CN106518115A - 一种耐火材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐火材料及其制备方法，所述耐火材料以重量份计包括以下原料组分：蓝晶石40‑50份，高铝水泥5‑10份，硅灰石10‑15份，石英5‑8份，煅烧高岭石8‑12份，成泡剂1‑3份，水65‑75份，聚氨酯乳液0.02‑0.1份，泡沫稳定剂0‑0.3份，胶粘剂0‑0.3份，有机纤维0‑3份，催化剂0‑0.3份。本发明的耐火材料具有很高的使用温度、良好的隔热效果以及优异的力学性能，使用温度在1550℃以上，常温抗压强度在8.5MPa以上，800℃导热系数在0.11W/m·K以下。

Description

一种耐火材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐火材料，特别涉及一种抗侵蚀的耐火材料。主要用作高温窑炉内衬材料。本发明还涉及所述耐火材料的制备方法。
背景技术
由于节能的需要，各种窑炉的内衬材料越来越轻质化。目前国内外一些耐火材料生产商相继开发了一些轻质耐火砖作为窑炉的耐火内衬材料，其中钙长石轻质耐火砖是其中比较优秀的代表。它具有耐热温度高、耐侵蚀性好、高温导热系数低的特点。如高铝轻质耐火砖体积密度最低为1.02～1.25g/cm3，导热系数(800℃)为0.44～0.51W/m·K；粘土轻质耐火砖体积密度最低为0.78～0.88g/cm3，导热系数(800℃)为0.31～0.36W/m·K；钙长石轻质隔热材料体积密度一般在0.4～0.6g/cm3，导热系数(800℃)为0.19W/m·K，比较接近硅酸铝纤维内衬的导热系数(800℃时0.14～0.16W/m·K)。
现有钙长石轻质耐火砖的成泡工艺有松香皂、骨胶打泡和聚轻球、锯末烧失，生产的耐火砖或成本高，或气孔形状不规范、气孔大，或体积密度大，或存在严重的环境污染。
另外，现有打泡法生产技术，由于制品体积密度小，在烧成之前强度很低，给后道工序的各种操作带来了很大不便，主要是劳动效率低、破损率高。
CN 101781120B公开了一种钙长石质轻质隔热耐火材料的制备方法，其原料为：(1)基础原料为：蓝晶石10-30wt％，高铝水泥25-45wt％，硅灰石6-20wt％，石英10-24wt％，煅烧高岭石15-35wt％，且各种基础原料自身细度或经加工后的细度经0.088mm方孔径筛的筛余不大于5wt％；(2)泡沫稳定剂0-0.3wt％，(3)胶粘剂0-0.3wt％，(4)有机纤维0-3wt％，(5)成泡剂适量，(6)水60-90wt％。制备得到的耐火材料具有较好的使用性能，其使用温度在1250-1350℃，体积密度为0.4-0.65g/cm3，800℃导热系数为0.19W/m·K左右，抗压强度1.0MPa左右。但是，该使用温度仍相对较低，不能满足更高温度条件下的使用，且抗压强度也较低，不能满足实际的应用要求。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有更高的使用温度且抗压强度优良的耐火材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种耐火材料，以质量份数计包括以下原料组分：
所述蓝晶石的重量份为40～50份，例如为40份、42份、44份、46份、47份或50份等。
所述高铝水泥的重量份为5～10份，例如为5份、6份、7份、7.5份、8份、9份或10份等。
所述硅灰石的重量份为10～15份，例如为10份、11份、12份、13份、14份或15份等。
所述石英的质量份为5～8份，例如为5份、6份、7份或8份等。
所述煅烧高岭石的质量份为8～12份，例如为8份、9份、10份、11份或12份等。
所述成泡剂的重量份为1～3份，例如为1份、1.5份、2份或3份等。
所述水的重量份为65～75份，例如为65份、68份、69份、70份、72份、73份或75份等。
所述聚氨酯乳液的重量份为0.02～0.1份，例如为0.02份、0.03份、0.04份、0.05份、0.06份、0.07份、0.08份、0.09份或0.1份等。
所述泡沫稳定剂的重量份为0～0.3份，例如为0份、0.1份、0.2份或0.3份。
所述胶粘剂的重量份为0～0.3份，例如为0份、0.1份、0.2份或0.3份。
所述有机纤维的重量份为0～3份，例如为0份、0.5份、1份、2份、2.5份或3份等。
所述催化剂的重量份为0～0.3份，例如为0份、0.1份、0.2份或0.3份。
本发明中，所述0份指不添加。
优选地，所述成泡剂为铝粉和/或双氧水。
优选地，所述泡沫稳定剂为拉开粉。
优选地，所述胶粘剂为纤维素醚和/或聚丙烯酰胺。
优选地，所述有机纤维为纸浆和/或棉纤维。
优选地，所述催化剂为二氧化锰和/或高锰酸钾。
优选地，所述蓝晶石的粒径为5～10μm，例如为5μm、6μm、7μm、8μm或10μm等。
优选地，所述高铝水泥的粒径为3～4μm，例如为3μm、3.2μm、3.5μm或4μm等。
优选地，所述硅灰石、石英和煅烧高岭石的粒径均独立地为1～2μm，例如1μm、1.3μm、1.4μm、1.5μm或2μm等。
优选地，所述蓝晶石的组成中：Al2O3含量≥43wt.％，SiO2含量≤38wt.％。
优选地，所述高铝水泥的组成中：Al2O3含量≥48wt.％，SiO2含量6～9wt.％，CaO含量33～38wt.％。
优选地，所述硅灰石的组成中：SiO2含量43～53wt.％，CaO含量40～48wt.％。
优选地，所述石英的组成中：SiO2含量≥97wt.％。
优选地，所述煅烧高岭石为焦宝石，所述煅烧高岭石的组成中：Al2O3含量42～50wt.％，SiO2含量≤55wt.％。
第二方面，本发明提供如第一方面所述的耐火材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)、按配方量将蓝晶石、高铝水泥、硅灰石、石英、煅烧高岭土、胶粘剂和催化剂混合均匀；
(2)、加入水、聚氨酯乳液以及有机纤维，搅拌混合均匀；
(3)、加入成泡剂和泡沫稳定剂，加入后的搅拌及注模时间不得超过10分钟，得到泥料；
(4)、得到的泥料用浇注法成形或振动浇注法成形；
(5)、养护，制成干燥坯体；
(6)、将干燥坯体装入窑中烧成，最终烧成温度1550～1700℃，将烧成出窑冷却后的坯体按要求尺寸进行切割，即得到本发明的钙长石质轻质隔热耐火材料。
优选地，步骤(5)所述养护采用下列两
种方式之一：
第一种方式：成形后的湿坯在室温下自然干燥养护24小时以上，然后在干燥窑中于100℃以下烘干；
第二种方式：成形后的湿坯在蒸压釜内养护，养护压力4MPa～8MPa，蒸压养护12小时以上，然后在干燥窑中于100℃以下烘干。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过引入聚氨酯乳液，并调整各组分的含量配合关系，进一步优化蓝晶石、高铝水泥、硅灰石、石英和煅烧高岭土的粒径分布，制备得到了性能优异的耐火材料，所得的耐火材料不仅具有很高的使用温度和良好的隔热效果，还具有优异的力学性能，使用温度在1550℃以上，常温抗压强度在8.5MPa以上，800℃导热系数在0.11W/m·K以下。本发明的制备方法操作非常方便，生产效率高，破损率低。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种耐火材料，以质量份计包括以下原料组分：
制备工艺：
(1)、按上述比例将蓝晶石、高铝水泥、硅灰石、石英和煅烧高岭土混合均匀；
(2)、加入水、聚氨酯乳液以及纸纤维，搅拌混合均匀；
(3)、加入成泡剂和泡沫稳定剂，加入后的搅拌及注模时间不得超过10分钟，得到泥料；
(4)、得到的泥料浇注于成形模具中，用浇注法成形或振动浇注法成形；
(5)、养护，制成干燥坯体：成形后的湿坯在室温下自然干燥24小时，然后在干燥窑中于100℃干燥至生坯的含水率≤3.0％。
(6)、烧成：将干燥坯体放入炉中烧成。烧成制度为：1550℃保温4小时，1650℃保温4小时，1700℃保温8小时，制品随炉子自然降温。
(7)、加工、检验：将烧成后的坯体按要求尺寸进行切割加工，即得到相应的钙长石质微孔轻质隔热耐火材料。
所得制品的主要性能指标如下：使用温度1600℃，常温抗压强度1.21MPa，800℃导热系数0.1W/m·K。
实施例2
一种耐火材料，以质量份计包括以下原料组分：
制备工艺：
(1)、按上述比例将蓝晶石、高铝水泥、硅灰石、石英、煅烧高岭土、胶粘剂和催化剂混合均匀；
(2)、加入水、聚氨酯乳液以及纸纤维，搅拌混合均匀；
(3)、加入成泡剂和泡沫稳定剂，加入后的搅拌及注模时间不得超过10分钟，得到泥料；
(4)、得到的泥料浇注于成形模具中，用浇注法成形或振动浇注法成形；
(5)、养护，制成干燥坯体：成形后的湿坯在室温下自然干燥24小时，然后在干燥窑中于100℃干燥至生坯的含水率≤3.0％。
(6)、烧成：将干燥坯体放入炉中烧成。烧成制度为：1550℃保温2小时，1600℃保温4小时，1650℃保温8小时，制品随炉子自然降温。
(7)、加工、检验：将烧成后的坯体按要求尺寸进行切割加工，即得到相应的钙长石质微孔轻质隔热耐火材料。
所得制品的主要性能指标如下：使用温度1550℃，常温抗压强度9.0MPa，800℃导热系数0.11W/m·K。
实施例3
一种耐火材料，以质量份计包括以下原料组分：
制备工艺：
(1)、按上述比例将蓝晶石、高铝水泥、硅灰石、石英、煅烧高岭土、胶粘剂和催化剂混合均匀；
(2)、加入水、聚氨酯乳液以及纸纤维，搅拌混合均匀；
(3)、加入成泡剂和泡沫稳定剂，加入后的搅拌及注模时间不得超过10分钟，得到泥料；
(4)、得到的泥料浇注于成形模具中，用浇注法成形或振动浇注法成形；
(5)、养护，制成干燥坯体：成形后的湿坯在室温下自然干燥24小时，然后在干燥窑中于100℃干燥至生坯的含水率≤3.0％。
(6)、烧成：将干燥坯体放入炉中烧成。烧成制度为：1550℃保温4小时，1600℃保温3小时，1700℃保温6小时，制品随炉子自然降温。
(7)、加工、检验：将烧成后的坯体按要求尺寸进行切割加工，即得到相应的钙长石质微孔轻质隔热耐火材料。
所得制品的主要性能指标如下：使用温度1680℃，常温抗压强度10.2MPa，800℃导热系数0.09W/m·K。
实施例4
一种耐火材料，以质量份计包括以下原料组分：
制备工艺：
(1)、按上述比例将蓝晶石、高铝水泥、硅灰石、石英、煅烧高岭土、胶粘剂和催化剂混合均匀；
(2)、加入水、聚氨酯乳液以及纸纤维，搅拌混合均匀；
(3)、加入成泡剂和泡沫稳定剂，加入后的搅拌及注模时间不得超过10分钟，得到泥料；
(4)、得到的泥料浇注于成形模具中，用浇注法成形或振动浇注法成形；
(5)、养护，制成干燥坯体：成形后的湿坯在室温下自然干燥24小时，然后在干燥窑中于100℃干燥至生坯的含水率≤3.0％。
(6)、烧成：将干燥坯体放入炉中烧成。烧成制度为：1580℃保温3小时，1620℃保温4小时，1650℃保温5小时，制品随炉子自然降温。
(7)、加工、检验：将烧成后的坯体按要求尺寸进行切割加工，即得到相应的钙长石质微孔轻质隔热耐火材料。
所得制品的主要性能指标如下：使用温度1620℃，常温抗压强度9.5MPa，800℃导热系数0.10W/m·K。
对比例1
除耐火材料的原料组分中不包含聚氨酯乳液外，其他制备方法和条件与实施例1相同。
所得制品的主要性能指标如下：使用温度1200℃，常温抗压强度1.0MPa，800℃导热系数0.24W/m·K。
对比例2
除蓝晶石、高铝水泥、硅灰石、石英和煅烧高岭土的粒径均为5μm外，其他原料组分的种类、含量及耐火材料的制备方法与实施例1相同。
所得制品的主要性能指标如下：使用温度1250℃，常温抗压强度1.0MPa，800℃导热系数0.22W/m·K。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种耐火材料，其特征在于：所述耐火材料以质量份数计包括以下原料组分：
2.根据权利要求1所述的耐火材料，其特征在于：所述成泡剂为铝粉和/或双氧水。
3.根据权利要求1或2所述的耐火材料，其特征在于：所述泡沫稳定剂为拉开粉。
4.根据权利要求1-3任一项所述的耐火材料，其特征在于：所述胶粘剂为纤维素醚和/或聚丙烯酰胺。
5.根据权利要求1-4任一项所述的耐火材料，其特征在于：所述有机纤维为纸浆和/或棉纤维。
6.根据权利要求1-5任一项所述的耐火材料，其特征在于：所述催化剂为二氧化锰和/或高锰酸钾。
7.根据权利要求1-6任一项所述的耐火材料，其特征在于：所述蓝晶石的粒径为5～10μm；
优选地，所述高铝水泥的粒径为3～4μm；
优选地，所述硅灰石、石英和煅烧高岭石的粒径均独立地为1～2μm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的耐火材料，其特征在于：所述蓝晶石的组成中：Al2O3含量≥43wt.％，SiO2含量≤38wt.％；
优选地，所述高铝水泥的组成中：Al2O3含量≥48wt.％，SiO2含量6～9wt.％，CaO含量33～38wt.％；
优选地，所述硅灰石的组成中：SiO2含量43～53wt.％，CaO含量40～48wt.％；
优选地，所述石英的组成中：SiO2含量≥97wt.％；
优选地，所述煅烧高岭石为焦宝石，所述煅烧高岭石的组成中：Al2O3含量42～50wt.％，SiO2含量≤55wt.％。
9.如权利要求1-8任一项所述的耐火材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1)、按配方量将蓝晶石、高铝水泥、硅灰石、石英、煅烧高岭土、胶粘剂和催化剂混合均匀；
(2)、加入水、聚氨酯乳液以及有机纤维，搅拌混合均匀；
(3)、加入成泡剂和泡沫稳定剂，加入后的搅拌及注模时间不得超过10分钟，得到泥料；
(4)、得到的泥料用浇注法成形；
(5)、养护，制成干燥坯体；
(6)、将干燥坯体装入窑中烧成，最终烧成温度1550～1700℃，将烧成出窑冷却后的坯体按要求尺寸进行切割，即得到本发明的钙长石质轻质隔热耐火材料。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：步骤(5)所述养护采用下列两
种方式之一：
第一种方式：成形后的湿坯在室温下自然干燥养护24小时以上，然后在干燥窑中于100℃以下烘干；
第二种方式：成形后的湿坯在蒸压釜内养护，养护压力4MPa～8MPa，蒸压养护24小时以上，然后在干燥窑中于100℃以下烘干。
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