CN108002822B - 硅铝空心球隔热制品及其制备方法 - Google Patents

硅铝空心球隔热制品及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种硅铝空心球隔热制品及其制备方法，所述硅铝空心球隔热制品是在A组分的表面裹覆B组分和C组分后，经过烘干、煅烧制备而得；A组分、B组分和C组分的重量比为1～2:69～90:10～22；A组分包括聚苯乙烯泡沫球；B组分包括氧化铝、莫来石、高岭土和硅微粉，所述氧化铝、莫来石、高岭土和硅微粉的重量比为1～3：17～24：3～7：2～3；C组分包括二氧化硅溶胶和聚乙烯醇，二氧化硅溶胶和的重量比为3～4.5：0.5～2。本发明硅铝空心球隔热制品不仅具有较低的导热系数、耐热性好，良好的成品率和耐压强度，而且在煅烧过程中不会产生异味，不会对窑炉产生污染。

Description

硅铝空心球隔热制品及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，更具体的说，它涉及一种硅铝空心球隔热制品及其制备方法。
背景技术
氧化铝空心球的氧化铝含量很高，因此其具有较高的耐火度及优良的化学稳定性和较好的高温强度，且由于空心球作骨料，故导热系数较小，在高温下有很好的隔热效果。
硅铝空心球隔热制品作为工作内衬广泛应用于硅化钼电炉、钨棒炉、高温燃气间歇窑以及隧道窑等高温窑炉；通常硅铝空心球隔热制品以氧化铝空心球为骨料，以α-氧化铝粉为基质，添加适量结合剂，经成型、干燥和烧成制备而成；高温烧结后基质呈致密状态，导致传统硅铝空心球隔热制品的热导率高，蓄热大，最终造成高温工业能耗过高。
针对上述问题，申请公布日为2016.04.20、授权公告号为CN105503216A的专利文献公开了一种轻质高强氧化铝空心球隔热制品的制备方法，该方法通过向氧化铝基质中引入气孔实现氧化铝空心球制品的低热导率(0.36～0.83W·m-1·K-1)；但是多孔氧化铝基质导致氧化铝空心球制品强度较低，烧结过程中坯体收缩率过大，易开裂、变形导致成品率低等问题。
发明内容
本发明的目的一在于提供一种硅铝空心球隔热制品，其不仅具有较低的导热系数、耐热性好，良好的成品率和耐压强度，而且在煅烧过程中不会产生异味，不会对窑炉产生污染。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种硅铝空心球隔热制品，其特征在于，其是在A组分的表面裹覆B组分和C组分后，经过烘干、煅烧制备而得；A组分、B组分和C组分的重量比为1～2:69～90:10～22；
A组分包括聚苯乙烯泡沫球；
B组分包括氧化铝、莫来石、高岭土和硅微粉，所述氧化铝、莫来石、高岭土和和硅微粉的重量比为1～3：17～24：3～7：2～3；
C组分包括二氧化硅溶胶和聚乙烯醇，二氧化硅溶胶和聚乙烯醇的重量比为3～4.5：0.5～2。
本发明较优选地，所述A组分中聚苯乙烯泡沫球的粒度为1～6mm。
本发明较优选地，所述B组分中氧化铝、莫来石、高岭土和硅微粉的重量比为2:20:5:3。
本发明较优选地，所述C组分中二氧化硅溶胶和乙二醇的重量比为4:1。
本发明较优选地，所述A组分、B组分和C组分的重量比为1.5:78:15。
本发明较优选地，所述B组分中氧化铝的粒度≤0.044mm，高岭土的粒度≤0.044mm，莫来石的粒度≤0.044mm，硅微粉的粒度≤0.044mm。
本发明的目的二在于提供一种硅铝空心球隔热制品的制备方法本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种硅铝空心球隔热制品的制备方法，包括如下步骤：
S1：将氧化铝、莫来石、高岭土和硅微粉放置在混料设备中进行混合，得到均匀混合的混合粉；
S2：将聚苯乙烯泡沫球放入滚球机中，在30～40r/min的转速条件下，喷加占配方量10～25wt％的C组分，转动时间0.5～1h；
S3：在40～50r/min的转速条件下，加占配方量20～30wt％的混合粉，转动时间1～1.5h；
S4：在50～60r/min的转速条件下，同时加剩余的混合粉和剩余的C组分，转动时间3～4h，得表面形成有凸起的生球；
S5：在100～110℃温度下，将生球干燥10～15小时；
S6：在1100～1800℃温度下，将干燥后的生球煅烧12～15小时，制得硅铝空心球隔热制品。
本发明较优选地，所述步骤S5中的干燥温度为100℃，干燥时间为14h。
本发明较优选地，所述步骤S6中的煅烧温度为1500℃，煅烧时间为13h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、B组分中莫来石和硅微粉对提高本发明硅铝空心球隔热制品的耐压强度和隔热性具有协同效果。此外，莫来石和硅微粉复配时，可提高本发明硅铝空心球隔热制品的成品率，同时降低本发明硅铝空心球隔热制品的加热永久线变化。
2、采用本发明的制备方法可显著提高本发明硅铝空心球隔热制品的成品率、抗热震性、耐热性以及耐压强度。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。应该理解的是，本发明实施例所述制备方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都属于本发明要求保护的范围。
表1实施例中各组分的配方配比(单位：Kg)
Figure GDA0002266330360000021
Figure GDA0002266330360000031
实施例一至十二的硅铝空心球隔热制品是按如下步骤制备而得。
S1：将氧化铝、高岭土、莫来石、和硅微粉放置在混料设备中进行混合，得到均匀混合的混合粉；
S2：将聚苯乙烯泡沫球放入滚球机中，在35r/min的转速条件下，喷加占配方量20wt％的C组分，转动时间1h；
S3：在50r/min的转速条件下，加占配方量25wt％的混合粉，转动时间1h；
S4：在55r/min的转速条件下，同时加剩余的混合粉和剩余的C组分，转动时间4h，得表面形成有凸起的生球；
S5：在100℃温度下，将生球干燥14小时；
S6：在1500℃温度下，将干燥后的生球煅烧13小时，制得硅铝空心球隔热制品。
实施例十三：实施例十三与实施例一的配方配比相同，实施例十三的硅铝空心球隔热制品是按如下步骤制备而得。
S1：将氧化铝、高岭土、莫来石、和硅微粉放置在混料设备中进行混合，得到均匀混合的混合粉；
S2：将聚苯乙烯泡沫球放入滚球机中，在30r/min的转速条件下，喷加占配方量25wt％的C组分，转动时间0.5h；
S3：在40r/min的转速条件下，加占配方量20wt％的混合粉，转动时间1h；
S4：在50r/min的转速条件下，同时加剩余的混合粉和剩余的C组分，转动时间3h，得表面形成有凸起的生球；
S5：在100℃温度下，将生球干燥14小时；
S6：在1500℃温度下，将干燥后的生球煅烧13小时，制得硅铝空心球隔热制品。
实施例十四：实施例十四与实施例一的配方配比相同，实施例十四的硅铝空心球隔热制品是按如下步骤制备而得。
S1：将氧化铝、高岭土、莫来石、和硅微粉放置在混料设备中进行混合，得到均匀混合的混合粉；
S2：将聚苯乙烯泡沫球放入滚球机中，在40r/min的转速条件下，喷加占配方量10wt％的C组分，转动时间0.75h；
S3：在45r/min的转速条件下，加占配方量30wt％的混合粉，转动时间1.25h；
S4：在60r/min的转速条件下，同时加剩余的混合粉和剩余的C组分，转动时间3.5h，得表面形成有凸起的生球；
S5：在100℃温度下，将生球干燥14小时；
S6：在1500℃温度下，将干燥后的生球煅烧13小时，制得硅铝空心球隔热制品。
实施例十五：实施例十五与实施例一的配方配比相同，实施例十五的硅铝空心球隔热制品是按如下步骤制备而得。
S1：将氧化铝、高岭土、莫来石、和硅微粉放置在混料设备中进行混合，得到均匀混合的混合粉；
S2：将聚苯乙烯泡沫球放入滚球机中，在35r/min的转速条件下，喷加占配方量20wt％的C组分，转动时间1h；
S3：在50r/min的转速条件下，加占配方量25wt％的混合粉，转动时间1h；
S4：在55r/min的转速条件下，同时加剩余的混合粉和剩余的C组分，转动时间4h，得表面形成有凸起的生球；
S5：在110℃温度下，将生球干燥10小时；
S6：在1100-1500℃温度下，将干燥后的生球煅烧13小时，制得硅铝空心球隔热制品。
实施例十六：实施例十六与实施例一的配方配比相同，实施例十六的硅铝空心球隔热制品是按如下步骤制备而得。
S1：将氧化铝、高岭土、莫来石、和硅微粉放置在混料设备中进行混合，得到均匀混合的混合粉；
S2：将聚苯乙烯泡沫球放入滚球机中，在35r/min的转速条件下，喷加占配方量20wt％的C组分，转动时间1h；
S3：在50r/min的转速条件下，加占配方量25wt％的混合粉，转动时间1h；
S4：在55r/min的转速条件下，同时加剩余的混合粉和剩余的C组分，转动时间4h，得表面形成有凸起的生球；
S5：在105℃温度下，将生球干燥15小时；
S6：在1100-1500℃温度下，将干燥后的生球煅烧13小时，制得硅铝空心球隔热制品。
实施例十七：实施例十七与实施例一的配方配比相同，实施例十七的硅铝空心球隔热制品是按如下步骤制备而得。
S1：将氧化铝、高岭土、莫来石、和硅微粉放置在混料设备中进行混合，得到均匀混合的混合粉；
S2：将聚苯乙烯泡沫球放入滚球机中，在35r/min的转速条件下，喷加占配方量20wt％的C组分，转动时间1h；
S3：在50r/min的转速条件下，加占配方量25wt％的混合粉，转动时间1h；
S4：在55r/min的转速条件下，同时加剩余的混合粉和剩余的C组分，转动时间4h，得表面形成有凸起的生球；
S5：在100℃温度下，将生球干燥14小时；
S6：在1100℃温度下，将干燥后的生球煅烧15小时，制得硅铝空心球隔热制品。
实施例十八：实施例十五与实施例一的配方配比相同，实施例十六的硅铝空心球隔热制品是按如下步骤制备而得。
S1：将氧化铝、高岭土、莫来石、和硅微粉放置在混料设备中进行混合，得到均匀混合的混合粉；
S2：将聚苯乙烯泡沫球放入滚球机中，在35r/min的转速条件下，喷加占配方量20wt％的C组分，转动时间1h；
S3：在50r/min的转速条件下，加占配方量25wt％的混合粉，转动时间1h；
S4：在55r/min的转速条件下，同时加剩余的混合粉和剩余的C组分，转动时间4h，得表面形成有凸起的生球；
S5：在100℃温度下，将生球干燥14小时；
S6：在1100-1500℃温度下，将干燥后的生球煅烧12小时，制得硅铝空心球隔热制品。
对比例一：对比例一与实施例一的区别仅仅在于，未添加莫来石。
对比例二：对比例二与实施例一的区别仅仅在于，未添加硅微粉。
对比例三：对比例三与实施例一的配方配比相同，对比例三硅铝空心球隔热制品是按如下步骤制备而得。
将氧化铝、高岭土、莫来石、和硅微粉放置在混料设备中进行混合，得到均匀混合的混合粉；将聚苯乙烯泡沫球放入滚球机中，在35r/min的转速条件下，喷加占配方量20wt％的C组分，转动时间1h；在55r/min的转速条件下，同时加配方量的混合粉和剩余的C组分，转动时间4h，得生球；在100℃温度下，将生球干燥14小时；在1500℃温度下，将干燥后的生球煅烧13小时，制得硅铝空心球隔热制品。
对比例四：对比例四与实施例一的配方配比相同，对比例四硅铝空心球隔热制品是按如下步骤制备而得。
将氧化铝、高岭土、莫来石、和硅微粉放置在混料设备中进行混合，得到均匀混合的混合粉；在55r/min的转速条件下，同时加配方量的混合粉和C组分，转动时间4h，得生球；在100℃温度下，将生球干燥14小时；在1100-1500℃温度下，将干燥后的生球煅烧13小时，制得硅铝空心球隔热制品。
表2对实施例和对比例进行各项性能的测试结果
Figure GDA0002266330360000061
根据表2的检测数据可知，实施例一、实施例十三和实施例十四的检测结果几乎相同，且同为最优实施例。由此可知，步骤S2、步骤S3和步骤S4中滚球机的转动速度以及转动时间对本发明硅铝空心球隔热制品的品质无影响。
当A组分、B组分和C组分的重量比均为1.5:78:15时，对比实施例一、实施例八、实施例九和实施例十中的检测数据可知，B组分中的氧化铝、莫来石、高岭土和硅微粉的重量比为2:20:5:3时，能显著提高本发明硅铝空心球隔热制品的耐压强度，以及降低本发明硅铝空心球隔热制品的导热性；对比实施例一、实施例十一和实施例十二可知，C组分中二氧化硅溶胶和乙二醇的重量比为4:1时，同样能显著提高本发明硅铝空心球隔热制品的耐压强度和隔热性。
当B组分中的氧化铝、莫来石、高岭土和硅微粉的重量比为2:20:5:3，以及C组分中二氧化硅溶胶和乙二醇的重量比为4:1时，对比实施例一至实施例七的检测数据可知，A组分、B组分和C组分的重量比为1.5:78:15时，能提高本发明硅铝空心球隔热制品的耐压强度和隔热性。
通过对比实施例一至实施例十二的检测数据可知：A组分、B组分和C组分的重量比、B组分中的氧化铝、莫来石、高岭土和硅微粉的重量比以及C组分中二氧化硅溶胶和乙二醇的重量比，对本发明硅铝空心球隔热制品的影响程度的顺序为B组分中的氧化铝、莫来石、高岭土和硅微粉的重量比＞C组分中二氧化硅溶胶和乙二醇的重量比＞A组分、B组分和C组分的重量比。
通过对比实施例一、实施例十五和实施例十六的检测数据可知，步骤S5中生球的干燥温度以及干燥时间也对本发明硅铝空心球隔热制品的耐压强度和隔热性产生影响，且，优选地，生球的干燥温度为100℃和干燥时间为14h。
对比实施例一、实施例十七和实施例十八的检测数据可知，步骤S6中经干燥后的生球的煅烧温度和煅烧时间能够对本发明的硅铝空心球隔热制品的耐压强度和隔热性产生较大的影响，且，优选地，经干燥后的生球的煅烧温度为1500℃和煅烧时间13小时。
通过对比实施例一、对比例一和对比例二的检测数据可知，B组分中莫来石和硅微粉对提高本发明硅铝空心球隔热制品的耐压强度和隔热性具有协同效果。此外，莫来石和硅微粉复配时，可提高本发明硅铝空心球隔热制品的成品率，同时降低本发明硅铝空心球隔热制品的加热永久线变化。
通过对比实施例一、对比例三和对比例四的检测数据可知，采用本发明的制备方法可显著提高本发明硅铝空心球隔热制品的成品率、抗热震性、耐热性以及耐压强度。
此外，各项实施例和各项对比例在煅烧的过程中均没有产生异味，不会对窑炉产生污染。

Claims (9)

1.一种硅铝空心球隔热制品，其特征在于，其是在A组分的表面裹覆B组分和C组分后，经过烘干、煅烧制备而得；A组分、B组分和C组分的重量比为1～2:69～90:10～22；
A组分包括聚苯乙烯泡沫球；
B组分包括氧化铝、莫来石、高岭土和硅微粉，所述氧化铝、莫来石、高岭土和和硅微粉的重量比为1～3：17～24：3～7：2～3；
C组分包括二氧化硅溶胶和聚乙烯醇，二氧化硅溶胶和聚乙烯醇的重量比为3～4.5：0.5～2。
2.根据权利要求1所述的硅铝空心球隔热制品，其特征在于，所述A组分中聚苯乙烯泡沫球的粒度为1～6mm。
3.根据权利要求1所述的硅铝空心球隔热制品，其特征在于，所述B组分中氧化铝、莫来石、高岭土和硅微粉的重量比为2:20:5:3。
4.根据权利要求1所述的硅铝空心球隔热制品，其特征在于，所述C组分中二氧化硅溶胶和聚乙烯醇的重量比为4:1。
5.根据权利要求1所述的硅铝空心球隔热制品，其特征在于，所述A组分、B组分和C组分的重量比为1.5:78:15。
6.根据权利要求1所述的硅铝空心球隔热制品，其特征在于，所述B组分中氧化铝的粒度≤0.044mm，高岭土的粒度≤0.044mm，莫来石的粒度≤0.044mm，硅微粉的粒度≤0.044mm。
7.一种制备如权利要求1至6中任意一项所述的硅铝空心球隔热制品的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将氧化铝、莫来石、高岭土和硅微粉放置在混料设备中进行混合，得到均匀混合的混合粉；
S2：将聚苯乙烯泡沫球放入滚球机中，在30～40r/min的转速条件下，喷加占配方量10～25wt%的C组分，转动时间0.5～1h；
S3：在40～50r/min的转速条件下，加占配方量20～30wt%的混合粉，转动时间1～1.5h；
S4：在50～60r/min的转速条件下，同时加剩余的混合粉和剩余的C组分，转动时间3～4h，得表面形成有凸起的生球；
S5：在100～110℃温度下，将生球干燥10～15小时；
S6：在1100～1800℃温度下，将干燥后的生球煅烧12～15小时，制得硅铝空心球隔热制品。
8.根据权利要求7所述的硅铝空心球隔热制品的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中的干燥温度为100℃，干燥时间为14h。
9.根据权利要求7所述的硅铝空心球隔热制品的制备方法，其特征在于，所述步骤S6中的煅烧温度为1500℃，煅烧时间为13h。
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