规格 | 19mm、9mm、6mm |
本发明的积极有益效果：
（1）本发明的高铝轻质隔热耐火砖配方简单，原料易得，配伍性好，产品具有耐压强度高、导热系数低、高温重烧线变化率低等优点，其常温耐压强度达到普通制品的两倍以上，产品性能达到了相关产品的国家标准（高铝质隔热耐火砖GB/T3995-1983）。具体性能见表1。
表1中的性能参数是本发明产品的典型值，可以通过优化原料配比达到用户不同的性能要求。
表1中牌号LG-1.0表示高铝轻质砖，比重为g/cm3。
（2）本发明采用工程纤维替代锯末作为烧失材料，其优越性明显。用工程纤维形成的气孔更小，结构强度高，导热系数小。因锯末长度和直径随加工过程的不同而不同，其直径一般在80-100微米之间，长度为10-15mm，其形成的气孔远大于工程纤维形成的气孔尺寸，往往导致制品的结构强度不高，导热系数较大。采用工程纤维代替锯末，其质量非常稳定，可以根据需要选用各种长度和直径的制品；该材料不吸水，能大幅降低泥料的水分，再辅以减水剂，能将泥料的水分减少40-50%以上，从而能大幅提高最终制成品的强度，并减少烘干过程中的能源消耗。
（3）本发明配方中采用膨胀剂蓝晶石，该材料在1200-1400度的温度范围内由于晶型的转化产生10%左右的体积膨胀，可以抵消粘结剂在高温烧成时的体积收缩，防止烧结裂纹的产生，并且其在高温时能转化成莫来石，增加制品中莫来石的含量，提高制品的高温使用性能和常温耐压强度。
（4）本发明中配方中采用的工程纤维是一种束状细丝状的人工合成纤维，加工过程中纤维能轻易迅速均匀分散于加过水的泥料中，形成一种多向支撑体系，分散了泥料的定向应力，阻止泥料中原生裂缝的发生和发展，消除或减少了原生微裂缝的数量。另外由于纤维本身具有一定的强度，纤维均匀分散在泥料中并形成锚固作用，其在干燥受热过程中可吸收一定的破坏能量，降低半成品干燥裂纹产生的可能性，提高半成品的合格率。
（5）本发明中砖坯在干燥时采用蜂窝铝合金烘干托板，由于铝合金板上带有透气排水孔，同时敷设有棉布，干燥效果好，节能降耗；采用两段法干燥，根据原料种类设定每段的干燥温度和干燥时间，先进行低温干燥，此阶段砖坯水分大，需控制烘干温度，防止水分急剧排出导致砖坯出现裂纹，然后强制干燥，控制坯体水分达到要求，能保证烧结后产品的质量。
（6）本发明采用设定的烧成温度，有利于产品加工和产品性能的改善，有利于提高其耐压强度等性能指标。
（7）本发明的高强高铝轻质隔热耐火砖可用于各种热工设备的隔热层、耐火层，达到节能、耐火的双重作用，有利于推广应用。
具体实施方式
下面通过举例进一步说明本发明，各原料的性能要求见技术方案部分，原料用量以重量百分比计，可根据用户要求具体调整其技术性能。
实施例1：高铝轻质隔热耐火砖及其生产方法，原料配比见表2，按重量百分比称取高铝矾土孰料30%、粘结剂高岭土 55%、膨胀剂蓝晶石15%，以上述原料为基础，外加基础原料总量0.1%的工程纤维、0.15%的减水剂，另外每吨基础原料加入可发性聚苯乙烯球0.8m3。
所述高铝矾土熟料的铝含量为50~88%，粒度为200~325目，蓝晶石的粒度为180目，高岭土的粒度为200~325目；工程纤维以同伴聚丙纤维、同伴聚酯纤维为主导，纤维长度为15-20mm，纤维直径为18-40微米。
所述可发性聚苯乙烯球是由可发性聚苯乙烯原粒经过高温蒸汽加工后形成的球状粒子，容重为15~20kg/m3，外观呈白色，粒度尺寸为0.5~1.5mm。
生产方法：
将原料高铝矾土熟料、膨胀剂、粘结剂、工程纤维、减水剂按比例混合，搅拌5-6分钟；然后按比例加入可发性聚苯乙烯球，混合搅拌5-6分钟；加入水，高铝矾土熟料、膨胀剂、粘结剂的总量与水的重量比为1：0.3~0.4，经搅拌制成泥料，搅拌5-6分钟；然后经挤泥机挤成泥条，经切坯制成砖坯，将砖坯干燥后装入窑炉；从常温加热至1350~1400℃，保温 2~3h，烧成，产品随炉冷却后出窑。
砖坯干燥分两段进行，第一段为低温干燥，干燥温度为20~35℃，干燥时间为24~36h；第二段为强制干燥，干燥温度为90~110℃，干燥时间为24~36h，干燥后砖坯水分质量含量控制在5%以下；
产品出窑后，对其理化性能、表面质量和外形尺寸进行检验；产品合格后按尺寸标准或合同要求进行磨砌、组装；最后将产品包装入库，保管或发货。
实施例2：高铝轻质隔热耐火砖的原料配比见表2，其生产方法和例1基本相同，不同之处在于：
高铝矾土熟料、膨胀剂、粘结剂的总量与水的重量比为1：0.4；砖坯两段干燥时，第一段低温干燥，干燥温度为20~30℃，干燥时间30~36h；第二段强制干燥，干燥温度为90~100℃，干燥时间为30~36h，干燥后砖坯水分质量含量控制在5%以下； 砖坯干燥时采用蜂窝铝合金烘干托板，铝合金板上带有透气排水孔，铝合金板上敷设有棉布层，铝合金板和棉布层之间采用粘合剂粘合。
将砖坯从常温加热的烧成温度制度为：砖坯由室温经8h升温至700℃，保温1.5h；经5升温至1000℃，保温2h；经5h升温至1250℃，保温1.5h；经2h升温至1350℃，保温3h；然后开始降温，由1350℃经8h降温至1100℃，保温1.5h；再经7h降温至800℃，最后自然冷却至100℃，出窑。
实施例3：高铝轻质隔热耐火砖的原料配比见表2，其生产方法和例1基本相同，不同之处在于：
高铝矾土熟料、膨胀剂、粘结剂的总量与水的重量比为1：0.3；砖坯两段干燥时，第一段低温干燥，干燥温度为25~35℃，干燥时间24~30h；第二段强制干燥，干燥温度为90~100℃，干燥时间为30~36h，干燥后砖坯水分质量含量控制在5%以下；
将砖坯从常温加热至高温的烧成温度制度为：砖坯由室温经10h升温至750℃，保温1h；经6h升温至1050℃，保温1.5h；经6h升温至1300℃，保温1h；经3h升温至1400℃，保温2h；然后开始降温，由1400℃经10h降温至1100℃，保温1.5h；再经7.5h降温至800℃，最后自然冷却至100℃，出窑。
实施例4：高铝轻质隔热耐火砖的原料配比见表2，其生产方法和例2基本相同，不同之处在于：
高铝矾土熟料、膨胀剂、粘结剂的总量与水的重量比为1：0.3；砖坯两段干燥时，第一段低温干燥，干燥温度为20~35℃，干燥时间26~32h；第二段强制干燥，干燥温度为95~100℃，干燥时间为28~35h，干燥后砖坯水分质量含量控制在5%以下；
将砖坯从常温加热至高温的烧成温度制度为：砖坯由室温经9h升温至720℃，保温1.5h；经5.5h升温至1020℃，保温2h；经5.5h升温至1280℃，保温1h；经3h升温至1380℃，保温2.5h；然后开始降温，由1380℃经9h降温至1120℃，保温1.5h；再经7.5h降温至800℃，最后自然冷却至100℃，出窑。
其他实施例的原料配比见表2，生产方法同例1，不再详述。
表2：各实施例中高铝聚轻隔热耐火砖的原料成分（以重量百分比计，%）
。
Claims (7)
1.一种高强高铝轻质隔热耐火砖，其特征是：以重量百分比表示，原料中含有高铝矾土熟料30～35％，膨胀剂10-20％，粘结剂45～55％，以上述原料为基础，外加基础原料总量0.1-0.15％的工程纤维、0.15-0.2％的减水剂，另外每吨基础原料加入可发性聚苯乙烯球0.7～2.0m3；所述粘结剂为高岭土或高铝矾土水泥，粒度为200～325目；所述膨胀剂为蓝晶石，粒度为180目；所述工程纤维以同伴聚丙纤维、同伴聚酯纤维为主导，纤维长度为15-20mm，纤维直径为18-40微米。
2.根据权利要求1所述高强高铝轻质隔热耐火砖，其特征是：所述高铝矾土熟料的铝含量为50～88％，粒度为200～325目。
3.根据权利要求1所述高强高铝轻质隔热耐火砖，其特征是：所述可发性聚苯乙烯球是由可发性聚苯乙烯原粒经高温蒸汽加工后形成的球状粒子，容重为15～20kg/m3，粒度为0.5～1.5mm。
4.根据权利要求3所述高强高铝轻质隔热耐火砖，其特征是：所述减水剂为三聚磷酸钠。
5.一种权利要求1-4任一项所述高强高铝轻质隔热耐火砖的生产方法，包括称取原料、混料、成型、干燥和烧成，其特征是：将高铝矾土熟料、膨胀剂、粘结剂、工程纤维、减水剂按比例混合，搅拌5-6分钟；然后加入可发性聚苯乙烯球，混合搅拌5-6分钟；加入水，高铝矾土熟料、膨胀剂、粘结剂的总量与水的重量比为1：0.3～0.4，经搅拌制成泥料；经挤泥机挤成泥条，切坯制成砖坯，将砖坯干燥后装入窑炉；再从常温加热至1350～1400℃，保温2～3h，烧成；
将砖坯从常温加热的烧成温度制度为：砖坯由室温经8～10h升温至700～750℃，保温1～1.5h；经5～6h升温至1000～1050℃，保温1.5～2h；经5～6h升温至1250～1300℃，保温1～1.5h；经2～3h升温至1350～1400℃，保温2～3h；然后开始降温，由1350～1400℃经8～10h降温至1100～1150℃，保温1～1.5h；再经7～7.5h降温至800～850℃，最后自然冷却至100℃。
6.根据权利要求5所述的生产方法，其特征是：所述砖坯干燥分两段进行，第一段为低温干燥，干燥温度为20～35℃，干燥时间为24～36h；第二段为强制干燥，干燥温度为90～110℃，干燥时间为24～36h，干燥后砖坯水分质量含量控制在5％以下。
7.根据权利要求6所述的生产方法，其特征是：砖坯干燥时采用蜂窝铝合金烘干托板，铝合金板上带有透气排水孔，铝合金板上还敷设有棉布。
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Denomination of invention: High strength and high aluminum lightweight thermal insulation refractory bricks and their production methods Effective date of registration: 20231102 Granted publication date: 20170811 Pledgee: Henan Xinmi Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: ZHENGZHOU ORIENTAL LINING MATERIAL CO.,LTD. Registration number: Y2023980063744 |