CN105777149B - 一种低导热多层复合硅铝酸钾砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种低导热多层复合硅铝酸钾砖及其制备方法。包括工作层、保温层和隔热层，工作层、保温层沿砖的长度方向相连为一体，保温层位于其宽度方向的端面开设有一个缺口，隔热层的形状与缺口的形状相适配，隔热层置于该缺口内；工作层是由粒度0‑1mm的合成铝酸钾、粒度1‑3mm的碳化硅//粒度3‑5mm的碳化硅、粒度＜0.074mm的合成铝酸钾、粒度＜0.074mm的碳化硅、抗氧化剂外加结合剂制成；保温层是由粒度0‑1mm的合成铝酸钾、粒度1‑3mm的碳化硅、粒度3‑5mm的碳化硅、粒度＜0.074mm的合成铝酸钾、粒度＜0.074mm的碳化硅、高温增强剂、复合有机造孔剂外加结合剂制成；所述隔热层为氧化铝纤维板。本发明产品依靠多层复合结构优势，有着优异的高温使用性能，同时导热系数、体密远低于同类产品。

Description

一种低导热多层复合硅铝酸钾砖及其制备方法
技术领域
本发明属于耐火环保材料技术领域，具体涉及一种低导热多层复合硅铝酸钾砖及其制备方法。
背景技术
新型干法水泥回转窑的上下过渡带与烧成带相邻，常常经受着比烧成带更苛刻的使用环境，是整个水泥窑系统选材中最难解决的部位，现在该部位普遍使用硅莫砖为衬砖。
目前市场销售的硅莫砖大多使用一级或特级铝矾土，个别企业还添加有电熔刚玉以提高产品高温性能及抗侵蚀能力，但这同时增大了硅莫砖的导热系数，导热系数的增高使得水泥窑内热量损失较快，吨水泥燃料消耗增高，筒体温度升高，易使筒体发生变形，造成筒体使用寿命变短，变形的筒体使得窑内耐火材料衬砖受力不均，易发断裂和破损，造成衬砖使用寿命降低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种低导热多层复合硅铝酸钾砖及其制备方法，用来代替现有硅莫砖，以解决水泥窑上下过渡带衬砖的使用问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种低导热多层复合硅铝酸钾砖，该砖为长方体结构，包括工作层、保温层和隔热层，工作层、保温层沿砖的长度方向相连为一体，保温层位于其宽度方向的端面开设有一个缺口，隔热层的形状与缺口的形状相适配，隔热层置于该缺口内；
工作层是由1#骨料、1#粉料、抗氧化剂外加1#结合剂制成；1#骨料、1#粉料、抗氧化剂之和为100wt%，1#骨料占55-65wt%，1#粉料占35-45wt%，抗氧化剂占3-5wt%；1#结合剂占1#骨料、1#粉料、抗氧化剂之和的3-5wt%；
所述1#骨料为：粒度0-1mm的合成铝酸钾10-15wt%，粒度1-3mm的碳化硅15-30wt%，粒度3-5mm的碳化硅15-20wt%；
所述1#粉料为：粒度＜0.074mm的合成铝酸钾10-15wt%，粒度＜0.074mm的碳化硅20-30wt%；
所述抗氧化剂为金属硅粉与金属铝粉质量比为1-2：1的混合粉；
所述1#结合剂为低钠硅溶胶；
保温层是由2#骨料、混合细粉外加2#结合剂制成；2#骨料、混合细粉之和为100wt%，2#骨料占55-65wt%，混合细粉占35-45wt%；2#结合剂占2#骨料、混合细粉之和的3-5wt%；
所述2#骨料为：粒度0-1mm的合成铝酸钾10-15wt%，粒度1-3mm的碳化硅15-30wt%，粒度3-5mm的碳化硅15-20wt%；
所述混合细粉为：粒度＜0.074mm的合成铝酸钾10-15wt%，粒度＜0.074mm的碳化硅20-30wt%，高温增强剂3-5wt%，复合有机造孔剂5-10wt%；
所述高温增强剂为中国专利申请号201410488950.3公开的产品；
所述复合有机造孔剂为稻壳灰与无烟煤粉按1-3∶1-2质量比混合，平均粒度＜0.05mm；
所述2#结合剂为聚乙烯醇溶液；
所述隔热层为氧化铝纤维板，氧化铝纤维板1000℃时导热系数＜0.03W/m·K，最高使用温度为1350-1450℃ 。
较好地，三种粒度规格的碳化硅中碳化硅含量为90-98wt%。
较好地，所述低钠硅溶胶中：Na2O＜0.006wt%，SiO2＞30 wt %。
较好地，所述聚乙烯醇溶液的浓度为1.01-1.02g/cm3，其中聚乙烯醇分子量为25-30万。
较好地，所述合成铝酸钾按下述方法制备获得：85-95wt%的氢氧化铝与5-15wt%的碳酸钾在1200-1400℃中保温12-24小时而成。
较好地，所述混合细粉的制备方法为：将配比组成量的组分共同磨制，其平均粒度＜0.074mm。
较好地，所述缺口的截面为梯形或长方形。
低导热多层复合硅铝酸钾砖的制备方法，步骤如下：
第一步，配料：
工作层：先将1#骨料加入1#结合剂混匀，然后加入1#粉料和抗氧化剂后继续混匀，得工作层泥料；
隔热层：先将2#骨料加入2#结合剂混匀，然后加入混合细粉后继续混匀，得隔热层泥料；
第二步，完成配料后用隔板将模具隔成长度比为1-3：1-2的两个部分，分别将工作层与隔热层的泥料加入两个隔室，抽取隔板后压制成砖坯；
第三步，将砖坯自然干燥后再进一步烘干；
第四步，将烘干后的砖坯以8-10℃/h的升温速度升温至1300-1400℃，保温5-10h后冷却，将氧化铝纤维板粘结到隔热层的缺口处，即得低导热多层复合硅铝酸钾砖。
本发明采取多层复合结构，工作层采用碳化硅为主原料，加入部分合成铝酸钾，并使用新型结合剂代替结合粘土；保温层使用轻质硅铝酸钾材质；隔热层使用超低导热率纤维板。本发明产品导热系数远低于同类产品低，依靠碳化硅高强耐磨性、合成铝酸钾较好的抗碱侵蚀性，可大幅延长产品在运动式热工设备上的使用寿命，同时多层复合结构带来的节能降耗效果明显。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明产品依靠多层复合结构优势，有着优异的高温使用性能，同时其导热系数远低于同类产品，较低的体密能降低热工设备自重。
附图说明
图1 ：本发明的结构示意图；
图2：图1的剖面图； 1为工作层，2为保温层，3为隔热层。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明的保护范围。
以下实施例中，原料规格：三种粒度规格的碳化硅中碳化硅含量为90-98wt%；低钠硅溶胶中：Na2O＜0.006wt%，SiO2＞30 wt %；所述聚乙烯醇溶液的浓度为1.01-1.02g/cm3，其中聚乙烯醇分子量为25-30万；氧化铝纤维板1000℃时导热系数＜0.03W/m·K，最高使用温度为1350-1450℃。
实施例1
如图1-2所示，一种低导热多层复合硅铝酸钾砖，该砖为长方体结构，包括工作层1、保温层2和隔热层3，工作层1、保温层2沿砖的长度方向相连为一体，保温层2位于其宽度方向的端面开设有一个截面为梯形的缺口，隔热层3的形状与缺口的形状相适配，隔热层3置于该缺口内；
工作层1是由1#骨料、1#粉料、抗氧化剂外加1#结合剂制成；1#骨料、1#粉料、抗氧化剂之和为100wt%，1#骨料占55wt%，1#粉料占42wt%，抗氧化剂占3wt%；1#结合剂占1#骨料、1#粉料、抗氧化剂之和的4wt%；
所述1#骨料为：粒度0-1mm的合成铝酸钾10wt%，粒度1-3mm的碳化硅30wt%，粒度3-5mm的碳化硅15wt%；
所述1#粉料为：粒度＜0.074mm的合成铝酸钾15wt%，粒度＜0.074mm的碳化硅27wt%；
所述抗氧化剂为金属硅粉与金属铝粉质量比为1：1的混合粉；
所述1#结合剂为低钠硅溶胶；
保温层2是由2#骨料、混合细粉外加2#结合剂制成；2#骨料、混合细粉之和为100wt%，2#骨料占55wt%，混合细粉占45wt%；2#结合剂占2#骨料、混合细粉之和的3wt%；
所述2#骨料为：粒度0-1mm的合成铝酸钾10wt%，粒度1-3mm的碳化硅30wt%，粒度3-5mm的碳化硅15wt%；
所述混合细粉为：粒度＜0.074mm的合成铝酸钾10wt%，粒度＜0.074mm的碳化硅27wt%，高温增强剂3wt%，复合有机造孔剂5wt%；
所述高温增强剂为中国专利申请号201410488950.3实施例1制备的产品；
所述复合有机造孔剂为稻壳灰与无烟煤粉按1∶1质量比混合，平均粒度＜0.05mm；
所述2#结合剂为聚乙烯醇熔液；
所述隔热层3为氧化铝纤维板。
所述合成铝酸钾按下述方法制备获得：95wt%的氢氧化铝与5wt%的碳酸钾在1400℃中保温12小时而成。
所述混合细粉的制备方法为：将配比组成量的组分共同磨制，其平均粒度＜0.074mm。
低导热多层复合硅铝酸钾砖的制备方法，步骤如下：
第一步，配料：
工作层1：先将1#骨料放入混碾机内加入1#结合剂混碾5分钟，然后加入1#粉料和抗氧化剂后继续混碾10分钟，得工作层泥料；
隔热层2：先将2#骨料放入混碾机内加入2#结合剂混碾5分钟，然后加入混合细粉后继续混碾10分钟，得隔热层泥料；
第二步，完成配料后用隔板将模具隔成长度比为7：3的两个部分，分别将工作层1与隔热层2的泥料加入两个隔室，抽取隔板后采用630T压力机冲压成砖坯；
第三步，将砖坯自然干燥24小时后，110℃烘干24小时；
第四步，将烘干后的砖坯取出后装窑，以8℃/h的升温速度升温至1320℃，保温7h后冷却，将氧化铝纤维板使用我公司发明专利低导热高温胶实施例1产品（申请号：201510569182.9）粘结到隔热层2的缺口处，即得低导热多层复合硅铝酸钾砖。
实施例2
如图1-2所示，一种低导热多层复合硅铝酸钾砖，该砖为长方体结构，包括工作层1、保温层2和隔热层3，工作层1、保温层2沿砖的长度方向相连为一体，保温层2位于其宽度方向的端面开设有一个截面为梯形的缺口，隔热层3的形状与缺口的形状相适配，隔热层3置于该缺口内；
工作层1是由1#骨料、1#粉料、抗氧化剂外加1#结合剂制成；1#骨料、1#粉料、抗氧化剂之和为100wt%，1#骨料占60wt%，1#粉料占35wt%，抗氧化剂占5wt%；1#结合剂占1#骨料、1#粉料、抗氧化剂之和的3wt%；
所述1#骨料为：粒度0-1mm的合成铝酸钾15wt%，粒度1-3mm的碳化硅25wt%，粒度3-5mm的碳化硅20wt%；
所述1#粉料为：粒度＜0.074mm的合成铝酸钾10wt%，粒度＜0.074mm的碳化硅25wt%；
所述抗氧化剂为金属硅粉与金属铝粉质量比为2：1的混合粉；
所述1#结合剂为低钠硅溶胶；
保温层2是由2#骨料、混合细粉外加2#结合剂制成；2#骨料、混合细粉之和为100wt%，2#骨料占60wt%，混合细粉占40wt%；2#结合剂占2#骨料、混合细粉之和的5wt%；
所述2#骨料为：粒度0-1mm的合成铝酸钾15wt%，粒度1-3mm的碳化硅25wt%，粒度3-5mm的碳化硅20wt%；
所述混合细粉为：粒度＜0.074mm的合成铝酸钾10wt%，粒度＜0.074mm的碳化硅20wt%，高温增强剂5wt%，复合有机造孔剂5wt%；
所述高温增强剂为中国专利申请号201410488950.3实施例1制备的产品；
所述复合有机造孔剂为稻壳灰与无烟煤粉按3∶2质量比混合，平均粒度＜0.05mm；
所述2#结合剂为聚乙烯醇熔液；
所述隔热层3为氧化铝纤维板。
所述合成铝酸钾按下述方法制备获得：85wt%的氢氧化铝与15wt%的碳酸钾在1200℃中保温24小时而成。
所述混合细粉的制备方法为：将配比组成量的组分共同磨制，其平均粒度＜0.074mm。
低导热多层复合硅铝酸钾砖的制备方法，步骤如下：
第一步，配料：
工作层1：先将1#骨料放入混碾机内加入1#结合剂混碾5分钟，然后加入1#粉料和抗氧化剂后继续混碾10分钟，得工作层泥料；
隔热层2：先将2#骨料放入混碾机内加入2#结合剂混碾5分钟，然后加入混合细粉后继续混碾10分钟，得隔热层泥料；
第二步，完成配料后用隔板将模具隔成长度比为7：3的两个部分，分别将工作层1与隔热层2的泥料加入两个隔室，抽取隔板后采用630T压力机冲压成砖坯；
第三步，将砖坯自然干燥24小时后，110℃烘干24小时；
第四步，将烘干后的砖坯取出后装窑，以10℃/h的升温速度升温至1400℃，保温5h后冷却，将氧化铝纤维板使用我公司发明专利低导热高温胶实施例2产品（申请号：201510569182.9）粘结到隔热层2的缺口处，即得低导热多层复合硅铝酸钾砖。
实施效果：
从上表可知：本发明产品抗热震次数均大于市场上常见的1680硅莫砖，添加的合成铝酸钾可提高产品的抗侵蚀性，较低的体密能降低热工设备自重，热工设备自重的减轻有效地降低了设备电机运转时的负荷、运行时的电流、吨产品的电耗，同时提高了电机运行的稳定性，减少了维护次数，为设备长期稳定运行提供了保障；较低的导热系数还能减少热量损失，较高的荷软温度和热震稳定性保证了产品使用的安全性及较长的使用寿命。本发明产品用来代替现有普通1680硅莫砖，使用寿命延长的同时节能降耗效果显著（经测试使用在水泥窑前后过渡带及窑尾时能大大降低筒体表面温度，相对于市场上同类产品低50-80℃）。

Claims (8)

1.一种低导热多层复合硅铝酸钾砖，其特征在于：该砖为长方体结构，包括工作层、保温层和隔热层，工作层、保温层沿砖的长度方向相连为一体，保温层位于其宽度方向的端面开设有一个缺口，隔热层的形状与缺口的形状相适配，隔热层置于该缺口内；
工作层是由1#骨料、1#粉料、抗氧化剂外加1#结合剂制成；1#骨料、1#粉料、抗氧化剂之和为100wt%，1#骨料占55-65wt%，1#粉料占35-45wt%，抗氧化剂占3-5wt%；1#结合剂占1#骨料、1#粉料、抗氧化剂之和的3-5wt%；
所述1#骨料为：粒度0-1mm的合成铝酸钾10-15wt%，粒度1-3mm的碳化硅15-30wt%，粒度3-5mm的碳化硅15-20wt%；
所述1#粉料为：粒度＜0.074mm的合成铝酸钾10-15wt%，粒度＜0.074mm的碳化硅20-30wt%；
所述抗氧化剂为金属硅粉与金属铝粉质量比为1-2：1的混合粉；
所述1#结合剂为低钠硅溶胶；
保温层是由2#骨料、混合细粉外加2#结合剂制成；2#骨料、混合细粉之和为100wt%，2#骨料占55wt%，混合细粉占45wt%；2#结合剂占2#骨料、混合细粉之和的3wt%；
所述2#骨料为：粒度0-1mm的合成铝酸钾10wt%，粒度1-3mm的碳化硅30wt%，粒度3-5mm的碳化硅15wt%；
所述混合细粉为：粒度＜0.074mm的合成铝酸钾10wt%，粒度＜0.074mm的碳化硅27wt%，高温增强剂3wt%，复合有机造孔剂5wt%；
所述的高温增强剂由下述质量百分比的原料组成：粒度＜0.045mm的合成莫来石 15%、粒度＜0.045mm的氧化铝微粉55%、粒度＜ 0.045mm 的硅微粉 20%、羧甲基纤维素钠 10%；其中，以质量百分含量计，合成莫来石中：莫来石相80－90%、 Fe2O3 ＜0.8%、K2O+Na2O＜0.3%，氧化铝微粉中Al2O3 ＞99%，硅微粉中 SiO2 ＞ 92%；将上述原料按比例准确称量后放置封闭磨机内研磨，当平均粒度＜0.002mm 后取出准确称量装袋，即得耐火材料用高温增强剂；
所述复合有机造孔剂为稻壳灰与无烟煤粉按1-3∶1-2质量比混合，平均粒度＜0.05mm；
所述2#结合剂为聚乙烯醇溶液；
所述隔热层为氧化铝纤维板，氧化铝纤维板1000℃导热系数＜0.03W/m·K，最高使用温度为1350-1450℃ 。
2.如权利要求1所述的低导热多层复合硅铝酸钾砖，其特征在于：三种粒度规格的碳化硅中碳化硅含量为90-98wt%。
3.如权利要求1所述的低导热多层复合硅铝酸钾砖，其特征在于：所述低钠硅溶胶中：Na2O＜0.006wt%，SiO2＞30 wt %。
4.如权利要求1所述的低导热多层复合硅铝酸钾砖，其特征在于：所述聚乙烯醇溶液的浓度为1.01-1.02g/cm3，其中聚乙烯醇分子量为25-30万。
5.如权利要求1所述的低导热多层复合硅铝酸钾砖，其特征在于：所述合成铝酸钾按下述方法制备获得：85-95wt%的氢氧化铝与5-15wt%的碳酸钾在1200-1400℃中保温12-24小时而成。
6.如权利要求1所述的低导热多层复合硅铝酸钾砖，其特征在于：所述混合细粉的制备方法为：将配比组成量的组分共同磨制，其平均粒度＜0.074mm。
7.如权利要求1所述的低导热多层复合硅铝酸钾砖，其特征在于：所述缺口的截面为梯形或长方形。
8.一种制备如权利要求1-7之任一所述低导热多层复合硅铝酸钾砖的方法，其特征在于，步骤如下：
第一步，配料：
工作层：先将1#骨料加入1#结合剂混匀，然后加入1#粉料和抗氧化剂后继续混匀，得工作层泥料；
保温层：先将2#骨料加入2#结合剂混匀，然后加入混合细粉后继续混匀，得保温层泥料；
第二步，完成配料后用隔板将模具隔成长度比为1-3：1-2的两个部分，分别将工作层与保温层的泥料加入两个隔室，抽取隔板后压制成砖坯；
第三步，将砖坯自然干燥后再进一步烘干；
第四步，将烘干后的砖坯以8-10℃/h的升温速度升温至1300-1400℃，保温5-10h后冷却，将氧化铝纤维板粘结到保温层的缺口处，即得低导热多层复合硅铝酸钾砖。
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