CN107954739A - 微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖，包括主料和添加剂，所述主料包括下述质量百分数的物料：高铝矾土熟料大颗粒15%～30%、铝酸钙细粉18%～25%、高岭土超细粉8%～12%、Al₂O₃微粉15%～25%、硅微粉5%～8%、造孔剂8%～12%、微细二氧化硅气凝胶1%～3%；所述添加剂的质量为所述主料质量的4.5%～5.5%。所述微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖成分搭配合理、材料内部形成有均匀分布的微米级气孔，使得产品具有良好的抗热震性、较好的热稳定性和较高的荷重软化温度。本发明还提供一种上述微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖的制备方法，该方法步骤简单、易于自动化生产。

Description

微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖及其制备方法

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，具体的说，涉及了一种微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖及其制备方法。

背景技术

耐火材料由于对高温介质良好的抗侵蚀性，以及具有保温隔热的性能， 在冶金、石化、玻璃等高温行业被广泛使用。随着我国对节能降耗的重视程度不断提高，具有良好保温隔热效果的轻质耐火材料得到了更多的研究与发展。不定形耐火材料由于具有施工便利、生产成本低，以及衬体的整体结构性好等优势，而受到了特别的关注，其中尤以耐火浇注料应用得最为广泛。

通常使用的耐火浇注料主要为Al₂O₃-SiO₂质材料，但这类耐火材料在石化等行业使用时，由于所处还原气氛环境的影响，会导致耐火材料的损毁加剧，从而使得材料的使用寿命降低。另外，由于传统的耐火骨料中气孔尺寸较大，孔径多处于毫米级，这样当该材料在高温环境中使用时，由于通过气孔内气体辐射传热与对流传热的加剧，会使耐火材料的导热系数升高，进而降低了耐火材料的隔热保温效果，增大了热能的流失，导致能源成本的上升。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种具有较高的抗热震性、较好的隔热保温效果的微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：包括主料和添加剂，其中所述主料包括下述质量百分数的物料：高铝矾土熟料大颗粒15%～30%、铝酸钙细粉18%～25%、高岭土超细粉8%～12%、Al₂O₃微粉15%～25%、硅微粉5%～8%、造孔剂8%～12%、微细二氧化硅气凝胶1%～3%；所述添加剂的质量为所述主料质量的4.5%～5.5%。

基于上述，所述主料包括下述质量百分数的物料：高铝矾土熟料大颗粒25%～28%、铝酸钙细粉20%～23%、高岭土超细粉10%～12%、Al₂O₃微粉18%～20%、硅微粉6%～7%、造孔剂9%～10%、微细二氧化硅气凝胶2%～3%。

基于上述，所述高铝矾土熟料大颗粒的粒度为1 mm～3 mm。

基于上述，所述铝酸钙细粉的粒度小于0.074 mm、所述高岭土超细粉的粒度小于0.074 mm。

基于上述，所述Al₂O₃微粉的粒度小于0.043 mm、所述硅微粉的粒度小于0.043 mm。

基于上述，所述造孔剂为淀粉、纳米炭黑、石油焦炭中的一种或几种的混合。

基于上述，所述添加剂为纸浆水。

本发明还一种微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照上述质量百分数的原料计算，将高铝矾土熟料大颗粒、铝酸钙细粉、高岭土超细粉、造孔剂和添加剂进行混碾制得预制泥料；然后向所述预制泥料中加入Al₂O₃微粉、硅微粉和微细二氧化硅气凝胶并进行混碾制得混碾泥料；

（2）将所述混碾泥料压制成砖坯，所述砖坯经干燥煅烧后制得所述微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖。

基于上述，所述步骤（2）包括：将所述混碾泥料压制成砖坯，并将所述砖坯在自然干燥24小时，然后置于干燥窑内，在100℃～200℃的温度条件下干燥24小时～48小时；然后将干燥后的所述砖坯在1100℃～1350℃的温度下进行煅烧10小时～24小时，从而制得所述微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖。

本发明所提供的微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖原料中各成分的性能作用如下：

高铝矾土熟料：是指铝矾土矿物经过煅烧后的物料，其主要成分为水铝石和高铝硅石，具有较高的耐烧性能，常用来制备各种高铝砖，是冶金工业和其它工业广泛使用的耐火或防腐材料。

铝酸钙：铝酸钙是一系列由氧化钙和氧化铝在高温下烧结而成的无机化合物，由于其硬度大、熔点高的物理性质，被应用于水泥和灭火材料中。通式为mCaO·nAl₂O₃。

高岭土超细粉：高岭土类矿物是由高岭石、地开石、珍珠石、埃洛石等高岭石簇矿物组成，主要矿物成分是高岭石。高岭石的晶体化学式2SiO₂-Al₂O₃-2H₂O，其理论化学组成主要为SiO₂、Al₂O₃。高岭土类矿物属于1：1型层状硅酸盐，晶体主要由硅氧四面体和氢氧八面体组成，其中硅氧四面体以共用顶角的方式沿着二维方向连结形成六方排列的网格层。高岭土具有强的耐酸性能、良好的电绝缘性和较高的耐火性能，耐火度与高岭土的化学组成有关，纯的高岭土的耐火度一般在1700℃左右，当水云母、长石含量多，钾、钠、铁含量高时，耐火度降低，高岭土的耐火度最低不小于1500℃。

微细二氧化硅气凝胶：是由若干Si-O-Si基团相互连接聚集形成的纳米三维网络骨架结构，由于近无穷多纳米孔的存在，固体热传递只能沿着孔壁传递，近无穷多气孔壁构成了近于无穷长路径效应，使得固体热导率降到几乎最低极限。其介孔尺寸为2～50nm，当材料中的气孔直径小于70nm时，孔内的空气分子就失去了自由流动的能力，相对地附着在气孔壁上，此时，纳米孔处于近似真空状态，材料中的空气对流减弱到最小极限。由于空气的主要成分是氮气和氧气，局域热激发无法通过空气分子跨越凝胶表面进行对流作用，从而对热对流传热产生隔绝作用。

Al₂O₃微粉：Al₂O₃是一种高硬度的化合物，熔点为2054℃，沸点为2980℃，常用于制造耐火材料。

硅微粉：硅微粉是由天然石英（SiO₂）或熔融石英（天然石英经高温熔融、冷却后的非晶态SiO₂）经破碎、球磨（或振动、气流磨）、浮选、酸洗提纯、高纯水处理等多道工艺加工而成的微粉。硅微粉是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料，具有耐温性好、耐酸碱腐蚀、导热性差、高绝缘、低膨胀、化学性能稳定、硬度大等优良的性能。

造孔剂：使材料中增加孔洞结构的添加剂，一般为易分解为气体的物质。本文中选用的造孔剂为淀粉、纳米炭黑、石油焦炭中的一种或几种的混合。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明首先将不同粒度的高铝矾土熟料、铝酸钙、高岭土、Al₂O₃、硅微粉、造孔剂、二氧化硅气凝胶和纸浆水进行混合，使得制备的砖坯各个部位成分配比搭配一致，保证了煅烧所得的微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖各部位性能的一致性，同时原料中含有大量棱角突出的粒度料，增大了临界粒度，为微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖提供了牢固的骨架结构使其在使用过程中不易产生变形。

同时，本发明充分利用本身含有多孔结构的铝酸钙及造孔剂与上述原料混合，使得材料内部在多时间内生产大量微小气孔，且所述微小气孔不会随烧结过程的进行而聚集长大，最终在产品中形成微米级且均匀分布的气孔。并分别利用高铝矾土熟料、铝酸钙、高岭土、Al₂O₃的耐烧特性和较好的成型性使得制备的微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖具有高荷软、低蠕变、高抗热震性能。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖，包括主料和纸浆水，其中所述主料包括下述质量百分数的物料：高铝矾土熟料大颗粒30%、铝酸钙细粉25%、高岭土超细粉8%、Al₂O₃微粉15%、硅微粉8%、淀粉12%、微细二氧化硅气凝胶2%；所述纸浆水质量为所述主料质量的5.5%。所述高铝矾土熟料大颗粒的粒度为1 mm～3 mm、所述铝酸钙细粉的粒度小于0.074 mm、所述结合粘土细粉的粒度小于0.074 mm、高岭土超细粉的粒度小于0.074 mm、所述Al₂O₃微粉的粒度小于0.043 mm、所述硅微粉的粒度小于0.043 mm。各原料中的化学成分如表1所示。

表1、各原料主要化学成分

原料	Al2O3	Fe2O3	K2O+NaO	CaO
					高岭土超细粉	55%～58%	≤1.1%	≤1.0%	--
高铝矾土熟料大颗粒	≥80%	≤1.5%	≤0.6%	--
					铝酸钙	≥53%	--	--	29%～31%

本实施例还提供一种所述微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖的制备方法，具体制备步骤包括：

（1）按照上述质量百分数的原料计算，将高铝矾土熟料大颗粒、铝酸钙细粉、高岭土超细粉、造孔剂和纸浆水进行混碾制得预制泥料；然后向所述预制泥料中加入Al₂O₃微粉、硅微粉和微细二氧化硅气凝胶并进行混碾制得混碾泥料；

（2）采用压力吨位大于315吨的制砖机将所述混碾泥料压制成砖坯，并将所述砖坯在自然干燥24小时，然后置于干燥窑内，在200℃的温度条件下干燥24小时；然后将干燥后的所述砖坯在1350℃的温度下进行煅烧10小时，从而制得所述微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖。经检测，本实施例制得的所述微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖密度为1.0 g/cm³。

实施例2

本实施例提供一种微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖，包括主料和纸浆水，其中所述主料包括下述质量百分数的物料：高铝矾土熟料大颗粒30%、铝酸钙细粉20%、高岭土超细粉10%、Al₂O₃微粉20%、硅微粉7%、纳米炭黑10%、微细二氧化硅气凝胶3%；所述纸浆水质量为所述主料质量的5.5%。

本实施例所述的微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖的制备方法与实施例1中的制备方法大致相同，不同之处在于：

将所述混碾泥料压制成砖坯，然后置于干燥窑内，在200℃的温度条件下干燥48小时；然后将干燥后的所述砖坯在1100℃的温度下进行煅烧24小时，从而制得所述微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖。

经检测，本实施例制得的所述微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖密度为1.2 g/cm³。

实施例3

本实施例提供一种微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖，具体原料成分与实施例1大致相同，不同之处在于：

本实施例中，高铝矾土熟料大颗粒18%、铝酸钙细粉25%、高岭土超细粉12%、Al₂O₃微粉25%、硅微粉5%、石油焦炭12%、微细二氧化硅气凝胶3%。

本实施例所述的微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖的制备方法与实施例1中的制备方法相同。经检测，本实施例制得的所述微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖密度为1.1 g/cm³。

微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖性能检测

分别对实施例1～3制备的微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖中Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO含量、体积密度、平均孔径、耐火度、常温耐压强度和1350℃高温抗折强度性能进行检测，检测结果如表2所示。

表2、微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖性能检测

从上表中可以看出：实施例1～3提供的微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖的耐火软化点大于1750℃、常温耐压强度大于20MPa、平均孔径介于7微米～7.5微米之间、体积密度介于1.0g/cm³～1.2 g/cm³之间，因此所述微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖各项性能指标符合GB/T3994-2013规定的指标，所述微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖内部存在均匀分布的微米级气孔，同时该产品具有载荷软化温度高、高抗热震的性能的优点。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (9)

1.一种微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖，包括主料和添加剂，其特征在于，所述主料包括下述质量百分数的物料：高铝矾土熟料大颗粒15%～30%、铝酸钙细粉18%～25%、高岭土超细粉8%～12%、Al₂O₃微粉15%～25%、硅微粉5%～8%、造孔剂8%～12%、微细二氧化硅气凝胶1%～3%；所述添加剂的质量为所述主料质量的4.5%～5.5%。

2.根据权利要求1所述的微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖，其特征在于，所述主料包括下述质量百分数的物料：高铝矾土熟料大颗粒25%～28%、铝酸钙细粉20%～23%、高岭土超细粉10%～12%、Al₂O₃微粉18%～20%、硅微粉6%～7%、造孔剂9%～10%、微细二氧化硅气凝胶2%～3%。

3.根据权利要求1或2所述的微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖，其特征在于，所述高铝矾土熟料大颗粒的粒度为1 mm～3 mm。

4.根据权利要求3所述的微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖，其特征在于，所述铝酸钙细粉的粒度小于0.074 mm、所述高岭土超细粉的粒度小于0.074 mm。

5.根据权利要求4所述的微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖，其特征在于，所述Al₂O₃微粉的粒度小于0.043 mm、所述硅微粉的粒度小于0.043 mm。

6.根据权利要求5所述的微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖，其特征在于，所述造孔剂为淀粉、纳米炭黑、石油焦炭中的一种或几种的混合。

7.根据权利要求6所述的微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖，其特征在于，所述添加剂为纸浆水。

8.一种微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照权利要求1～7任一项所述质量百分数的原料计算，将高铝矾土熟料大颗粒、铝酸钙细粉、高岭土超细粉、造孔剂与添加剂进行混碾制得预制泥料；然后向所述预制泥料中加入Al₂O₃微粉、硅微粉和微细二氧化硅气凝胶并进行混碾制得混碾泥料；

（2）将所述混碾泥料压制成砖坯，所述砖坯经干燥煅烧后制得所述微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖。

9.根据权利要求8所述的微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）包括：将所述混碾泥料压制成砖坯，并将所述砖坯在自然干燥24小时，然后置于干燥窑内，在100℃～200℃的温度条件下干燥24小时～48小时；然后将干燥后的所述砖坯在1100℃～1350℃的温度下进行煅烧10小时～24小时，从而制得所述微孔高铝矾土熟料轻质耐火砖。