CN106396613A - 一种彩色烧结铝硅质耐火砖的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种彩色烧结铝硅质耐火砖的制备方法，彩色烧结铝硅质耐火砖由高岭土、地开石、白云母、锆石、磷钇矿、钛铁矿、着色物质、耐火纤维、结合剂以及表面整理剂烧制而成，步骤如下：1）混合料；2）混合浆；3）待整理砖；4）整理砖；5）待烧砖；6）烧结成型。本发明所制备的彩色烧结铝硅质耐火砖色泽新艳、颜色多样，还具有耐久性的抗氧化性、抗侵蚀性能、抗渗透性、抗剥落性能和优良的热震稳定性等特点。

Description

一种彩色烧结铝硅质耐火砖的制备方法
技术领域
本发明属于耐火材料领域，尤其是涉及一种彩色烧结铝硅质耐火砖的制备方法。
背景技术
铝硅质耐火砖是一种粘土质耐火材料，上世纪60年代初就被用做炼钢转炉的炉衬材料，为我国转炉炼钢工业的发展做出了重要贡献。到上世纪80年代末，由于镁碳砖的推广与使用，使粘土质耐火材料的用量大量缩减。进入本世纪以来，随我国不锈钢和洁净钢生产的快速发展，尤其是钢铁价格的下滑，粘土质耐火材料以其价格低以及环保的优势而得到重新重视。
铝硅质耐火砖耐火度1580～1770℃，高温耐压强度大于58.8Mpa（1000～1200℃）,荷重软化温度1250～1400℃，高温体积稳定小于1%，抗热震性好，抗渣性好。目前对于铝硅质耐火砖的制作与使用上不但强调高导热耐火材料的制备，也从其用途上进行设计。将高导热、中等导热材料相结合的炉衬设计思想从炉底扩展到炉缸、炉腰、炉腹和炉身部分，使高炉炉缸、炉底等部分得到了一个特定的等温线分布，保证了冶炼正常进行。如果采用单一温度等级的高温耐火作为炉衬，既浪费了材料，又由于高温耐火砖的售价往往较高，从而导致企业使用成本上升，减少了市场竞争力。然而，目前所制备的铝硅质耐火砖多为灰土色，在高炉炉缸的施工过程中，往往辨识度不足，易造成施工误操作而影响冶炼正常进行，也浪费资源。因此，如何提高铝硅质耐火砖的辨识度，提高施工效率，降低耐火砖的使用成本，保证冶炼正常进行具有重要的意义。
此外，烧结铝硅质耐火砖过程中多使用有机结合剂，在高温烧结的过程中会被碳化。碳素具有热膨胀率低的特点，将碳素作为填料在熔融体系中分散，使与碳结合的基体部分形成柔性结构化、韧性化，从而使该耐火材料的宏观特性被改善，抑制耐火材料裂纹的产生。缺点是，碳容易受到氧化侵蚀，反而使耐火材料的结构遭受破坏。因此，提供一种烧结铝硅质耐火砖的抗氧化方法是非常重要的研究方向。
发明内容
为克服有铝硅质耐火砖辨识度及抗氧化能力不足的问题，本发明提供一种彩色烧结铝硅质耐火砖的制备方法。
本发明是通过以下技术实现的：
一种彩色烧结铝硅质耐火砖的制备方法，所述彩色烧结铝硅质耐火砖由混合料、耐火纤维、结合剂和表面整理剂烧结而成，所述混合料由高岭土、地开石、白云母、锆石、磷钇矿、钛铁矿、着色物质以及耐火纤维组成，所述结合剂为聚乙烯醇水溶液、羧甲基纤维素水溶液、海藻酸钠水溶液和聚甲基丙烯酸甲酯水溶液中的一种或几种，所述着色物质为三氧化二铁、氧化亚铁、氧化亚铜、五氧化二钒和三氧化二铬中的一种或几种，所述耐火纤维为氧化锆耐火纤维、氧化铝耐火纤维、莫来石耐火纤维、硅酸铝耐火纤维和高铝质耐火纤维中的一种或几种，步骤如下：
1）混合料：按质量配比称取高岭土、地开石、白云母、锆石、磷钇矿、钛铁矿以及着色物质，碾碎至50～150目，600～800℃下保温1～3小时得到混合料；
2）混合浆：取混合料、耐火纤维以及结合剂混合，并加水搅拌均匀后陈化1～2天，得到混合浆；
3）待整理砖：利用制砖模具对混合浆进行制砖，于80～85℃下烘焙5～6小时，得到待整理砖；
4）整理砖：将待整理砖浸没于表面整理液中，时间为10～60分钟，得到整理砖；
5）待烧砖：将整理砖于在60～80℃温度下烘焙6～8小时，得到待烧砖；
6）烧结成型：将待烧砖分段保温烧结成型，得到彩色烧结铝硅质耐火砖。
本发明所制备的是一种长期稳定使用的彩色烧结铝硅质耐火砖，在组成上，本发明引入了耐火纤维作为烧结铝硅质耐火砖填充物质。与其它耐火材料相比，耐火纤维具有密度小（只有耐火砖的1/5-1/10），导热系数小（为轻质砖的1/3），热容小，升温速度快等特点。发明人研究发现，以耐火纤维为填充物质所制得的彩色烧结铝硅质耐火砖具有优良抗侵蚀性能、抗渗透性、抗剥落性能和优良的热震稳定性能，在彩色烧结铝硅质耐火砖原料上使用耐火纤维是本发明一个发明点之一。
在本说明书中，为克服烧结铝硅质耐火砖辨识度的不足，发明人使用金属氧化物作为着色物质对烧结铝硅质耐火砖进行着色，所使用的着色物质多为价格低廉、健康环保的金属氧化物。
在原料中加入着色物质实现对烧结铝硅质耐火砖的着色是本发明的重要发明点之一。经发明人实验发现，加入2%～5%的着色物质，制得的烧结铝硅质耐火砖表现出了着色物质的本色，其中三氧化二铁、五氧化二钒的加入可获黄色烧结铝硅质耐火砖，氧化亚铜可得红色烧结铝硅质耐火砖，氧化亚铁、三氧化二铬可得绿色烧结铝硅质耐火砖。本发明对烧结铝硅质耐火砖进行着色，这对于传统意义上无彩色的烧结铝硅质耐火砖是一个重要的补充。
本说明书中，在原料配比上并未直接加入碳素材料，然而结合剂为有机化合物，该有机化合物的加入正是为碳素的形成提供原料，在彩色烧结铝硅质耐火砖的高温烧结过程中，有机化合物受到高温的作用而碳化形成碳素。与碳素结合的基体部分形成柔性结构化、韧性化，使该耐火材料的宏观特性被改善，抑制导致耐火材料破裂的产生，甚至可以减少裂纹的产生。即碳素容易受到氧化侵蚀，反而使耐火材料的结构遭受破坏。
对所制得的彩色烧结铝硅质耐火砖进行表面整理方法是本发明的另一个重要发明点。本发明首先配备表面整理液，以水镁石和铝土矿为表面整理剂。水镁石的主体成分为氢氧化镁，氢氧化镁在350℃下熔融并分解成氧化镁和水。铝土矿的主体成分氢氧化铝，氢氧化铝在300℃下熔融并分解成氧化铝和水。将400～600目表面整理剂在分散剂的作用下与水形成具有一定粘度的悬浮体系，即为表面整理液。
将待整理砖浸入表面整理液中，表面整理剂粘附至待整理砖的表面。将表面粘附有表面整理剂的整理砖于60～80℃温度下烘焙6～8小时，其目的是去除整理砖所吸附的水分。发明人经反复实验表明，在去除水分过程的温度不宜过高，较低的温度利于表面整理剂在耐火砖表面的均匀分布。将烘焙完毕所得的待烧砖于700～900℃条件下进行保温，除耐火砖砖体本身发生变化之外，表面整理剂在铝硅质耐火砖的表面熔融、均匀扩散并逐渐失水，当温度升至1100～1200℃时，表面整理剂完全失水，本说明书中的表面整理剂会在耐火砖的表面形成致密的氧化镁或氧化铝物质层，氧化镁或氧化铝的熔点较高，分别为2800℃和2054℃，可知，在彩色烧结铝硅质耐火砖表面形成致密的氧化镁或氧化铝层并不会影响耐火砖的使用温度，且可以起到将耐火砖中的碳素与空气中氧化组分相隔离的作用，以避免碳素受到氧化作用以影响本发明铝硅质耐火砖的使用寿命。此外，经测试，铝硅质耐火砖表面的氧化镁或氧化铝层厚度为1～2微米，不会对本发明所制得的彩色烧结铝硅质耐火砖的表面色产生较大影响。
优选地，所述混合料的质量配比为高岭土30%～45%，地开石20%～30%，白云母15%～25%，锆石 5%～15%，磷钇矿5%～10%，钛铁矿1%～5%，着色物质2%～5%，总量为100%。
优选地，所述混合浆中，混合料的含量为60wt%～70wt%，耐火纤维的含量为20wt%～25wt%，结合剂的含量为5wt%～10wt%，水的含量为5wt%～10wt%，总量为100wt%。
优选地，所述表面整理液中，表面整理剂的含量为20wt%～30wt%，分散剂的含量为5wt%～10wt%，水的含量为60wt%～75wt%，总量为100wt%。
优选地，所述表面整理剂为水镁石粉末和铝土矿粉末中的一种或两种，粒径为400～600目。
优选地，所述分散剂为水玻璃、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠中的一种或几种。
优选地，所述聚乙烯醇水溶液的浓度为3wt%～5wt%，所述羧甲基纤维素水溶液的浓度为2wt%～8wt%，所述海藻酸钠水溶液的浓度为4wt%～7wt%，所述聚甲基丙烯酸甲酯水溶液的浓度为2wt%～5wt%。
优选地，分段保温烧结成型是在工业氮气的气氛下完成。
优选地，分段保温烧结成型是在700～900℃条件下保温6～12小时，然而以升温速度10～20℃/分升温至1100～1200℃并保温6～12小时。
优选地，所述彩色烧结铝硅质耐火砖的颜色为红色、绿色和黄色中的一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：（1）通过高岭土、地开石、白云母、锆石、磷钇矿、钛铁矿、着色物质、耐火纤维、结合剂以及表面整理剂烧制而成的彩色烧结铝硅质耐火砖具有优良抗侵蚀性能、抗渗透性、抗剥落性能和优良的热震稳定性能；（2）所得彩色烧结铝硅质耐火砖色泽新艳、颜色多样，是对无彩色烧结铝硅质耐火砖的一个重要补充；（3）通过表面整理剂对耐火砖进行表面整理，制得彩色烧结铝硅质耐火砖具有耐久性的抗氧化性能。
具体实施方式
实施例1
取称高岭土40.3wt%、地开石21.3wt%、白云母16.3wt%、锆石 8.6wt%、磷钇矿7.2wt%、钛铁矿2.4wt%以及氧化亚铜3.9wt%，碾碎至50目，600℃下保温1小时得到混合料。称取混合料65.3wt%、氧化锆耐火纤维21.2wt%、羧甲基纤维素水溶液（浓度为5%）8.2wt%以及水5.3wt%，搅拌混合均匀并陈化1天得到混合浆。利用制砖模具对混合浆进行制砖，并于80℃下烘焙5小时得到待整理砖。称取400目水镁石粉末25.5wt%、水玻璃8.2wt%以及水66.3wt%混合、搅拌均匀得到表面整理液。将待整理砖浸没于表面整理液中，时间为15分钟，得到整理砖，将该整理砖于65℃温度下烘焙6小时制得待烧砖。待烧砖在工业氮气氛围下，于700℃条件下保温6小时，然而以升温速度10℃/分升温至1100℃并保温6小时得到彩色烧结铝硅质耐火砖。
利用Datacolor SF600X测色仪对彩色烧结铝硅质耐火砖进行测色，其色度指标为L * 37.2，a * 39.2，b * 8.1，由色度指标可知，本实施例所制得彩色烧结铝硅质耐火砖的颜色为红色。
实施例2
取称高岭土36.5 wt%、地开石20.1 wt%、白云母15.7 wt%、锆石 13.6 wt%、磷钇矿5.7wt%、钛铁矿3.6 wt%以及氧化亚铁4.8 wt%，碾碎至100目，650℃下保温2小时得到混合料。称取混合料68.5wt%、氧化铝耐火纤维19.3wt%、聚乙烯醇水溶液（浓度为4%）5.4wt%以及水6.8wt%，搅拌混合均匀并陈化2天得到混合浆。利用制砖模具对混合浆进行制砖，并于85℃下烘焙6小时得到待整理砖。称取400目铝土矿粉末21.5wt%、三聚磷酸钠9.2wt%以及水69.3wt%混合、搅拌均匀得到表面整理液。将待整理砖浸没于表面整理液中，时间为30分钟，得到整理砖，将该整理砖于70℃温度下烘焙8小时制得待烧砖。待烧砖在工业氮气氛围下，于800℃条件下保温9小时，然而以升温速度20℃/分升温至1200℃并保温9小时得到彩色烧结铝硅质耐火砖。
利用Datacolor SF600X测色仪对彩色烧结铝硅质耐火砖进行测色，其色度指标为L * 56.8，a * -49.1，b * 10.6，由色度指标可知，本实施例所制得彩色烧结铝硅质耐火砖的颜色为绿色。

Claims (10)

1.一种彩色烧结铝硅质耐火砖的制备方法，其特征是，所述彩色烧结铝硅质耐火砖由混合料、耐火纤维、结合剂和表面整理剂烧结而成，所述混合料由高岭土、地开石、白云母、锆石、磷钇矿、钛铁矿、着色物质以及耐火纤维组成，所述结合剂为聚乙烯醇水溶液、羧甲基纤维素水溶液、海藻酸钠水溶液和聚甲基丙烯酸甲酯水溶液中的一种或几种，所述着色物质为三氧化二铁、氧化亚铁、氧化亚铜、五氧化二钒和三氧化二铬中的一种或几种，所述耐火纤维为氧化锆耐火纤维、氧化铝耐火纤维、莫来石耐火纤维、硅酸铝耐火纤维和高铝质耐火纤维中的一种或几种，步骤如下：
1）混合料：按质量配比称取高岭土、地开石、白云母、锆石、磷钇矿、钛铁矿以及着色物质，碾碎至50～150目，600～800℃下保温1～3小时得到混合料；
2）混合浆：取混合料、耐火纤维以及结合剂混合，并加水搅拌均匀后陈化1～2天，得到混合浆；
3）待整理砖：利用制砖模具对混合浆进行制砖，于80～85℃下烘焙5～6小时，得到待整理砖；
4）整理砖：将待整理砖浸没于表面整理液中，时间为10～60分钟，得到整理砖；
5）待烧砖：将整理砖于在60～80℃温度下烘焙6～8小时，得到待烧砖；
6）烧结成型：将待烧砖分段保温烧结成型，得到彩色烧结铝硅质耐火砖。
2.根据权利要求1所述的一种彩色烧结铝硅质耐火砖的制备方法，其特征是，所述混合料的质量配比为高岭土30%～45%，地开石20%～30%，白云母15%～25%，锆石 5%～15%，磷钇矿5%～10%，钛铁矿1%～5%，着色物质2%～5%，总量为100%。
3.根据权利要求1所述的一种彩色烧结铝硅质耐火砖的制备方法，其特征是，所述混合浆中，混合料的含量为60wt%～70wt%，耐火纤维的含量为15wt%～27wt%，结合剂的含量为5wt%～10wt%，水的含量为5wt%～10wt%，总量为100wt%。
4.根据权利要求1所述的一种彩色烧结铝硅质耐火砖的制备方法，其特征是，所述表面整理液中，表面整理剂的含量为20wt%～30wt%，分散剂的含量为5wt%～10wt%，水的含量为60wt%～75wt%，总量为100wt%。
5.根据权利要求1或4所述的一种彩色烧结铝硅质耐火砖的制备方法，其特征是，所述表面整理剂为水镁石粉末和铝土矿粉末中的一种或两种，粒径为400～600目。
6.根据权利要求4所述的一种彩色烧结铝硅质耐火砖的制备方法，其特征是，所述分散剂为水玻璃、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种彩色烧结铝硅质耐火砖的制备方法，其特征是，所述聚乙烯醇水溶液的浓度为3wt%～5wt%，所述羧甲基纤维素水溶液的浓度为2wt%～8wt%，所述海藻酸钠水溶液的浓度为4wt%～7wt%，所述聚甲基丙烯酸甲酯水溶液的浓度为2wt%～5wt%。
8.根据权利要求1所述的一种彩色烧结铝硅质耐火砖的制备方法，其特征是，分段保温烧结成型是在工业氮气的气氛下完成。
9.根据权利要求1所述的一种彩色烧结铝硅质耐火砖的制备方法，其特征是，分段保温烧结成型是在700～900℃条件下保温6～12小时，然而以升温速度10～20℃/分升温至1100～1200℃并保温6～12小时。
10.根据权利要求1所述的一种彩色烧结铝硅质耐火砖的制备方法，其特征是，所述彩色烧结铝硅质耐火砖的颜色为红色、绿色和黄色中的一种。
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