CN105541356A - 一种耐高温胶泥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种耐高温胶泥及其制备方法，包括20～40重量份轻质莫来石砖粉、15～35重量份高温氧化铝、5～15重量份氧化铝超微粉、5～15重量份硅线石粉、1～8重量份钙基膨润土、10～25重量份耐火粘土、2～10重量份多晶莫来石纤维与22～48重量份的结合剂。与现有技术相比，本发明耐高温胶泥中添加多晶莫来石纤维不仅可增加产品耐高温性能，也能增加产品抗热震性能，可有效防止耐高温胶泥收缩和在急冷急热条件下开裂对窑炉造成的不利影响；耐高温胶泥中氧化铝含量高，且不同粒径相互配合，有利于在高温条件下反应生成性能优异的莫来石相和少量刚玉相，从而提高耐高温性能。

Description

一种耐高温胶泥及其制备方法
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，尤其涉及一种耐高温胶泥及其制备方法。
背景技术
工业窑炉如乙烯裂解炉、高温梭式窑等热工设备对轻质耐火材料需求量日益增大，窑炉热面内衬材料设计选材也越来越倾向于使用低容重耐高温轻质耐火砖，在施工时需使用耐高温胶泥砌筑窑炉内衬。
耐高温胶泥起砌体接缝料的作用，一般由一定的颗粒配比和外加剂、粘合剂组成，加水或者液体混合均匀后使用。耐高温胶泥按照材质不同可分为粘土质、高铝质、刚玉质、镁质、硅质(石英)等。
粘土质一般采用硬质粘土熟料为基料，以软质粘土或化学结合剂为基质，均匀混合而成，使用温度一般在1300℃以下，可做成现用现混也可直接使用，主要应用于高炉、热风炉、焦炉、均热炉、换热炉、锅炉等在粘土砖砌筑的炉体接缝处和修补料；高铝质主要用于高铝熟料结合软质粘土或粘合剂，均匀混合使用，使用温度在1300℃～1700℃之间，一般根据使用部位的砌体成分和使用环境、温度，决定氧化铝的含量，可广泛应用于高铝砖砌筑的工业窑炉；硅质采用硅石粉为原料，结合剂一般为结合粘土或化学结合剂，使用温度一般在1500℃左右，主要应用在焦炉、玻璃窑炉、酸性窑炉等用硅砖砌筑的工业窑炉；镁质用镁砂为主要原料，采用膨润土或化学结合剂，用卤水直接调制泥浆，使用温度一般1600℃以上，主要应用在有色金属冶炼、电炉、转炉等用镁砖、镁铬砖、镁铝砖砌筑的工业窑炉上。
因所用原材料选择和配方等问题，使用温度较高的窑炉内衬中用耐高温胶泥砌筑的部分使用效果并不是很好，在窑炉高温运行过程中，胶泥与耐火砖接触部分产生裂缝，在高温气流冲击下，窑炉运行情况逐渐变差，影响窑炉使用寿命。
申请号为CN201410030187的中国专利公开了莫来石质高温胶泥及制备方法，使用优质矾土熟料、莫来石粉、氧化铝超细粉、硫酸铝溶液等为原料，采用的制备方法为先制备混合干粉料，再将干粉料加入到结合剂中。该莫来石质高温胶泥耐高温性能优异，但仍然存在易产生裂缝的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种耐高温性能较好、使用寿命长的的耐高温胶泥及其制备方法。
本发明提供了一种耐高温胶泥，包括：
优选的，所述结合剂包括硅胶、磷酸二氢铝、水与聚合物类粘结剂；所述硅胶、磷酸二氢铝、水与聚合物类结合剂的质量比为(10～20)：(3～7)：(7～14)：(2～8)。
优选的，所述聚合物类结合剂为聚乙烯醇溶液、AA胶与酰胺溶液中的一种或多种。
优选的，所述轻质莫来石砖粉的粒度小于等于0.124mm。
优选的，所述高温氧化铝的粒度小于等于0.045mm。
优选的，所述氧化铝超微粉的粒度小于等于0.005mm。
优选的，所述耐火粘土为超白高岭土和/或苏州土。
优选的，所述多晶莫来石纤维的长度为0.5～2mm。
本发明还提供了一种耐高温胶泥的制备方法，包括：
A)将20～40重量份轻质莫来石砖粉、15～35重量份高温氧化铝、5～15重量份氧化铝超微粉、5～15重量份硅线石粉、1～8重量份钙基膨润土、10～25重量份耐火粘土、2～10重量份多晶莫来石纤维与22～48重量份结合剂混合，得到耐高温胶泥。
优选的，所述步骤A)具体为：
A1)将20～40重量份轻质莫来石砖粉、15～35重量份高温氧化铝、5～15重量份氧化铝超微粉、5～15重量份硅线石粉、1～8重量份钙基膨润土、10～25重量份耐火粘土与2～10重量份多晶莫来石纤维混合，得到耐火混合料；
A2)将所述耐火混合料与22～48重量份的结合剂混合后，得到耐高温胶泥。
本发明提供了一种耐高温胶泥及其制备方法，包括20～40重量份轻质莫来石砖粉、15～35重量份高温氧化铝、5～15重量份氧化铝超微粉、5～15重量份硅线石粉、1～8重量份钙基膨润土、10～25重量份耐火粘土、2～10重量份多晶莫来石纤维与22～48重量份的结合剂。与现有技术相比，本发明耐高温胶泥中添加多晶莫来石纤维不仅可增加产品耐高温性能，也能增加产品抗热震性能，可有效防止耐高温胶泥收缩和在急冷急热条件下开裂对窑炉造成的不利影响；耐高温胶泥中氧化铝含量高，且不同粒径相互配合，有利于在高温条件下反应生成性能优异的莫来石相和少量刚玉相，从而提高耐高温性能。
实验表明，本发明制备的耐高温胶泥常温抗折强度可达8.2MPa。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种耐高温胶泥，包括：
本发明对所有原料的来源并没有特殊的限制，为市售即可。
其中，所述轻质莫来石砖粉的含量优选为20～35重量份，更优选为25～35重量份；所述轻质莫来石砖粉的粒径优选小于等于0.124mm，更优选为0.05～0.124mm，再优选为0.05～0.1mm；所述轻质莫来石砖粉的Al2O3含量大于等于79％，Fe2O3的含量小于等于0.5％。
所述高温氧化铝的含量优选为20～35重量份，更优选为25～35重量份；所述高温氧化铝的粒径优选小于等于0.045mm，更优选为0.01～0.045mm，再优选为0.02～0.045mm；所述高温氧化铝中Al2O3的含量优选大于等于99％；Fe2O3的含量小于等于0.04％；Na2O的含量小于等于0.3％。
所述氧化铝超微粉的含量优选为8～15重量份，更优选为10～15重量份；所述氧化铝超微粉的粒径优选小于等于0.005mm，更优选为0.001～0.005mm，再优选为0.001～0.003mm；所述氧化铝超微粉中Al2O3的含量优选大于等于99％；Fe2O3的含量小于等于0.04％；Na2O的含量小于等于0.3％。
所述硅线石粉的含量优选为8～15重量份，更优选为10～15重量份。
所述钙基膨润土的含量优选为3～8重量份，更优选为3～6重量份。
所述耐火粘土的含量优选为12～25重量份，更优选为15～20重量份，再优选为15～19重量份；所述耐火粘土为本领域熟知的耐火粘土即可，并无特殊的限制，本发明中优选为超白高岭土和/或苏州土；所述耐火粘土中Al2O3的含量优选大于等于36％；Fe2O3的含量优选小于等于0.9％；所述耐火粘土的粒径优选小于等于0.045mm，更优选为0.01～0.045mm，再优选为0.02～0.045mm。
所述多晶莫来石纤维的含量优选为4～10重量份，更优选为6～10重量份，再优选为6～9重量份；所述多晶莫来石纤维的长度优选为0.5～2mm。
按照本发明，所述结合剂优选包括硅胶、磷酸二氢铝、水与聚合物类结合剂；所述硅胶、磷酸二氢铝、水与聚合物类结合剂的质量比优选为(10～20)：(3～7)：(7～14)：(2～8)，更优选为(15～20)：(4～6)：(8～12)：(3～8)。
所述硅溶胶的含量优选为耐高温胶泥质量的15～20％；所述硅溶胶为本领域技术人员熟知的硅溶胶即可，并无特殊的限制，本发明中优选为比重为1～2g/cm3的硅溶胶，更优选为比重为1.2～1.5g/cm3的硅溶胶，再优选为比重为1.29～1.38g/cm3的硅溶胶。
所述磷酸二氢铝的含量优选为耐高温胶泥质量的4～6％；所述水的含量优选为耐高温胶泥质量的8～12％；在本发明中，所述磷酸二氢铝与水优选以磷酸二氢铝溶液的形式添加；所述磷酸二氢铝溶液的比重优选为1.5～1.55g/cm3；本发明耐高温胶泥中所述磷酸二氢铝溶液的含量优选为10～25重量份，更优选为10～22重量份，再优选为15～22重量份，最优选为19～22重量份。
所述聚合物类粘合剂的含量优选为耐高温胶泥质量的3～8％，更优选为3～6％；所述聚合物类粘合剂为本领域技术人员熟知的聚合物类粘合剂即可，并无特殊的限制，本发明中优选为聚乙烯醇溶液、AA胶与酰胺溶液中的一种或多种；所述聚乙烯醇溶液优选为质量浓度为5％的聚乙烯醇溶液。
本发明利用有机结合剂与无机结合剂相互配合，充分发挥了有机结合剂提高常温抗折强度，无机结合剂提高烧后抗折强度的优势，提高了产品常温和高温使用性能，使炉衬整体砌筑强度提高，使用寿命延长。
本发明耐高温胶泥中添加多晶莫来石纤维不仅可增加产品耐高温性能，也能增加产品抗热震性能，可有效防止耐高温胶泥收缩和在急冷急热条件下开裂对窑炉造成的不利影响；耐高温胶泥中氧化铝含量高，达到75％～80％，超过莫来石氧化铝含量(71.8％)，且不同粒径相互配合，有利于在高温条件下反应生成性能优异的莫来石相和少量刚玉相，从而提高耐高温性能；有机结合剂与无机结合剂相互配合，充分发挥了有机结合剂提高常温抗折强度，无机结合剂提高烧后抗折强度的优势，提高了产品常温和高温使用性能，使炉衬整体砌筑强度提高，使用寿命延长。
本发明还提供了一种上述耐高温胶泥的制备方法，包括：A)将20～40重量份轻质莫来石砖粉、15～35重量份高温氧化铝、5～15重量份氧化铝超微粉、5～15重量份硅线石粉、1～8重量份钙基膨润土、10～25重量份耐火粘土、2～10重量份多晶莫来石纤维与22～48重量份的结合剂混合，得到耐高温胶泥。
其中，所述轻质莫来石转粉、高温氧化铝、氧化铝超微粉、硅线石粉、钙基膨润土、耐火粘土、多晶莫来石纤维与结合剂均同上所述，在此不再赘述。
本发明优选按照以下步骤进行：A1)将20～40重量份轻质莫来石砖粉、15～35重量份高温氧化铝、5～15重量份氧化铝超微粉、5～15重量份硅线石粉、1～8重量份钙基膨润土、10～25重量份耐火粘土与2～10重量份多晶莫来石纤维混合，得到耐火混合料；所述混合的时间优选为20～30min；A2)将所述耐火混合料与22～48重量份的结合剂混合，优选混合10～20min，得到耐高温胶泥。
所述结合剂优选按照以下方法制备：10～20wt％的硅胶、3～7wt％的磷酸二氢铝、7～14wt％的水与2～8wt％的聚合物类结合剂混合，优选混合10～20min，得到结合剂。
本发明制备方法操作简单，市场上原材料供应量充足，价格低廉，生产的耐高温胶泥氧化铝含量高、施工性能与耐高温性能较好，抗折强度高、抗剥落性能好，使用寿命长。
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耐高温胶泥及其制备方法进行详细描述。
以下实施例中所用的试剂均为市售，轻质莫来石砖粉的粒度小于0.124mm，Al2O3≥79％，Fe2O3≤0.5％；超白高岭土的粒度小于0.045mm，Al2O3≥36％，Fe2O3≤0.9％；高温氧化铝的粒度小于0.045mm，Al2O3≥99％，Fe2O3≤0.04％，Na2O≤0.3％；氧化铝超微粉的粒度小于0.005mm，α-Al2O3≥99％，Fe2O3≤0.04％，Na2O≤0.3％；硅线石粉中Al2O3为54％～58％，Fe2O3≤1.0％；硅溶胶的比重为1.29～1.38g/cm3；磷酸二氢铝溶液的比重为1.5～1.55g/cm3；聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇的质量浓度为5％。
实施例1
1.1将9重量份的长度为0.5～2mm的短切多晶莫来石纤维、35重量份的轻质莫来石砖粉、18重量份超白高岭土、28重量份高温氧化铝、10重量份硅线石粉、4重量份钙基膨润土与10重量份氧化铝超微粉混合搅拌20min，得到耐火混合料。
1.2将15重量份的硅溶胶、20重量份的磷酸二氢铝溶液与3重量份的聚乙烯醇溶液混合搅拌15min，得到结合剂。
1.3将1.2中得到的结合剂缓慢加入1.1中得到的耐火混合料中，混合搅拌10min，得到耐高温胶泥。
对实施例1中得到的耐高温胶泥的性能进行测试，得到结果如下：体积密度1.83g/cm3；最高使用温度1600℃；常温抗折强度7.3MPa；1600℃×3h重烧线变化-1.43％；Al2O3含量76.2％；Fe2O3含量0.54％。
实施例2
2.1将6重量份的长度为0.5～2mm的短切多晶莫来石纤维、30重量份的轻质莫来石砖粉、15重量份超白高岭土、32重量份高温氧化铝、13重量份硅线石粉、6重量份钙基膨润土与12重量份氧化铝超微粉混合搅拌25min，得到耐火混合料。
2.2将20重量份的硅溶胶、19重量份的磷酸二氢铝溶液与6重量份的聚乙烯醇溶液混合搅拌10min，得到结合剂。
2.3将2.2中得到的结合剂缓慢加入2.1中得到的耐火混合料中，混合搅拌10min，得到耐高温胶泥。
对实施例2中得到的耐高温胶泥的性能进行测试，得到结果如下：体积密度1.88g/cm3；最高使用温度1600℃；常温抗折强度7.6MPa；1600℃×3h重烧线变化-1.32％；Al2O3含量77.8％；Fe2O3含量0.51％。
实施例3
3.1将9重量份的长度为0.5～2mm的短切多晶莫来石纤维、30重量份的轻质莫来石砖粉、18重量份超白高岭土、28重量份高温氧化铝、10重量份硅线石粉、4重量份钙基膨润土与10重量份氧化铝超微粉混合搅拌20min，得到耐火混合料。
3.2将15重量份的硅溶胶、20重量份的磷酸二氢铝溶液与3重量份的聚乙烯醇溶液混合搅拌15min，得到结合剂。
3.3将3.2中得到的结合剂缓慢加入3.1中得到的耐火混合料中，混合搅拌10min，得到耐高温胶泥。
对实施例3中得到的耐高温胶泥的性能进行测试，得到结果如下：体积密度1.73～1.91g/cm3，中间值为1.83g/cm3；最高使用温度1600℃；常温抗折强度6.7～8.0MPa，中间值7.3MPa；1600℃×3h重烧线变化-1.2％～-1.56％，中间值-1.43％；Al2O3含量75％～77.4％，中间值76.2％；Fe2O3含量0.41％～0.64％，中间值0.54％；粘结时间为65s。
实施例4
4.1将6重量份的长度为0.5～2mm的短切多晶莫来石纤维、23重量份的轻质莫来石砖粉、15重量份超白高岭土、32重量份高温氧化铝、13重量份硅线石粉、6重量份钙基膨润土与11重量份氧化铝超微粉混合搅拌20min，得到耐火混合料。
4.2将20重量份的硅溶胶、19重量份的磷酸二氢铝溶液与6重量份的聚乙烯醇溶液混合搅拌15min，得到结合剂。
4.3将4.2中得到的结合剂缓慢加入4.1中得到的耐火混合料中，混合搅拌10min，得到耐高温胶泥。
对实施例4中得到的耐高温胶泥的性能进行测试，得到结果如下：体积密度1.79～1.97g/cm3，中间值为1.88g/cm3；最高使用温度1600℃；常温抗折强度7.4～7.9MPa，中间值7.6MPa；1600℃×3h重烧线变化-1.23％～-1.42％，中间值-1.32％；Al2O3含量76.8％～79％，中间值77.8％；Fe2O3含量0.45％～0.60％，中间值0.51％；粘结时间为70s。
实施例5
5.1将7.5重量份的长度为0.5～2mm的短切多晶莫来石纤维、20重量份的轻质莫来石砖粉、19重量份超白高岭土、34重量份高温氧化铝、11重量份硅线石粉、3重量份钙基膨润土与13重量份氧化铝超微粉混合搅拌20min，得到耐火混合料。
5.2将16重量份的硅溶胶、22重量份的磷酸二氢铝溶液与5重量份的聚乙烯醇溶液混合搅拌15min，得到结合剂。
5.3将5.2中得到的结合剂缓慢加入5.1中得到的耐火混合料中，混合搅拌10min，得到耐高温胶泥。
对实施例5中得到的耐高温胶泥的性能进行测试，得到结果如下：体积密度1.76～1.92g/cm3，中间值为1.85g/cm3；最高使用温度1600℃；常温抗折强度7.0～8.2MPa，中间值7.5MPa；1600℃×3h重烧线变化-1.2％～-1.36％，中间值-1.28％；Al2O3含量77.6％～80.1％，中间值78.9％；Fe2O3含量0.41％～0.56％，中间值0.48％；粘结时间为63s。
2015年1月份，将实施例1～实施例5制备得到的耐高温胶泥砌筑耐火砖使用在高温梭式窑窑门和窑墙上，截至2015年10月底，梭式窑运行10个月以来，窑炉正常烧成轻质耐火砖产品11次，梭式窑内产品烧成温度为1560℃～1600℃，每次烧成时间为10天，2015年11月初，通过查看用耐高温胶泥砌筑耐火砖的窑门与窑墙，验证10个月以来耐高温胶泥的使用效果，发现其无裂纹、无脱落，使用效果很好。因一般使用温度较高的工业窑炉运行温度为1350℃～1550℃，使用温度低于实验的煅烧温度，而在1560℃～1600℃烧成温度的梭式窑中多次使用(使用时间已超过半年)未见明显变化，且一直运行良好，由此可见，本发明耐高温胶泥的使用寿命较长。
利用以下方法对实施例1～5中得到的耐高温胶泥的抗剥落性能进行测试：用耐高温胶泥砌筑的耐火砖尺寸为400×400×200mm，试块表面涂抹一层5mm的耐高温胶泥，在烧成温度为1570℃的高温炉中煅烧6次，耐高温胶泥涂层烧结较好，整体性好，未见烧后裂纹和层状剥落问题出现。由此可知，本发明耐高温胶泥采用多晶莫来石纤维增强，煅烧后的莫来石纤维可有效消除出现的应力，防止耐火胶泥烧成后出现裂纹而逐步出现剥落。

Claims (10)

1.一种耐高温胶泥，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的耐高温胶泥，其特征在于，所述结合剂包括硅胶、磷酸二氢铝、水与聚合物类粘结剂；所述硅胶、磷酸二氢铝、水与聚合物类结合剂的质量比为(10～20)：(3～7)：(7～14)：(2～8)。
3.根据权利要求2所述的耐高温胶泥，其特征在于，所述聚合物类结合剂为聚乙烯醇溶液、AA胶与酰胺溶液中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的耐高温胶泥，其特征在于，所述轻质莫来石砖粉的粒度小于等于0.124mm。
5.根据权利要求1所述的耐高温胶泥，其特征在于，所述高温氧化铝的粒度小于等于0.045mm。
6.根据权利要求1所述的耐高温胶泥，其特征在于，所述氧化铝超微粉的粒度小于等于0.005mm。
7.根据权利要求1所述的耐高温胶泥，其特征在于，所述耐火粘土为超白高岭土和/或苏州土。
8.根据权利要求1所述的耐高温胶泥，其特征在于，所述多晶莫来石纤维的长度为0.5～2mm。
9.一种耐高温胶泥的制备方法，其特征在于，包括：
A)将20～40重量份轻质莫来石砖粉、15～35重量份高温氧化铝、5～15重量份氧化铝超微粉、5～15重量份硅线石粉、1～8重量份钙基膨润土、10～25重量份耐火粘土、2～10重量份多晶莫来石纤维与22～48重量份结合剂混合，得到耐高温胶泥。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A)具体为：
A1)将20～40重量份轻质莫来石砖粉、15～35重量份高温氧化铝、5～15重量份氧化铝超微粉、5～15重量份硅线石粉、1～8重量份钙基膨润土、10～25重量份耐火粘土与2～10重量份多晶莫来石纤维混合，得到耐火混合料；
A2)将所述耐火混合料与22～48重量份的结合剂混合后，得到耐高温胶泥。
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