CN105417949B - 一种硅酸铝纤维的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种硅酸铝纤维的制备方法,包括以下步骤:将硅酸铝纤维的原料熟料依次进行粉碎、熔融和离心甩丝,得到硅酸铝纤维;所述粉碎的粒度级配为:2~5mm粒径的质量百分含量为50~99%;0~2mm粒径的质量百分含量为1~50%。本发明将粉碎粒径限制在5mm以下,并且通过合理的粒径配比,不仅可提高原料熔化速度,减低能耗,还能规避原料粒度过小存在的缺点。在使用相同原料及相同生产条件下,按照本发明中的方法生产每吨硅酸铝纤维可节省能源100kW·h左右。

Description

一种硅酸铝纤维的制备方法
技术领域
本发明属于无机材料技术领域,尤其涉及一种硅酸铝纤维的制备方法。
背景技术
硅酸铝纤维,又称作陶瓷纤维,是一种新型轻质的耐火材料,具有容重轻、耐高温、热稳定性好、热传导率低、热容小、抗机械振动好、受热膨胀小、隔热性能好等优点。中国从上世纪70年代开始硅酸铝纤维的生产研究,当前,生产硅酸铝所用原料主要为焦宝石、煤矸石、高岭岩、铝矾土等天然矿物原料,在使用前,需把矿物原料在一定的温度下进行煅烧,烧除水分、有机物及其它易烧除的杂质,获得一种相对稳定的材料状态,即矿物熟料,一般烧后的矿物熟料多数呈大块状。在生产硅酸铝纤维时,通常需要把大块状的原料经鄂破加工成小块料,经电阻炉中进行熔融、形成的熔融液经离心甩丝或喷吹成纤制备成硅酸铝纤维。
生产硅酸铝纤维所用的天然矿物熟料一般呈大块状,尽管在使用时,会先进行鄂破加工,把大块状的原料加工成小块状的原料再进行使用,但原料粒径仍然较大,一般在厘米级别。受原料粒径较大影响,原料受热面积小,并且原料之间间隙大,在原料熔化过程中,热量散失较多,导致原料熔化速度慢、能耗升高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅酸铝纤维的制备方法,本发明中的制备方法原料熔化速率快,能耗低。
本发明提供一种硅酸铝纤维的制备方法,包括以下步骤:
将硅酸铝纤维的原料熟料依次进行粉碎、熔融和离心甩丝,得到硅酸铝纤维;
所述粉碎的粒度级配为:2~5mm粒径的质量百分含量为50~99%;0~2mm粒径的质量百分含量为1~50%。
优选的,所述粉碎后2~5mm粒径的质量百分含量为60~95%。
优选的,所述粉碎后2~5mm粒径的质量百分含量为70~90%。
优选的,所述粉碎后0~2mm粒径的质量百分含量为5~40%。
优选的,所述粉碎后0~2mm粒径的质量百分含量为10~30%。
优选的,所述硅酸铝纤维的原料熟料包括煤矸石熟料和高岭岩熟料。
优选的,所述煤矸石熟料和高岭岩熟料的质量比为(6~9):(1~4)。
优选的,所述煤矸石熟料和高岭岩熟料的质量比为(7~8):(2~3)。
优选的,所述煤矸石熟料经粉碎后的粒度级配为:2~5mm粒径的质量百分含量为70~90%;0~2mm粒径的质量百分含量为10~30%。
优选的,所述高岭岩熟料经粉碎后的粒度级配为:2~5mm粒径的百分含量为70~90%;0~2mm粒径的质量百分含量为10~30%。
本发明经研究发现,原料粒度过小(2mm以下)会存在缺点,一方面会造成原料透气性不好,在原料结晶水脱除时,因局部积存水蒸气过多、压力过大,会造成鼓液,造成热量损失,并且存在安全隐患;另一方面有机杂质(如原料中残余的碳)因得不到充足的空气,不能燃烧脱除,熔化后进入熔融液中造成产品变色,影响产品外观质量。
因此,本发明提供了一种硅酸铝纤维的制备方法,包括以下步骤:将硅酸铝纤维的原料熟料依次进行粉碎、熔融和离心甩丝,得到硅酸铝纤维;所述粉碎的粒度级配为:2~5mm粒径的质量百分含量为50~99%;0~2mm粒径的质量百分含量为1~50%。本发明将粉碎粒径限制在5mm以下,并且通过合理的粒径配比,不仅可提高原料熔化速度,减低能耗,还能规避原料粒度过小存在的缺点。在使用相同原料及相同生产条件下,按照本发明中的方法生产每吨硅酸铝纤维可节省能源100kW·h左右。
具体实施方式
本发明提供了一种硅酸铝纤维的制备方法,包括以下步骤:
将硅酸铝纤维的原料熟料依次进行粉碎、熔融和离心甩丝,得到硅酸铝纤维;
所述粉碎的粒度级配为:2~5mm粒径的质量百分含量为50~99%;0~2mm粒径的质量百分含量为1~50%。
本发明中的制备方法原料熔化速率快,能耗低。
在本发明中,所述硅酸铝纤维的原料熟料优选包括焦宝石熟料、煤矸石熟料、高岭岩熟料和铝矾土熟料中的一种或几种,其中,焦宝石熟料中,Al2O3:40~50%、Al2O3+SiO2≥97%、Fe2O3<1%;煤矸石熟料中,Al2O3:40~50%、Al2O3+SiO2≥97%、Fe2O3<1%;高岭岩熟料中,Al2O3:20~40%、Al2O3+SiO2≥96%、Fe2O3<1%;铝矾土熟料中,Al2O3:50~60%、Al2O3+SiO2≥97%、Fe2O3<1.5%。本发明对所述各种原料熟料的来源没有特殊的限制,满足上述成分质量配比即可。
在本发明中,所述硅酸铝纤维的原料熟料经粉碎后得到熟料的粉料,以质量百分数计,所述熟料粉料的粒度级配为:2~5mm粒径的占50~99%;优选为60~95%,更优选为70~90%;0~2mm粒径的占1~50%,优选为5~40%,更优选为10~30%,具体的,在本发明的实施例中,可采用70%的2~5mm粒径和30%的0~2mm粒径;60%的2~5mm粒径和40%的0~2mm粒径;50%的2~5mm粒径和50%的0~2mm粒径。
本发明优选将采用煤矸石熟料和高岭岩熟料作为生产硅酸铝纤维的原料熟料,所述煤矸石熟料和高岭岩熟料的质量比优选为(6~9):(1~4),更优选为(7~8):(2~3),最优选为8:2。本发明优选将所述煤矸石熟料和高岭岩熟料分别粉碎后,再混合均匀。具体的,在本发明的实施例中,所述煤矸石熟料可采用以下粒度级配:以质量百分数计,2~5mm粒径占70%,0~2mm粒径占30%;2~5mm粒径占60%,0~2mm粒径占40%;2~5mm粒径占50%,0~2mm粒径占50%;所述高岭岩熟料可采用以下粒度级配,以质量百分数计,2~5mm粒径占70%,0~2mm粒径占30%;2~5mm粒径占60%,0~2mm粒径占40%;2~5mm粒径占50%,0~2mm粒径占50%。
本发明限定的特定的粒径级配具有以下优点:
1、可以提高原料加工混合均匀度及降低原料运输及使用过程中原料偏析程度,提高了产品化学成分及产品质量的稳定性。
2、缩短了原料内部结晶水向表面迁移的距离,加快了原料中结晶水的脱除;同时,增大了有机杂质与熔融液直接接触的机会,加快了有机杂质的脱除。
3、原料粒度在0~5mm之间,其比表面积较大,表面能较高,原料表面缺陷增多,从而增加了原料的活性,增加了烧结助动力,促进物料烧结,从而原料熔化速度加快。
在本发明中,所述熔融和离心甩丝均为本领域技术人员常用的制备硅酸铝纤维的方法,在此不再赘述,其中,熔融的温度优选为2000~2500℃,更优选为2100~2400℃。
本发明测试了本发明得到的硅酸铝纤维的纤维直径,结果表明,本发明中硅酸铝纤维的纤维直径为3~5μm。
本发明按照GB/T17911-2006抗拉强度测试了本发明得到的硅酸铝纤维的抗拉强度,结果表明,本发明中硅酸铝纤维的抗拉强度为0.05~0.06MPa。
本发明按照YB/T4130-2005水流量平板法测试了本发明得到的硅酸铝纤维的导热系数,结果表明,本发明中硅酸铝纤维的导热系数为0.128W/m·k(平均500℃)。
本发明按照GB/T17911-2006加热永久线变化测试了本发明得到的硅酸铝纤维的加热永久线变化,结果表明,本发明中硅酸铝纤维的加热永久线变化为-0.8%(800℃×24h)。
本发明提供了一种硅酸铝纤维的制备方法,包括以下步骤:将硅酸铝纤维的原料熟料依次进行粉碎、熔融和离心甩丝,得到硅酸铝纤维;所述粉碎的粒度级配为:2~5mm粒径的质量百分含量为50~99%;0~2mm粒径的质量百分含量为1~50%。本发明将粉碎粒径限制在5mm以下,并且通过合理的粒径配比,不仅可提高原料熔化速度,减低能耗,还能规避原料粒度过小存在的缺点。在使用相同原料及相同生产条件下,按照本发明中的方法生产每吨硅酸铝纤维可节省能源100kW·h左右。
为了进一步说明本发明,以下结合实施例对本发明提供的一种硅酸铝纤维的制备方法进行详细描述,但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
在以下实施例中,煤矸石熟料中各组分质量含量为:Al2O3:40~50%、Al2O3+SiO2≥97%,Fe2O3<1%;高岭岩熟料中各组分质量含量为Al2O3:20~40%、Al2O3+SiO2≥96%,Fe2O3<1%。
在以下实施例中,所涉及到的百分数均为质量百分数。
实施例1
将80重量份的煤矸石熟料,加工破碎至粒径2~5mm占70%、2mm以内占30%;20重量份的高岭岩熟料加工破碎至粒径2~5mm占70%、2mm以内占30%;然后再经混料机混料均匀,在2100℃温度下进行熔融,形成的熔融液经离心甩丝制备成硅酸铝纤维。所得硅酸铝纤维中,Al2O3为39~42%、Al2O3+SiO2≥98%、Fe2O3<1%。
本发明分别测试了本实施例中硅酸铝纤维的纤维直径、抗拉强度、导热系数和加热永久线变化,结果如表1所示,表1为本发明实施例1~5和比较例1得到的硅酸铝纤维的性能参数。
实施例2
将80重量份的煤矸石熟料,加工破碎至粒径2~5mm占60%、2mm以内占40%;20重量份的高岭岩熟料,加工破碎至粒径2~5mm占60%、2mm以内占40%;后再经混料机混料均匀,在2100℃温度下进行熔融,形成的熔融液经离心甩丝制备成硅酸铝纤维。所得硅酸铝纤维中,Al2O3为39~42%、Al2O3+SiO2≥98%、Fe2O3<1%。
本发明分别测试了本实施例中硅酸铝纤维的纤维直径、抗拉强度、导热系数和加热永久线变化,结果如表1所示,表1为本发明实施例1~5和比较例1得到的硅酸铝纤维的性能参数。
实施例3
将80重量份的煤矸石熟料,加工破碎至粒径2~5mm占70%、2mm以内占30%;20重量份的高岭岩熟料,加工破碎至粒径2~5mm占50%、2mm以内占50%,然后再经混料机混料均匀,在2100℃温度下进行熔融,形成的熔融液经离心甩丝制备成硅酸铝纤维。所得硅酸铝纤维中,Al2O3为39~42%、Al2O3+SiO2≥98%、Fe2O3<1%。
本发明分别测试了本实施例中硅酸铝纤维的纤维直径、抗拉强度、导热系数和加热永久线变化,结果如表1所示,表1为本发明实施例1~5和比较例1得到的硅酸铝纤维的性能参数。
实施例4
将80重量份的煤矸石熟料,加工破碎至粒径2~5mm占50%、2mm以内占50%;20重量份的高岭岩熟料,加工破碎至粒径2~5mm占70%、2mm以内占30%,然后再经混料机混料均匀,在2100℃温度下进行熔融,形成的熔融液经离心甩丝制备成硅酸铝纤维。所得硅酸铝纤维中,Al2O3为39~42%、Al2O3+SiO2≥98%、Fe2O3<1%。
本发明分别测试了本实施例中硅酸铝纤维的纤维直径、抗拉强度、导热系数和加热永久线变化,结果如表1所示,表1为本发明实施例1~5和比较例1得到的硅酸铝纤维的性能参数。
实施例5
将80重量份的煤矸石熟料,加工破碎至粒径2~5mm占50%、2mm以内占50%;20重量份的高岭岩熟料,加工破碎至粒径2~5mm占50%、2mm以内占50%;,然后再经混料机混料均匀,在2100℃温度下进行熔融,形成的熔融液经离心甩丝制备成硅酸铝纤维。所得硅酸铝纤维中,Al2O3为39~42%、Al2O3+SiO2≥98%、Fe2O3<1%。
本发明分别测试了本实施例中硅酸铝纤维的纤维直径、抗拉强度、导热系数和加热永久线变化,结果如表1所示,表1为本发明实施例1~5和比较例1得到的硅酸铝纤维的性能参数。
比较例1
将80重量份的煤矸石熟料、20重量份的高岭岩熟料,经机械搅拌后,经鄂破加工成小块料(5mm以上占70%、2~5mm占20%、2mm以内占10%),在2100℃温度下进行熔融,形成的熔融液经离心甩丝制备成硅酸铝纤维。所得硅酸铝纤维中,Al2O3为39~42%、Al2O3+SiO2≥98%、Fe2O3<1%。
本发明分别测试了本比较例中硅酸铝纤维的纤维直径、抗拉强度、导热系数和加热永久线变化,结果如表1所示,表1为本发明实施例1~5和比较例1得到的硅酸铝纤维的性能参数。
表1 为本发明实施例1~5和比较例1得到的硅酸铝纤维的性能参数
通过表1中数据显示,与比较例1相比,实施例1~5吨纤维电阻炉电耗均实现了下降,实施例1及实施2电耗降低程度最大,吨纤维电阻炉电耗下降近100kW·h;并且在实施例中,随着2~5mm原料比例的减小、2mm以内原料比例的增大,电耗逐渐增大,这说明了原料粒度2~5mm在特定的百分比范围内时熔化速度最快、电耗最低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种硅酸铝纤维的制备方法,包括以下步骤:
将硅酸铝纤维的原料熟料依次进行粉碎、熔融和离心甩丝,得到硅酸铝纤维;
所述粉碎的粒度级配为:2~5mm粒径的质量百分含量为60~95%;0~2mm粒径的质量百分含量为5~40%;
所述硅酸铝纤维的原料熟料为煤矸石熟料和高岭岩熟料;
所述煤矸石熟料和高岭岩熟料的质量比为(6~9):(1~4)。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述粉碎后2~5mm粒径的质量百分含量为70~90%。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述粉碎后0~2mm粒径的质量百分含量为10~30%。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述煤矸石熟料和高岭岩熟料的质量比为(7~8):(2~3)。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述煤矸石熟料经粉碎后的粒度级配为:2~5mm粒径的质量百分含量为70~90%;0~2mm粒径的质量百分含量为10~30%。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述高岭岩熟料经粉碎后的粒度级配为:2~5mm粒径的质量百分含量为70~90%;0~2mm粒径的质量百分含量为10~30%。
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