CN106630970B - 一种用于回转窑的耐高温砖cfm及其制备方法、回转窑 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于回转窑的耐高温砖CFM及其制备方法、回转窑。一种用于回转窑的耐高温砖，主要由以下材料混合烧结而成：按重量计，大颗粒骨料30‑45％，细颗粒骨料10‑15％，基质余量；所述大颗粒骨料的粒径为1mm‑4mm，并且含10‑100wt％的微孔尖晶石；所述细颗粒骨料的粒径为1mm以下，并且含10‑100wt％的尖晶石空心球。本发明解决了热传导系数高等技术问题。

Description

一种用于回转窑的耐高温砖CFM及其制备方法、回转窑
技术领域
本发明涉及建材领域，尤其是涉及一种用于回转窑的耐高温砖及其制备方法、回转窑。
背景技术
随着回转窑特别是如水泥回转窑的大型化，回转窑内气流温度越来越高，由于现有的窑体材料导热系数高，直接导致窑体表面温度也随着大幅升高，这不仅直接对回转窑造成高温破坏，而且保温效果差，造成热量浪费，无法满足人们对生产成本、节能、环保等方面的要求。
简单的添加部分微孔骨料不能有效降低热导率、而复合结构因材质、密度、使用环境的温度不同，造成砖体膨胀不一致而开裂。重质部分开裂剥落后轻质部分无法满足使用要求，因而寿命不长，并且生产过程工艺复杂。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种用于回转窑的耐高温砖，所述的材料解决了热传导系数高等问题。
本发明的第二目的在于提供上述用于回转窑的耐高温砖的制备方法，所述的制备方法路线简单、条件温和，容易推广。
本发明的第三目的在于提供一种回转窑，所述的回转窑耐高温，热传导系数低，保温效果好，可以提高热量利用率，达到节能、环保生产的目的。
为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：
本专利发明的解决方案是(CFM方案)：
根据耐火砖工艺过程中大骨料、细骨料、基质部分物料形态的不同及在砖体中承担的主要功能不同，区别于复合砖空间结构利用，从原料特性上充分利用其性能，因体裁衣，将各种物料主要特点结合到一起。
骨料大颗粒部分(Coares particles,，简称C)：采用高强微孔骨料，保证砖体强度的前提下主要实现其低导热性能，低弹性模量性能，。
骨料细颗粒部分(Fine aggregates,，简称F)：采用空心球状骨料，进一步保证低导热性能，并因其球形结构来优化抗侵蚀性能，抗热震性能，抗剪切应力性能，。
基质部分(Matrix,，简称M)：采用合适的微粉保证悲愤填膺体的挂窑皮性能，抗侵蚀性能。
将上述三种功能的物料加入矢量的结合剂，经混合，成型，烧结而得到能降低回转窑高温带简体温度的无铬环保节能，而寿命又长的耐火砖。
具体方案如下：
一种用于回转窑的耐高温砖CFM，主要由以下材料混合烧结而成：
按重量计，大颗粒骨料30-45％，细颗粒骨料10-15％，基质余量；
所述大颗粒骨料的粒径为1mm-4mm，并且含10-100wt％的微孔尖晶石；
所述细颗粒骨料的粒径为1mm以下，并且含10-100wt％的尖晶石空心球。
与现有技术相比，本发明的创新点在于利用不同粒径以及孔隙率的原料制成砖，而且引入轻质骨料—微孔尖晶石和尖晶石空心球，这样不仅提高了砖的孔隙率，以降低导热系数和弹性模量，以及提高抗热震性和抗剪切力；而且不同级别骨料组合互补不仅没有因为孔隙率提高使材料强度降低，反而提高了砖的强度；另外，本发明所采用的三种原料的兼容性好，容易混匀，因此制成的砖膨胀系数分布均匀，减小了膨胀开裂现象。
本发明所述大颗粒骨料的粒径可以是1mm-4mm，或者1mm-3mm，或者1mm-2mm。
本发明所述细颗粒骨料的粒径可以是0.1-1mm，或者0.01-1mm，或者0.01-0.1mm。
本发明所述基质主要为满足挂窑皮性能，为多种矿石组合而成，例如镁铁砂、改性水泥、铁铝矿等。
以上配方是本发明的基本配方，在此基础上可作进一步改进，例如：
优选地，按重量计，大颗粒骨料30-40％，细颗粒骨料12-15％，基质余量。
该配方制成的砖的导热系数更低，低于2.5W/m·℃(1000℃)。
优选地，所述大颗粒骨料还含有15-20wt％镁砂。
优选地，所述微孔尖晶石为轻烧镁、工业氧化铝烧结而成的尖晶石；
优选地，所述尖晶石空心球为镁铝尖晶石空心球、铁铝尖晶石空心球、镁钙尖晶石空心球、铝钛尖晶石空心球中的一种或多种，优选镁铝尖晶石空心球与铁铝尖晶石空心球以1:1-3的质量比组合而成。
优选地，所述细颗粒骨料还可以包含15-40wt％的镁铁粉。
为了增强三种原料间的相容性和粘合性，促使三种原料在原子结构上更大程度地结合，还可以加入结合剂，所述结合剂可选用木质素、甲基纤维素、氯化镁、磷酸二氢铝中的一种或多种，优选木质素/甲基纤维素，更优选木质素与甲基纤维素以1:0.5-2的质量比组成；
按重量计，所述结合剂的用量为1-3％。
本发明上述的耐高温砖既可以采用现有的工艺制成，但现有工艺不能最大程度发挥配方的优势，优选采用以下以下方法制得：
按照配方，将所有原料混合、成型、烧结；
优选地，所述烧结的方法为在1500-1700℃下保持2-10小时。
优选地，所述烧结的方法为在1550-1700℃烧结。
如上文所述，本发明的耐高温砖主要用于制作回转窑，尤其是回转窑的高温段，但本发明对其用途并不作限制，其可以应用任意适用的领域。
综上，与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：
(1)通过引入尖晶石空心球轻质原料，并与大颗粒骨料、基质组合，达到了降低导热系数、提高强度的效果。
(2)引入特定类型、特定比例的结合剂提高砖的强度。
(3)提供的工艺能更大程度地发挥砖的配方优势，同时使膨胀系数均匀分布，减少砖因膨胀系数分布不均匀导致的开裂现象。
(4)通过高强微孔尖晶石，空心球等轻质骨料大比例的引入，大大降低了砖的导热系数而又牺牲砖的强度、耐磨性等。当传统砖在100－120mm厚度时会因导热系数高，“胴”体表面温度过高而得拆除，而本产品因导热系数低，耐磨性好，可以再继续使用1－2个月。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明的创新点在于利用不同粒径以及孔隙率的原料制成砖，而且引入轻质骨料—微孔尖晶石和尖晶石空心球，这样不仅提高了砖的孔隙率，以降低导热系数和弹性模量，以及提高抗热震性和抗剪切力；而且不同级别骨料组合互补不仅没有因为孔隙率提高使材料强度降低，反而提高了砖的强度；另外，本发明所采用的三种原料的兼容性好，容易混匀，因此制成的砖膨胀系数分布均匀，减小了膨胀开裂现象。
在此基础上，提供以下实施例。
实施例1
配方：
按重量计，大颗粒骨料30％，细颗粒骨料15％，基质余量。
大颗粒骨料由10wt％镁砂与90wt％的微孔尖晶石组成，粒径范围为1mm-3mm。微孔尖晶石为轻烧镁、工业氧化铝烧结而成的镁铝尖晶石。
细颗粒骨料由10wt％的镁铁粉与90wt％的尖晶石空心球组成，粒径范围为0.5-1mm。尖晶石空心球为镁铝尖晶石空心球与铁铝尖晶石空心球以1:1的质量比组合而成。
基质由镁铁砂、改性水泥以2：1的组成。
工艺：
(1)配料：按照上述配方将所有原料混合，再加入1％的甲基纤维素，搅拌。
(2)成型：将步骤(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)干燥及烧结：
将步骤(2)的定型料经100℃干燥后，再升温至1850-1900℃烧结12小时。
实施例2
与实施例1的区别在于大颗粒骨料中微孔尖晶石的含量不同，配方为：
按重量计，大颗粒骨料40％，细颗粒骨料10％，基质余量。
大颗粒骨料由20wt％镁砂与80wt％的微孔尖晶石组成，粒径范围为3mm-4mm。微孔尖晶石为轻烧镁、工业氧化铝烧结而成的镁铝尖晶石。
细颗粒骨料由25wt％的镁铁粉与75wt％的尖晶石空心球组成，粒径范围为0.1mm-0.5mm。尖晶石空心球由镁铝尖晶石空心球与铁铝尖晶石空心球以1:3的质量比组合而成。
基质由镁铁砂、改性水泥以2：1的组成。
工艺：
(1)配料：按照上述配方将所有原料混合，再加入3％的甲基纤维素，搅拌。
(2)成型：将步骤(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)干燥及烧结：
将步骤(2)的定型料经100℃干燥后，再升温至1700-1750℃烧结13小时。
实施例3
与实施例1的区别在于大颗粒骨料中微孔尖晶石的含量不同，配方为：
按重量计，大颗粒骨料35％，细颗粒骨料12％，基质余量。
大颗粒骨料由100wt％的微孔尖晶石组成，粒径范围为2mm-4mm。微孔尖晶石为轻烧镁、工业氧化铝烧结而成的尖晶石。
细颗粒骨料由25wt％的镁铁粉与75wt％的尖晶石空心球组成，粒径范围为1mm-4mm。尖晶石空心球由镁铝尖晶石空心球与铁铝尖晶石空心球以1:2的质量比组合而成。
基质由镁铁砂、改性水泥以2：1的组成。
工艺：
(1)配料：按照上述配方将所有原料混合，再加入3％的甲基纤维素，搅拌。
(2)成型：将步骤(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)干燥及烧结：
将步骤(2)的定型料经100℃干燥后，再升温至1800℃烧结12小时。
实施例4
与实施例1的区别在于细颗粒骨料中微孔尖晶石的含量不同，配方为：
按重量计，大颗粒骨料40％，细颗粒骨料15％，基质余量。
大颗粒骨料由40wt％镁砂与60wt％的微孔尖晶石组成，粒径范围为1mm-4mm。微孔尖晶石为轻烧镁、工业氧化铝烧结而成的尖晶石。
细颗粒骨料由40wt％的镁铁粉与60wt％的尖晶石空心球组成，粒径范围为1mm-4mm。尖晶石空心球为镁铝尖晶石空心球。
基质由镁铁砂、改性水泥以2：1的组成。
工艺：
(1)配料：按照上述配方将所有原料混合，再加入1％的甲基纤维素，搅拌。
(2)成型：将步骤(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)干燥及烧结：
将步骤(2)的定型料经100℃干燥后，再升温至1800℃烧结12小时。
实施例5
与实施例1的区别在于细颗粒骨料中尖晶石空心球的含量与组成不同，配方为：
按重量计，大颗粒骨料30％，细颗粒骨料15％，基质余量。
大颗粒骨料由15wt％镁砂与85wt％的微孔尖晶石组成，粒径范围为1mm-3mm。微孔尖晶石为轻烧镁、工业氧化铝烧结而成的镁铝尖晶石。
细颗粒骨料由40wt％的镁铁粉与60wt％的尖晶石空心球组成，粒径范围为0.1mm-0.3mm。所述尖晶石空心球为镁铝尖晶石空心球与铁铝尖晶石空心球以1:2的质量比组合而成.
基质由镁铁砂、改性水泥以2：1的组成。
工艺：
(1)配料：按照上述配方将所有原料混合，再加入2％的甲基纤维素，搅拌。
(2)成型：将步骤(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)干燥及烧结：
将步骤(2)的定型料经100℃干燥后，再升温至1800℃烧结12小时。
实施例6
与实施例1的区别在于结合剂的用量及组成不同，配方为：
按重量计，大颗粒骨料30％，细颗粒骨料15％，基质余量。
大颗粒骨料由10wt％镁砂与90wt％的微孔尖晶石组成，粒径范围为1mm-3mm。微孔尖晶石为轻烧镁、工业氧化铝烧结而成的镁铝尖晶石。
细颗粒骨料由15wt％的镁铁粉与85wt％的尖晶石空心球组成，粒径范围为0.5-1mm。尖晶石空心球为镁铝尖晶石空心球与铁铝尖晶石空心球以1:1的质量比组合而成。
基质由镁铁砂、改性水泥以2：1的组成。
工艺：
(1)配料：按照上述配方将所有原料混合，再加入2％的结合剂(木质素与甲基纤维素以1:0.5的质量比组成)，搅拌。
(2)成型：将步骤(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)干燥及烧结：
将步骤(2)的定型料经100℃干燥后，再升温至1850℃烧结13小时。
实施例7
与实施例1的区别在于结合剂的用量及组成不同，配方为：
按重量计，大颗粒骨料30％，细颗粒骨料15％，基质余量。
大颗粒骨料由10wt％镁砂与90wt％的微孔尖晶石组成，粒径范围为1mm-3mm。微孔尖晶石为轻烧镁、工业氧化铝烧结而成的镁铝尖晶石。
细颗粒骨料由15wt％的镁铁粉与85wt％的尖晶石空心球组成，粒径范围为0.5-1mm。尖晶石空心球为镁铝尖晶石空心球与铁铝尖晶石空心球以1:1的质量比组合而成。
基质由镁铁砂、改性水泥以2：1的组成。
工艺：
(1)配料：按照上述配方将所有原料混合，再加入1％的结合剂(木质素与甲基纤维素以1:2的质量比组成)，搅拌。
(2)成型：将步骤(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)干燥及烧结：
将步骤(2)的定型料经100℃干燥后，再升温至1800℃烧结12小时。
实施例8
与实施例1的区别在于烧结条件不同，配方为：
按重量计，大颗粒骨料30％，细颗粒骨料15％，基质余量。
大颗粒骨料由10wt％镁砂与90wt％的微孔尖晶石组成，粒径范围为1mm-3mm。微孔尖晶石为轻烧镁、工业氧化铝烧结而成的镁铝尖晶石。
细颗粒骨料由15wt％的镁铁粉与85wt％的尖晶石空心球组成，粒径范围为0.5-1mm。尖晶石空心球为镁铝尖晶石空心球与铁铝尖晶石空心球以1:1的质量比组合而成。
基质由镁铁砂、改性水泥以2：1的组成。
工艺：
(1)配料：按照上述配方将所有原料混合，再加入3％的甲基纤维素，搅拌。
(2)成型：将步骤(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)干燥及烧结：
将步骤(2)的定型料经100℃干燥后，再升温至1700-1750℃烧结12小时。
实施例9
与实施例1的区别在于大颗粒骨料中微孔尖晶石的种类不同，配方为：
按重量计，大颗粒骨料30％，细颗粒骨料15％，基质余量。
大颗粒骨料由10wt％镁砂与90wt％的微孔尖晶石组成，粒径范围为1mm-3mm。微孔尖晶石为轻烧镁、工业氧化铝再添加尖晶石纤维烧结而成，具体为：轻烧镁、工业氧化铝以20:80的质量比混合成基体原料，然后加入5wt％的造孔剂，8wt％的结合剂，5wt％的尖晶石纤维。
造孔剂选用淀粉。
结合剂选用木质素。
尖晶石纤维选用MgAl2O4纤维。湿法研磨成预设粒径的浆料。
(2)成型：将步骤(1)的浆料干燥、定型。
(3)干燥及烧结：将步骤(2)的成型物在100-150℃下干燥20min，然后再在1650-1700℃下烧结3小时。
细颗粒骨料由15wt％的镁铁粉与85wt％的尖晶石空心球组成，粒径范围为0.5-1mm。尖晶石空心球为镁铝尖晶石空心球与铁铝尖晶石空心球以1:1的质量比组合而成。
基质由镁铁砂、改性水泥以2：1的组成。
工艺：
(1)配料：按照上述配方将所有原料混合，再加入3％的甲基纤维素，搅拌。
(2)成型：将步骤(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)干燥及烧结：
将步骤(2)的定型料经100℃干燥后，再升温至1800℃烧结14小时。
检测以上所有实施例所得砖的导热系数、强度，结果如下表1所示。
强度的测试方法为：常温下测量。
表1
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种用于回转窑的耐高温砖CFM，其特征在于，主要由以下材料混合烧结而成：
按重量计，大颗粒骨料30-45%，细颗粒骨料10-15%，基质余量；
所述大颗粒骨料的粒径为1mm-4mm，并且含10-100wt%的微孔尖晶石；
所述细颗粒骨料的粒径为1mm以下，并且含10-100wt%的尖晶石空心球；
所述微孔尖晶石为轻烧镁、工业氧化铝烧结而成的尖晶石；
所述尖晶石空心球由镁铝尖晶石空心球与铁铝尖晶石空心球以1:1-3的质量比组合而成。
2.根据权利要求1所述的用于回转窑的耐高温砖CFM，其特征在于，按重量计，大颗粒骨料30-40%，细颗粒骨料12-15%，基质余量。
3.根据权利要求1所述的用于回转窑的耐高温砖CFM，其特征在于，所述大颗粒骨料还含有15-20wt%镁砂。
4.根据权利要求1所述的用于回转窑的耐高温砖CFM，其特征在于，所述细颗粒骨料还包含15-40wt%的镁铁粉。
5.根据权利要求1-4任一项所述的用于回转窑的耐高温砖CFM，其特征在于，还包括结合剂。
6.根据权利要求5所述的用于回转窑的耐高温砖CFM，其特征在于，所述结合剂选自木质素、甲基纤维素、氯化镁、磷酸二氢铝中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的用于回转窑的耐高温砖CFM，其特征在于，所述结合剂选自木质素和/或甲基纤维素。
8.根据权利要求7所述的用于回转窑的耐高温砖CFM，其特征在于，所述木质素与甲基纤维素以1:0.5-2的质量比组成。
9.根据权利要求5所述的用于回转窑的耐高温砖CFM，其特征在于，按重量计，所述结合剂的含量为1-3%。
10.权利要求1-9任一项所述的用于回转窑的耐高温砖CFM的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
按照配方，将所有原料混合、成型、烧结；
所述烧结的方法为在1500-1700℃下保持2－10小时。
11.根据权利要求10所述的用于回转窑的耐高温砖CFM的制备方法，其特征在于，所述烧结的方法为在1550-1700℃烧结。
12.一种回转窑，其特征在于，所述回转窑由权利要求1-9任一项所述的用于回转窑的耐高温砖CFM制成。
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