CN108385270A - 一种氧化铝纤维复合模块及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种氧化铝纤维复合模块，包括氧化铝纤维棉块、安装在所述氧化铝纤维面块两侧的保护片、设置在氧化铝纤维棉块顶部的锚固件和打包带；所述氧化铝纤维棉块包括若干个依次叠加的棉块单元；所述棉块单元外侧为折叠成U型结构的氧化铝纤维针刺毯，内侧为氧化铝纤维棉；所述氧化铝纤维针刺毯中Al2O3的质量分数为65～99％；纤维平均直径为3～8μm；所述氧化铝纤维棉中Al2O3的质量分数为65～99％；纤维平均直径为3～8μm。本发明还提供了一种氧化铝纤维复合模块的制备方法。

Description

一种氧化铝纤维复合模块及其制备方法
技术领域
本发明属于耐火纤维技术领域，尤其涉及一种氧化铝纤维复合模块及其制备方法。
背景技术
耐火纤维制品具有耐高温、容重轻、导热系数低、热容低、抗热震性能好等优点，使用耐火纤维比使用传统的浇注料、耐火砖节约能耗20～40％。耐火纤维模块是一类预压缩、尺寸规整、能直接锚固使用的纤维炉衬制品，具有优良的化学稳定性、热稳定性和回弹性，在石化、冶金、陶瓷、玻璃、机械、化工窑炉中得到广泛的应用。但对于部分使用温度在1350-1500℃的高温窑炉，传统的陶瓷纤维模块因结晶粉化严重，无法满足使用要求，最理想的材料是氧化铝纤维模块。
氧化铝纤维针刺毯生产工艺复杂，包含胶体制备、成纤、针刺、干燥、煅烧等多个工艺，尤其是针刺技术，全球仅有3～5家公司掌握，导致氧化铝纤维针刺毯的售价较高。以氧化铝纤维毯为原料制备的氧化铝纤维模块售价是传统陶瓷纤维模块的15～20倍，大部分厂家无法接受。
氧化铝纤维棉的生产因无需针刺，对针刺前生纤的强度要求低，对成纤工艺和针刺工艺参数控制要求宽松，可生产的厂家相对较多，售价也相对较低，国内氧化铝纤维棉的价格是氧化铝纤维针刺毯的1/5到1/3。以氧化铝纤维棉制备的氧化铝纤维模块，可以满足1350～1500℃的高温炉耐温要求，且回弹性能较好。但因棉坯结构松散、纤维间无交织，加工过程复杂，模块的抗风蚀性能和整体性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧化铝纤维复合模块及其制备方法，本发明中的氧化铝纤维复合模块成本低、抗风蚀性能好。
本发明提供一种氧化铝纤维复合模块，包括氧化铝纤维棉块、安装在所述氧化铝纤维面块两侧的保护片、设置在氧化铝纤维棉块顶部的锚固件和打包带；
所述氧化铝纤维棉块包括若干个依次叠加的棉块单元；
所述的氧化铝纤维复合模块容重为100～300kg/m3；
所述棉块单元外侧为折叠成U型结构的氧化铝纤维针刺毯，内侧为氧化铝纤维棉；
所述氧化铝纤维针刺毯中Al2O3的质量分数为65～99％；纤维平均直径为3～8μm；
所述氧化铝纤维棉中Al2O3的质量分数为65～99％；纤维平均直径为3～8μm。
优选的，所述氧化铝纤维毯的容重为60～250kg/m3。
优选的，所述氧化铝纤维棉的面密度为600～3000g/m2。
优选的，所述棉块单元的个数为5～30个。
优选的，所述氧化铝纤维针刺毯的厚度为6～30mm。
优选的，所述氧化铝纤维针刺毯的主晶相为莫来石相、α-Al2O3和γ-Al2O3；
所述氧化铝纤维棉的主晶相为莫来石相、α-Al2O3和γ-Al2O3。
本发明提供了一种氧化铝纤维复合模块的制备方法，包括以下步骤：
A)将氧化铝纤维棉和氧化铝纤维针刺毯叠放，折叠成U型结构；
所述氧化铝纤维针刺毯中Al2O3的质量分数为65～99％；纤维平均直径为3～8μm；
所述氧化铝纤维棉中Al2O3的质量分数为65～99％；纤维平均直径为3～8μm；
B)将若干个U型结构叠加，安装锚固件和保护片，进行挤压；
C)用打包带对挤压后的模块进行打包，进行尺寸修整，得到氧化铝纤维复合模块。
优选的，所述挤压前后的厚度比为(2～5)：1。
本发明提供了一种氧化铝纤维复合模块，包括氧化铝纤维棉块、安装在所述氧化铝纤维面块两侧的保护片、设置在氧化铝纤维棉块顶部的锚固件和打包带；所述氧化铝纤维棉块包括若干个依次叠加的棉块单元；所述棉块单元外侧为折叠成U型结构的氧化铝纤维针刺毯，内侧为两块氧化铝纤维棉；所述氧化铝纤维针刺毯中Al2O3的质量分数为65～99％；纤维平均直径为3～8μm；所述氧化铝纤维棉中Al2O3的质量分数为65～99％；纤维平均直径为3～8μm。本发明中的氧化铝纤维复合模块热面全部采用抗风蚀性能好的氧化铝纤维毯，可以满足各种炉型的抗风蚀性能要求。内侧采用回弹性好、价格相对便宜的氧化铝纤维棉，降低了模块的生产成本，提高了模块的整体回弹性能，可广泛应用于冶金、磁材、陶瓷、石化行业的高温窑炉中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例3中氧化铝纤维复合模块的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种氧化铝纤维复合模块，包括氧化铝纤维棉块、安装在所述氧化铝纤维面块两侧的保护片、设置在氧化铝纤维棉块顶部的锚固件和打包带；
所述氧化铝纤维棉块包括若干个依次叠加的棉块单元；
所述棉块单元外侧为折叠成U型结构的氧化铝纤维针刺毯，内侧为两块氧化铝纤维棉；
所述氧化铝纤维针刺毯中Al2O3的含量为65～99％；纤维平均直径为3～8μm；
所述氧化铝纤维棉中Al2O3的含量为65～99％；纤维平均直径为3～8μm。
参见图1，图1为本发明氧化铝纤维复合模块的结构示意图，在本发明中，所述氧化铝纤维复合模块包括氧化铝纤维针刺毯1，氧化铝纤维棉块2，保护片3、打包带4和锚固件5。
在本发明中，所述氧化铝纤维针刺毯的理化指标如下：
Al2O3：65～99％，优选为70～90％，更优选为72～85％；Al2O3+SiO2：65～99％，更优选为70～90％；主晶相：莫来石相、α-Al2O3和γ-Al2O3；渣球含量(70目)：≤2％；纤维平均直径：3～8μm，优选为4～6μm；体积密度：60～160kg/m3；加热永久线变化(1400℃*24h)：≤-1％；导热系数(平均600℃)：≤0.16。
所述氧化铝纤维棉的理化指标如下：
Al2O3：65～99％，优选为70～90％，更优选为72～85％；Al2O3+SiO2：65～99％，更优选为70～90％；主晶相：莫来石相、α-Al2O3和γ-Al2O3；渣球含量(70目)：≤2％；纤维平均直径：3～8μm，优选为4～6μm。
所述氧化铝纤维针刺毯折叠成U型结构，U型结构内部放置氧化铝纤维棉块，然后将若干个上述U型结构依次叠放，经挤压后，得到氧化铝纤维面块。所述氧化铝纤维针刺毯的厚度优选为6～30mm，更优选为8～25mm，最优选为10～25mm。本发明对所述氧化铝纤维复合模块的尺寸没有特殊的限制，具体的，在本发明的实施例中，所述棉块单元的尺寸可以是300mm×300mm×300mm。
所述氧化铝纤维针刺毯的容重优选为60～250kg/m3，更优选为80～200kg/m3，最优选为90～150kg/m3；所述氧化铝纤维棉块的面密度优选为600～3000g/m2，更优选为800～3000g/m2，最优选为1000～2500g/m2；所述棉块单元的个数优选为5～30个，更优选为8～9个。
本发明对保护片、打包带和锚固件没有特殊的限制，采用本领域技术人员常用的保护片、打包带和锚固件即可。
本发明还提供了一种氧化铝纤维复合模块的制备方法，包括以下步骤：
A)将氧化铝纤维棉和氧化铝纤维针刺毯叠放，折叠成U型结构；
所述氧化铝纤维针刺毯中Al2O3的质量分数为65～99％；纤维平均直径为3～8μm；
所述氧化铝纤维棉中Al2O3的质量分数为65～99％；纤维平均直径为3～8μm；
B)将若干个U型结构叠加，安装锚固件和保护片，进行挤压；
C)用打包带对挤压后的模块进行打包，进行尺寸修整，得到氧化铝纤维复合模块。
本发明优选先将氧化铝纤维针刺毯和氧化铝纤维棉裁剪成合适的尺寸，然后再将二者叠加，折叠成U型结构，内侧为两块氧化铝纤维棉，外侧为氧化铝纤维针刺毯。
在本发明中，所述挤压前后的厚度之比优选为(2～5)：1，更优选为4:1。
本发明提供了一种氧化铝纤维复合模块，包括氧化铝纤维棉块、安装在所述氧化铝纤维面块两侧的保护片、设置在氧化铝纤维棉块顶部的锚固件和打包带；所述氧化铝纤维棉块包括若干个依次叠加的棉块单元；所述棉块单元外侧为折叠成U型结构的氧化铝纤维针刺毯，内侧为两块氧化铝纤维棉；所述氧化铝纤维针刺毯中Al2O3的质量分数为65～99％；纤维平均直径为3～8μm；所述氧化铝纤维棉中Al2O3的质量分数为65～99％；纤维平均直径为3～8μm。本发明中的氧化铝纤维复合模块材质均为分类温度为1600℃的氧化铝纤维，可以满足1350-1500℃高温窑炉长期使用的要求。热面全部采用抗风蚀性能好的氧化铝纤维毯，可以满足各种炉型的抗风蚀性能要求。内侧采用回弹性好、价格相对便宜的氧化铝纤维棉，降低了模块的生产成本，提高了模块的整体回弹性能，可广泛应用于冶金、磁材、陶瓷、石化行业的高温窑炉中。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种氧化铝纤维复合模块及其制备方法进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)原材料准备：准备14400*630*10mm，容重为150kg/m3的氧化铝纤维毯、面密度1500g/m2氧化铝纤维棉块、捆扎带、塑料保护片；
(2)切片：将氧化铝纤维毯和氧化铝纤维棉块切成610*320的复合块；
(3)折叠：将上述切割出的纤维毯与棉块叠加，折叠成复合U型结构，内侧为氧化铝纤维棉，外侧为氧化铝纤维毯，并在折叠模具中将U型复合结构进行叠加，U型复合结构层数为8层；
(4)挤压：将上述叠加好的纤维毯，安放锚固件、保护片，挤压到285-295mm，安插打包带，用烙铁烙住。
(5)切割、修整：待挤压完成后，将长度方向切割成300mm，以保护片为导向，在切割机上切边，制作成尺寸300*300*300，容重160kg/m3的氧化铝纤维复合模块。
实施例2
(1)原材料准备：准备14400*630*12.5，容重为96kg/m3的氧化铝纤维毯、面密度2500g/m2氧化铝纤维棉块、捆扎带、塑料保护片；
(2)切片：将氧化铝纤维毯切割成620*320的毯块，将氧化铝纤维棉块切300*320棉块；
(3)折叠：将上述切割出的纤维毯与棉块叠加，折叠成复合U型结构，内侧为氧化铝纤维棉，外侧为氧化铝纤维毯，并在折叠模具中将U型复合结构进行叠加，U型复合结构层数为9层；
(4)挤压：将上述叠加好的纤维毯，安放锚固件、保护片，挤压到285-295mm，安插打包带，用烙铁烙住。
(5)切割、修整：待挤压完成后，将长度方向切割成300mm，以保护片为导向，在切割机上切边，制作成尺寸300*300*300,容重150kg/m3的氧化铝纤维复合模块。
实施例3
(1)原材料准备：准备14400*630*10mm，容重为150kg/m3的氧化铝纤维毯、面密度2000g/m2氧化铝纤维棉块、捆扎带、塑料保护片；
(2)切片：将氧化铝纤维毯和氧化铝纤维棉块切成610*320的复合块；
(3)折叠：将上述切割出的纤维毯与棉块叠加，折叠成复合U型结构，内侧为氧化铝纤维棉，外侧为氧化铝纤维毯，并在折叠模具中将U型复合结构进行叠加，U型复合结构层数为5层；
(4)挤压：将上述叠加好的纤维毯，安放锚固件、保护片，挤压到185-195mm，安插打包带，用烙铁烙住。
(5)切割、修整：待挤压完成后，将长度方向切割成300mm，以保护片为导向，在切割机上切边，制作成尺寸300*300*200，容重180kg/m3的氧化铝纤维复合模块。
比较例1
(1)原材料准备：准备面密度1500g/m2氧化铝纤维棉块、捆扎带、塑料保护片；
(2)切片：将氧化铝纤维棉块切成610*320的棉块；
(3)折叠：将上述切割出的纤维棉块，折叠成U型结构，在折叠模具中将棉块进行叠加，层数为16层；
(4)挤压：将上述叠加好的纤维棉块，安放锚固件、保护片，挤压到285-295mm，安插打包带，用烙铁烙住。
(5)切割、修整：待挤压完成后，将长度方向切割成300mm，以保护片为导向，在切割机上切边，制作成尺寸300*300*300，容重160kg/m3的氧化铝纤维棉块。
比较例2
(1)原材料准备：准备面密度2500g/m2氧化铝纤维棉块、捆扎带、塑料保护片；
(2)切片：将氧化铝纤维棉块切320*320棉块；
(3)折叠：将上述切割出在折叠模具中进行叠加，层数为18层；
(4)挤压：将上述叠加好的纤维棉块，安放锚固件、保护片，挤压到285-295mm，安插打包带，用烙铁烙住。
(5)切割、修整：待挤压完成后，将长度和厚度方向切割成300mm，以保护片为导向，在切割机上切边，制作成尺寸300*300*300,容重150kg/m3的氧化铝纤维模块。
对实施例1～3和比较例1～2中的氧化铝纤维模块进行性能测试，结果如表1所示，
表1本发明实施例1～3和比较例1～2中的氧化铝纤维模块的性能
最高使用温度 长期使用温度 抗风蚀速度 平均600℃导热系数
实施例1 1600℃ 1500℃ 30m/s 0.13W/(m·K)
实施例2 1600℃ 1500℃ 28m/s 0.14W/(m·K)
实施例3 1600℃ 1500℃ 30m/s 0.13W/(m·K)
比较例1 1600℃ 1500℃ 5m/s 0.14W/(m·K)
比较例2 1600℃ 1500℃ 8m/s 0.14W/(m·K)
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种氧化铝纤维复合模块，包括氧化铝纤维棉块、安装在所述氧化铝纤维面块两侧的保护片、设置在氧化铝纤维棉块顶部的锚固件和打包带；
所述氧化铝纤维棉块包括若干个依次叠加的棉块单元；
所述的氧化铝纤维复合模块容重为100～300kg/m3；
所述棉块单元外侧为折叠成U型结构的氧化铝纤维针刺毯，内侧为氧化铝纤维棉；
所述氧化铝纤维针刺毯中Al2O3的质量分数为65～99％；纤维平均直径为3～8μm；
所述氧化铝纤维棉中Al2O3的质量分数为65～99％；纤维平均直径为3～8μm。
2.根据权利要求1所述的氧化铝纤维复合模块，其特征在于，所述氧化铝纤维毯的容重为60～250kg/m3。
3.根据权利要求1所述的氧化铝纤维复合模块，其特征在于，所述氧化铝纤维棉的面密度为600～3000g/m2。
4.根据权利要求1所述的氧化铝纤维复合模块，其特征在于，所述棉块单元的个数为5～30个。
5.根据权利要求1所述的氧化铝纤维复合模块，其特征在于，所述氧化铝纤维针刺毯的厚度为6～30mm。
6.根据权利要求1所述的氧化铝纤维复合模块，其特征在于，所述氧化铝纤维针刺毯的主晶相为莫来石相、α-Al2O3和γ-Al2O3；
所述氧化铝纤维棉的主晶相为莫来石相、α-Al2O3和γ-Al2O3。
7.一种氧化铝纤维复合模块的制备方法，包括以下步骤：
A)将氧化铝纤维棉和氧化铝纤维针刺毯叠放，折叠成U型结构；
所述氧化铝纤维针刺毯中Al2O3的质量分数为65～99％；纤维平均直径为3～8μm；
所述氧化铝纤维棉中Al2O3的质量分数为65～99％；纤维平均直径为3～8μm；
B)将若干个U型结构叠加，安装锚固件和保护片，进行挤压；
C)用打包带对挤压后的模块进行打包，进行尺寸修整，得到氧化铝纤维复合模块。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述挤压前后的厚度比为(2～5)：1。
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