CN1072191C - 烧结高铝复合砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种烧结高铝复合砖及其制备方法，该复合砖为工作层和隔热层复合而成的层状结构，具有较好的耐火隔热效果，制备时将工作层和隔热层分别配料、混料，然后一同成型、烧成。复合砖的工作层与隔热层具有牢固的结合力，工作层具有良好的耐高温，耐酸碱、耐磨损性能，强度高，热震稳定性好，隔热层隔热性能好，强度高。该复合砖可满足回转窑的技术要求和使用要求，可实现节能降耗，延长回转窑的使用寿命。其制备方法科学合理，简便易行。

Description

烧结高铝复合砖及其制备方法

本发明涉及一种烧结高铝复合砖及其制备方法，属于耐火材料领域。

现有的耐火砖、隔热砖等均为单一材质结构，使用时需要将各种性能的砖配合使用，若在相对固定不动的设备上使用，如在隧道窑、倒烟窑上的应用，各种不同性能的砖配合使用还是可以满足要求的。但是，在一些相对运动的设备上，如在回转窑上，各种砖的配合使用就很难满足要求。大型回转窑是氧化铝厂、水泥厂为代表的烧成熟料的心脏设备，正常烧成温度1360～1500℃，一台直径为4.3米的回转窑日产熟料千吨以上，耐火窑衬砖承受着高温物料的侵蚀、磨损以及温差急变的影响，极易损坏。为了适应回转窑这一苛刻的操作条件，延长回转窑的使用寿命，各厂家均相应地选择了优质的耐火材料，如磷酸盐耐火砖、镁铝耐火砖、高铝砖等。实践证明，由于优质耐火材料的导热系数高，一是使窑体内温度下降，影响产品质量，要保证产品质量就得多消耗燃料；二是使窑体外壳温度明显上升，有时超过极限，温高能使齿轮圈的润滑油着火，导致窑壳变形，轻则造成停产，重则窑炉报废，不但浪费了燃料，而且严重降低了设备的利用率，从而更加严重的影响了经济效益。为了解决这一问题，有的厂家曾在熟料窑窑体外壳与窑体内衬之间加用过石棉隔热耐火砖、耐火纤维毡等，由于这些隔热材料强度低、结合性能差，当点火一起动，窑壳不但不能与窑衬砖一起旋转，而且将隔热材料严重搓碎，致使窑内衬砖大面积脱落，不得不重修。人们一直在寻求既能满足回转窑的技术要求，又能满足回转窑的使用要求的方案来解决这一问题。

本发明的目的在于提供一种耐火隔热性能好的烧结高铝复合砖及其制备方法，该复合砖的使用，既能满足回转窑的技术要求，又能满足回转窑的使用要求，可实现节能降耗，延长回转窑的使用寿命；其制备方法科学合理，简单易行，容易实施。

本发明的目的可以由以下方案来实现：

所述的烧结高铝复合砖，为层状结构，由工作层和隔热层复合而成。

所述的烧结高铝复合砖，其工作层与隔热层的结合缝为曲线状，以呈锯齿状为最佳。这样，结合力强，尤其增加结合处的剪切力。

通常，该复合砖的工作层的厚度占整个砖厚度的60～80％，既保证耐火、隔热的要求，又保证整体砖的强度。

所述的烧结高铝复合砖的制备方法，仍然借鉴传统的耐火砖的制备方法，依次包括配料、混料、成型和烧成，其主要改进在于将工作层和隔热层分别配料、混料，然后一同成型、烧成。

制备过程中，工作层和隔热层的配料包括骨料、骨料细粉结合剂、添加剂和粘结剂。

工作层的配料组成为：

高铝质耐火骨料                        50～60％wt

高铝质耐火骨料细粉结合剂              35～45％wt

活性二氧化硅添加剂                    2～5％wt

外加粘结剂                            3.5～6.5％wt

其中，耐火骨料通常由高铝矾土经高温煅烧而成，为了保证工作层的技术要求，一般要求耐火骨料中Al₂O₃≥75％wt,Fe₂O₃≤2％wt。熟料的煅烧温度为1500～1600℃，熟料的密度≥3g/cm³，颗粒的最大粒径为6.5mm，最好小于5.5mm，颗粒级配一般为：1.5mm＜粒径d≤最大粒径的颗粒占55～75％wt，粒径d≤1.5mm的颗粒占25～45％wt。耐火骨料细粉作为结合剂，较细为好，以提高砖的强度，一般粒径d≤0.12mm适宜，最好粒径d≤0.09mm。

隔热层的配料组成为：

轻质骨料                              55～65％wt

高铝质耐火骨料细粉结合剂              30～40％wt

活性二氧化硅添加剂                    5～10％wt

粘结剂                                12～15％wt

其中，轻质骨料也应是耐火粘土煅烧而成，可以与耐火骨料使用相同的耐火粘土，为了保证隔热层的高温性能能够适应于工作层，一般要求轻质骨料中Al₂O₃≥48％wt,Fe₂O₃≤2％wt。轻质骨料的煅烧温度为1500～1600℃，其体积密度为0.7～1.0g/cm³，强度要大于6MPa。轻质骨料的最大粒径为12mm，最好小于10mm，颗粒级配一般为1.5mm＜粒径d≤最大粒径的颗粒占80～90％wt，粒径d≤1.5mm的颗粒占10～20％wt。结合剂与工作层的结合剂要相应一致，最好相同，保证两层的同步收缩，有利于工作层与隔热层的牢固结合，我们采用了完全相同的结合剂。

工作层与隔热层所用粘结剂均为纸浆水溶液，通常，水与纸浆的比例为1∶1。

工作层和隔热层配料中活性二氧化硅作添加剂，一般要求二氧化硅中S_iO₂≥90％wt，粒度小于5微米。

将工作层和隔热层分别按上述组成要求配料后分别混料，按工作层与隔热层的厚度要求填料，机压成型。一般工作层厚度占整砖厚度的60～80％，工作层与隔热层的结合缝设计为曲线状，以锯齿状为多见。将成型后的砖坯在60～80℃的温度下烘干，经1520～1560℃的高温烧成制得本发明的烧结高铝复合砖。

该复合砖工作层的体积密度为2.40～2.70g/cm³，常温耐压强度为55～90MPa，荷重软化开始温度1530℃，重烧线变化1500℃×3h,-0.2％，热震稳定性(1100℃水冷)超过19次；隔热层的体积密度≤1.7g/cm³，常温耐压强度为≥25MPa，荷重软化开始温度≥1400℃，重烧线变化1400℃×3h,-0.2％，热震稳定性(1100℃水冷)超过15次，导热系数(350℃±25℃平均温度)≤0.85W/m.K；工作层与结合层的结合抗折力为15～20MPa。

本发明的烧结高铝复合砖耐火隔热效果好，其工作层与隔热层具有牢固的结合力，可满足回转窑的使用要求，工作层具有良好的耐高温、耐酸碱、耐磨损性能，机械强度高，热震稳定性好，隔热层隔热性能好，强度高，可满足回转窑的技术要求，达到了节能降耗的目的，该复合砖的使用寿命是同领域同类型耐火砖使用寿命的2～3倍，从而延长了回转窑的使用寿命，解决了困扰着回转窑生产的一大难题。本发明复合砖也可以用于耐火、耐火隔热等的其它热工设备上，最高使用温度达1500℃，该复合砖集耐火隔热于一体，施工也非常方便。

本发明的制备方法科学合理，是在传统的基础上进行的改进，简单易行，容易实施。

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

图1、本发明复合砖的一结构示意图，亦为一结构实施例。

图中，1工作层、2工作层骨料、3结合缝、4隔热层骨料、5隔热层。

工作层骨料2和隔热层骨料4分别在工作层1和隔热层5中起骨架作用，结合缝3为锯齿状。

制备方法仍然借鉴传统的耐火砖的制备方法，其主要改进在于将工作层和隔热层分别配料、混料，然后一同成型、烧成。

制备过程中，工作层和隔热层的配料包括骨料、骨料细粉结合剂、添加剂和粘结剂。

本发明复合砖可用下列制备方法1制备：

工作层的配料重量组成为：

高铝质耐火骨料                       58％wt

高铝质耐火骨料细粉结合剂             37％wt

活性二氧化硅添加剂                  5％wt

外加粘结剂                          5％wt

其中，耐火骨料用的高铝矾土为山西高铝矾土，骨料的化学组成为Al₂O₃78％wt,S_iO₂18％wt,Fe₂O₃1.9％wt，其它2％wt。熟料的煅烧温度为1540～1560℃，熟料的密度为3.5g/cm³，熟料颗粒的最大粒径为5mm，颗粒级配为：1.5mm＜粒径d≤5mm的颗粒占65％wt，粒径d≤1.5mm的颗粒占35％wt。耐火骨料细粉最大粒径为0.09mm。

隔热层的配料重量组成为：

轻质骨料                            60％wt

高铝质耐火骨料细粉结合剂            30％wt

活性二氧化硅添加剂                  10％wt

外加粘结剂                          12％wt

其中，轻质骨料所用耐火粘土的化学组成为Al₂O₃50％wt,S_iO₂45％wt,Fe₂O₃1.9％wt，其它3％wt。熟料的煅烧温度为1540～1560℃，熟料的体积密度为0.9g/cm³，熟料颗粒的最大粒径为10mm，颗粒级配为：1.5mm＜粒径d≤10mm的颗粒占65％wt，粒径d≤1.5mm的颗粒占35％wt。

工作层与隔热层所用粘结剂均为水与纸浆的比例为1∶1水溶液。活性二氧化硅中S_iO₂为96％，粒度小于5微米。

将工作层和隔热层分别按上述组成要求配料后分别混料，按工作层与隔热层的厚度比为2∶1的比例填料，机压成型。将成型后的砖坯在60～80℃的温度下烘干，至残余水分小于1％，在倒烟窑中经1520～1560℃的高温烧成，制得本发明的烧结高铝复合砖。

该复合砖工作层的的体积密度为2.55g/cm³，常温耐压强度为70MPa，荷重软化开始温度1530℃，重烧线变化1500℃×3h,-0.2％，热震稳定性(1100℃水冷)超过19次；隔热层的体积密度为1.7g/cm³，常温耐压强度为25MPa，荷重软化开始温度为1400℃，重烧线变化1400℃×3h,-0.2％，热震稳定性(1100℃水冷)超过15次，导热系数(350℃±25℃平均温度)为0.80W/m.K；工作层与结合层的结合抗折力为20MPa。

本发明复合砖也可用下列方法2制备：

工作层的配料重量组成为：

高铝质耐火骨料                     55％wt

高铝质耐火骨料细粉结合剂           40％wt

活性二氧化硅添加剂                    5％wt

外加粘结剂                            6％wt

熟料颗粒的最大粒径为6mm，颗粒级配为：1.5mm＜粒径d≤6mm的颗粒占60％wt，粒径d≤1.5mm的颗粒占40％wt。耐火骨料细粉最大粒径为0.10mm。

隔热层的配料重量组成为：

轻质骨料                              60％wt

高铝质耐火骨料细粉结合剂              32％wt

活性二氧化硅添加剂                    8％wt

外加粘结剂                            13％wt

熟料颗粒的最大粒径为9mm，颗粒级配为：1.5mm＜粒径d≤10mm的颗粒占70％wt，粒径d≤1.5mm的颗粒占30％wt。

将工作层和隔热层分别按上述组成要求配料后分别混料，按工作层与隔热层的厚度比为5∶3的比例填料，填料时可将结合面控制为曲面，机压成型。将成型后的砖坯在60～80℃的温度下烘干，至残余水分小于1％，在倒烟窑中经1520～1560℃的高温烧成，制得本发明的烧结高铝复合砖。

其它与制备方法1的基本相同。

Claims (3)

1、一种烧结高铝复合砖，其特征在于为层状结构，由工作层(1)和隔热层(5)复合而成，工作层(1)的厚度占整个砖厚度的60～80％，工作层(1)与隔热层(5)的结合缝(3)为曲线状。

2、根据权利要求1所述的烧结高铝复合砖的制备方法，依次包括配料、混料、成型和烧成，其特征在于将工作层和隔热层分别配料、混料，然后一同成型、烧成，其中：

工作层的配料组成为：

高铝质耐火骨料                                   50～60％wt

粒径d≤0.12mm的高铝质耐火骨料细粉结合剂          35～45％wt

活性二氧化硅添加剂                               2～5％wt

外加粘结剂                                       3.5～6.5％wt

隔热层的配料组成为：

轻质骨料                                         55～65％wt

粒径d≤0.12mm的高铝质耐火骨料细粉结合剂          30～40％wt

活性二氧化硅添加剂                               5～10％wt

外加粘结剂                                       12～15％wt

成型后的砖坯烘干温度为60～80℃，烧成温度为1520～1560℃。

3、根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于粘结剂为纸浆水溶液。

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