CN107010968A - 一种高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料及其制备方法 - Google Patents

一种高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料及其制备方法。该方法包括下述步骤：先将1～70%的铝硅质天然原料、1～70%的氧化铝质原料、5～25%的二氧化硅质原料和5～35%的铝硅质增孔剂混合均匀，再外加上述原料重量百分比之和3～10%的结合剂混炼，得到混合泥料；将泥料挤出、机压或造粒成型得到坯体，将坯体干燥后放入高温窑炉中在1500～1700℃的条件下进行煅烧，煅烧后产物经破碎或筛分处理即得到高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料。本发明采用无机轻质材料为增孔剂，不添加烧失物和发泡剂，工艺简单易控，适合工业化生产，所得高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料耐压强度高、隔热性能优良、使用温度高、高温体积稳定性好。

Description

一种高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐火材料领域所用的一种耐火骨料，尤其涉及一种高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料及其制备方法。
背景技术
高温工业中所有的热量都要通过耐火材料散失，在高温窑炉中采用性能优良的轻量化的耐火材料，可有效的提高窑炉热效率，降低热消耗。因此开发高性能、轻量化的耐火材料是高温工业节能降耗的重要措施之一。传统的多孔耐火材料由于结构疏松、晶体间结合弱、贯通的开口气孔率高导致材料的抗压强度差、使用温度低，只能在的隔热层或永久层中使用。然而，轻量化耐火材料越接近高温的工作层，隔热效果更好。因此，开发高强、轻质、使用温度高且能够满足高温工作衬所需的耐火材料是当前最迫切的任务。
目前，制备轻质耐火材料的方法主要有添加烧失物法和发泡法。添加烧失物法是利用有机物在坯体中占据一定空间，经烧失后，基体产生成空隙，从而形成多孔材料。如：“一种高纯高强轻质莫来石骨料及其制备方法”（CN 101817688A），公开了以工业氧化铝和天然石英粉为原料，碳质烧失物为成孔剂，将原料湿法细磨后煅烧得到轻质莫来石耐火骨料。此类方法在制备的多孔莫来石过程均添加了有机烧失物，煅烧过程中增加了CO2的排放，对环境造成污染，同时气体从材料内部排出，所形成的多为连贯的开口气孔，对材料的高温使用性能有不利影响。发泡法是利用添加发泡剂所形成挥发性气体，产生泡沫，经烧成后得到的多孔材料。如“一种刚玉莫来石轻质隔热材料的制备方法”（CN 103011884 A），公开了以氧化铝微粉、二氧化硅微粉等陶瓷粉体原料加入有机发泡剂制备的刚玉莫来石轻质隔热材料。该方法制备所用原料成本高，且工艺较为复杂，不易大规模生产。
发明内容
本发明目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种耐压强度高、隔热性能好、使用温度高、高温体积稳定性好的轻量刚玉莫来石质骨料及其制备方法。
本发明的目的可通过下述技术方案来实现：
本发明的高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料包括下述重量百分比的原料: 1～70%的铝硅质天然原料、1～70%的氧化铝质原料、5～25%的二氧化硅质原料和5～35%的铝硅质增孔剂，以及上述原料重量百分比之和的3～10%的结合剂。
本发明中所述的铝硅质天然原料取自铝矾土、焦宝石、蓝晶石、红柱石、硅线石或煤矸石中的一种或几种的组合，原料粒径≤0.088mm；所述的氧化铝质原料取自氢氧化铝、工业氧化铝、β-Al2O3或γ-Al2O3中的一种或几种的组合，原料粒径≤0.088mm；所述的二氧化硅质原料取自天然石英、熔融石英或硅质熟料中的一种或几种的组合，原料中SiO2质量百分含量≥97.0%；所述的铝硅质增孔剂取自粉煤灰漂珠、玻化微珠、空心玻璃微珠或闭孔珍珠岩中的一种或几种的组合；所述的结合剂取自软质粘土、纸浆废液、糊精、羟基氯化铝、聚合氯化铝、聚乙二醇或氧化铝溶胶中的一种或几种的组合。
本发明的制备方法步骤如下：
（1）将铝硅质天然原料、氧化铝质原料、二氧化硅质原料和铝硅质增孔剂混合均匀，再加入结合剂混炼，得到混合泥料；
（2）将上述泥料挤出、机压或造粒成型得到坯体；
（3）将坯体干燥后放入高温窑炉中在1500～1700℃的条件下进行煅烧，煅烧后产物经破碎及筛分处理后即得到高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料。
本发明所制备的高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料以无机轻质材料为增孔剂，利用了无机材料在烧结过程中反应扩散的机理，通过反应扩散达到成份的均化；所制备的高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料以刚玉相和莫来石相为主，孔的形状多呈圆形，孔壁结构致密，孔相对孤立未形成大量连续的贯通气孔；所制备的高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料的常温耐压强度为50～120MPa，体积密度为1.2～1.9g/cm3，加热永久线变化率（1600℃，2h）为0.1%～-0.3%。
本发明的有益效果如下：
本发明以铝硅质的无机轻质材料为增孔剂，利用了无机材料在烧结过程中反应扩散的机理，制备过程中避免了有机成孔剂或碳酸盐成孔剂因在煅烧过程中产生的气体排放而形成的贯通气孔。材料制备过程中采用了高温煅烧工艺，所形成的孔壁结构致密且孔的形状多呈圆形、贯通气孔较少，有利于得到较好的常温和高温性能。
附图说明
图1为高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料的显微结构照片。
具体实施方式：
本发明以下将结合实施例作进一步的描述：
实施例1
按质量百分比将60%的铝矾土生矿粉、15%的工业氧化铝粉、10%的熔融石英和15%的闭孔珍珠岩混合均匀，再外加上述原料质量百分比之和4%的软质粘土作为添加剂，搅拌均匀得到混合泥料；将泥料机压成型得到坯体；将坯体在100℃的温度下烘烤6小时后，再放入高温炉中在1550℃条件下煅烧5小时，材料经破碎及筛分处理后即得到高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料。
本实施例所制备的高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料的技术指标为：体积密度1.4g/cm3，耐压强度为56MPa，加热永久线变化率（1600℃，2h）为-0.1%。
实施例2
按质量百分比将50%的工业氧化铝粉、20%的蓝晶石粉、10%的天然石英和20%的粉煤灰漂珠混合均匀，再外加上述原料质量百分比之和5%的纸浆废液作为添加剂，搅拌均匀得到混合泥料；将泥料机压成型得到坯体；将坯体在100℃的温度下烘烤8小时后，再放入高温炉中在1600℃条件下煅烧6小时，材料经破碎及筛分处理后即得到高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料。
本实施例所制备的高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料的技术指标为：体积密度1.5g/cm3，耐压强度为68MPa，加热永久线变化率（1600℃，2h）为-0.1%。
实施例3
按质量百分比将60%的铝矾土粉、10%的氢氧化铝、15%的熔融石英和15%的玻化微珠原料混合均匀，再外加上述原料质量百分比之和6%的糊精作为添加剂，加水搅拌均匀得到混合泥料；将泥料造粒得到粒状坯体；将坯体在110℃的温度下烘烤10小时后，再放入高温炉中在1500℃条件下煅烧6小时，材料经破碎及筛分处理后即得到高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料。
本实施例所制备的高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料的技术指标为：体积密度1.6g/cm3，耐压强度为85MPa，加热永久线变化率（1600℃，2h）为-0.1%。

Claims (8)

1.一种高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料，其特征在于：它包括下述重量百分比的原料:1～70%的铝硅质天然原料、1～70%的氧化铝质原料、5～25%的二氧化硅质原料和5～35%的铝硅质增孔剂，以及上述原料重量百分比之和的3～10%的结合剂。
2.根据权利要求1所述的高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料，其特征在于：所述的铝硅质天然原料取自铝矾土、焦宝石、蓝晶石、红柱石、硅线石或煤矸石中的一种或几种的组合，原料粒径≤0.088mm。
3.根据权利要求1所述的高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料，其特征在于：所述的氧化铝质原料取自氢氧化铝、工业氧化铝、β-Al2O3或γ-Al2O3中的一种或几种的组合，原料粒径≤0.088mm。
4.根据权利要求1所述的高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料，其特征在于：所述的二氧化硅质原料取自天然石英、熔融石英或硅质熟料中的一种或几种的组合，原料中SiO2质量百分含量≥97.0%。
5.根据权利要求1所述的高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料，其特征在于：铝硅质增孔剂取自粉煤灰漂珠、玻化微珠、空心玻璃微珠或闭孔珍珠岩中的一种或几种的组合。
6.根据权利要求1所述的高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料，其特征在于：所述的结合剂取自软质粘土、纸浆废液、糊精、羟基氯化铝、聚合氯化铝、聚乙二醇或氧化铝溶胶中的一种或几种的组合。
7.一种用于制备权利要求1所述高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
（1）将铝硅质天然原料、氧化铝质原料、二氧化硅质原料和铝硅质增孔剂混合均匀，再加入结合剂混炼，得到泥料；
（2）将上述泥料挤出、机压或造粒成型得到坯体；
（3）将坯体干燥后放入高温窑炉中在1500～1700℃的条件下进行煅烧，煅烧后产物经破碎及筛分处理后即得到高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述的高强轻量刚玉莫来石质耐火骨料以无机轻质材料为增孔剂，利用了无机材料在烧结过程中反应扩散的机理，通过反应扩散达到成份的均化；所制备的高强闭孔莫来石材料以刚玉相和莫来石相为主，孔的形状多呈圆形，孔壁结构致密，孔相对孤立，未形成大量连续的贯通气孔；所制备的高强闭孔莫来石材料的常温耐压强度为50～120MPa，体积密度为1.2～1.9g/cm3，加热永久线变化率在1600℃条件下2h为0.1%～-0.3%。
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