CN112174651B - 轻质耐火砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于耐火材料技术领域，具体的涉及一种轻质耐火砖及其制备方法。包括主料和结合剂，所述的主料由α‑氧化铝空心球、聚轻球、莫来石轻质骨料、150目板状刚玉砂、320目板状刚玉砂、α‑Al2O3微粉、白石英、苏州土以及红柱石细粉组成；所述的结合剂为有机结合剂与无机结合剂的混合物，有机结合剂为羧甲基纤维素溶液与植物胶溶液的混合物，无机结合剂为双氢磷酸铝溶液。本发明所述的轻质耐火砖具有体积密度小、重烧线变化小以及导热系数小的优点，α‑氧化铝空心球与聚轻球复配使用，在降低耐火砖密度的同时，添加莫来石轻质骨料，并且使用复配的结合剂，在保证了耐火砖良好的导热系数的同时，保证了耐火砖的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体的涉及一种轻质耐火砖及其制备方法。
背景技术
耐火砖是用作高温窑炉等热工设备的结构材料，以及工业用高温容器和部件的材料，并能承受相应的物理化学及机械作用。按其密度可分为轻质耐火砖和重质耐火砖，其中轻质耐火砖又称隔热耐火砖，是气孔率高、体积密度低、热导率低的耐火材料，其特点是具有多孔结构和高的隔热性。轻质耐火砖包括轻质高铝砖、轻质刚玉砖、轻质堇青石砖、轻质粘土砖、轻质硅砖、轻质空心球制品等，常常用作工业窑炉炉体保温材料，它可以减轻炉体质量，简化窑炉结构，降低燃料消耗，还有助于实现窑炉的快速升温和冷却，提高设备生产效率，同时其生产成本低，使得轻质耐火砖在该领域有着不可替代的地位。
与一般耐火砖相比，轻质耐火砖气孔率较高，组织疏松，力学性能低，高温下体积收缩较大，因此，在不改变耐火砖气孔率的前提下，提高轻质耐火砖的力学强度具有现实意义。
发明内容
本发明的目的是：提供一种轻质耐火砖；该轻质耐火砖具有耐压强度以及抗折强度高，重烧线变化小的优点，可直接接触火焰，用作高温窑炉的工作层；本发明同时提供了其制备方法。
本发明所述的轻质耐火砖，包括主料和结合剂，所述的主料由α-氧化铝空心球、聚轻球、莫来石轻质骨料、150目板状刚玉砂、320目板状刚玉砂、α-Al2O3微粉、白石英、苏州土以及红柱石细粉组成；主料中除聚轻球外，其余原料的质量和为100％，其中：α-氧化铝空心球13-17％、莫来石轻质骨料3-7％、150目板状刚玉砂13-17％、320目板状刚玉砂28-35％、α-Al2O3微粉8-12％、白石英6％-10％、苏州土5％-12％以及红柱石细粉7-12％；聚轻球的体积为上述八种粉料体积的1.1-1.4倍；所述的结合剂为有机结合剂与无机结合剂的混合物，有机结合剂为羧甲基纤维素溶液与植物胶溶液的混合物，无机结合剂为双氢磷酸铝溶液。
其中：
优选的，α-氧化铝空心球15％、莫来石轻质骨料5％、150目板状刚玉砂15％、320目板状刚玉砂30％、α-Al2O3微粉12％、白石英7％、苏州土8％以及红柱石细粉8％。
所述的结合剂中，羧甲基纤维素溶液的质量占主料中除聚轻球外其余粉料质量的8-12％，植物胶溶液的质量占主料中除聚轻球外其余粉料质量的5％-10％，双氢磷酸铝溶液的质量占主料中除聚轻球外其余粉料质量的2-5％。
所述的α-氧化铝空心球的粒度为2-1mm。
所述的α-氧化铝空心球包括如下化学组成：Al2O3≥99.0％，Fe2O3≤0.10％、Na2O≤0.4％、SiO2≤0.20％。
莫来石轻质骨料的粒度为3-2mm。
所述的板状刚玉砂包括如下化学组成：Al2O3≥98.5％，Fe2O3≤0.10％、SiO2≤0.3％、Na2O≤0.25％。
所述的α-Al2O3微粉中Al2O3≥99.0％。
所述的α-Al2O3的粒径为5微米；苏州土的粒度≤325目；白石英的粒度为80-100目；红柱石的粒度≤200目。
所述的苏州土包括如下化学组成：Al2O3 35-37％，Fe2O3 0.5-1.0％、SiO2 40-45％、烧失量13-15％；耐火度为1750-1800℃，优选1750℃，塑性指数为4。
所述的白石英中SiO2≥98.5％。
所述的红柱石包括如下化学组成：Al2O3 50-58％，SiO2 35-38％、Fe2O3 0.5-1.2％、Na2O+K2O0.5-1.5％。
本发明所述的轻质耐火砖的制备方法，由以下步骤组成：
(1)混练
将主料与结合剂在搅拌机中进行搅拌，控制有效混练时间10～15分钟，混至具有良好的可塑成型性，困料20-26h；
(2)成型
采用夹板锤成型，加压次数>5次，轻压2-3次；
(3)干燥
干燥温度控制在45-55℃，干燥后残余水分为1.0-1.2％；
(4)烧成
于1580-1610℃烧成5.5-7h。
其中：
步骤(1)中所述的于250型行星式搅拌机中进行搅拌，优选困料时间24h。
步骤(1)中所述的混练时的加料顺序为：首先将聚轻球加入搅拌机中混1-2min，然后依次加入90wt％的结合剂混3-4min，加入150目板状刚玉砂和白石英混2-3min，以及加入320目板状刚玉砂、α-Al2O3微粉、苏州土以及红柱石细粉的混合物，最后加入剩余的结合剂、莫来石轻质骨料和α-氧化铝空心球混至具有良好的可塑成型性。
步骤(3)中所述的干燥方式为地炕干燥。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明所述的轻质耐火砖中Al2O3≥80％，Fe2O3≤0.2％；具有体积密度小、重烧线变化小以及导热系数小的优点，α-氧化铝空心球与聚轻球复配使用，在降低耐火砖密度的同时，添加莫来石轻质骨料，并且使用复配的结合剂，在保证了耐火砖良好的导热系数的同时，保证了耐火砖的力学性能。
(2)本发明所述的轻质耐火砖，体积密度≤1.40g/cm3，常温耐压强度≥25MPa；常温抗折强度≥5.0MPa；重烧线变化率(常压1300℃×8h)为±0.1％；导热系数(常压350℃)≤0.6W/M.K。
(3)本发明所述的轻质耐火砖的制备方法，制备工艺简单，方法易于实施，工艺参数易于控制，制备的耐火砖可直接接触火焰，用作高温窑炉的工作层。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
本实施例1所述的轻质耐火砖，包括主料和结合剂，所述的主料由α-氧化铝空心球、聚轻球、莫来石轻质骨料、150目板状刚玉砂、320目板状刚玉砂、α-Al2O3微粉、白石英、苏州土以及红柱石细粉组成；主料中除聚轻球外，其余原料的质量和为100％，其中：α-氧化铝空心球15％、莫来石轻质骨料5％、150目板状刚玉砂15％、320目板状刚玉砂30％、α-Al2O3微粉12％、白石英7％、苏州土8％以及红柱石细粉8％；聚轻球的体积为上述八种粉料体积的1.4倍；所述的结合剂为有机结合剂与无机结合剂的混合物，有机结合剂为羧甲基纤维素溶液与植物胶溶液的混合物，无机结合剂为双氢磷酸铝溶液。
其中：
所述的结合剂中，羧甲基纤维素溶液的质量占主料中除聚轻球外其余粉料质量的10％，植物胶溶液的质量占主料中除聚轻球外其余粉料质量的5％，双氢磷酸铝溶液的质量占主料中除聚轻球外其余粉料质量的5％。
所述的α-氧化铝空心球的粒度为2-1mm。
α-氧化铝空心球包括如下化学组成：Al2O3 99.2％，Fe2O3 0.08％、Na2O 0.2％、SiO2 0.12％。
莫来石轻质骨料的粒度为3-2mm。
板状刚玉砂包括如下化学组成：Al2O3 98.9％，Fe2O3 0.08％、Na2O 0.12％、SiO20.15％。
所述的α-Al2O3微粉中Al2O3 99.01％。
所述的α-Al2O3的粒径为5微米；苏州土的粒度为325目；白石英的粒度为100目；红柱石的粒度为200目。
苏州土包括如下化学组成：Al2O3 36.26％，Fe2O3 0.84％、SiO2 42％、烧失量14.15％；耐火度为1750，塑性指数为4。
所述的白石英中SiO2 98.74％。
红柱石包括如下化学组成：Al2O3 55％，SiO2 36.7％、Fe2O3 0.71％、Na2O+K2O0.65％。
本实施例1所述的轻质耐火砖的制备方法，由以下步骤组成：
(1)混练
将主料与结合剂在搅拌机中进行搅拌，控制有效混练时间15分钟，混至具有良好的可塑成型性，困料24h；
(2)成型
采用夹板锤成型，加压次数为7次，轻压3次；
(3)干燥
干燥温度控制在50±2℃，干燥后残余水分为1.04％；
(4)烧成
于1600℃烧成6h。
其中：
步骤(1)中所述的于250型行星式搅拌机中进行搅拌；所述的混练时的加料顺序为：首先将聚轻球加入搅拌机中混1min，然后依次加入90wt％的结合剂混4min，加入150目板状刚玉砂和白石英混2min，以及加入320目板状刚玉砂、α-Al2O3微粉、苏州土以及红柱石细粉的混合物，最后加入剩余的结合剂、莫来石轻质骨料和α-氧化铝空心球混至具有良好的可塑成型性。
步骤(3)中所述的干燥方式为地炕干燥。
实施例2
本实施例2所述的轻质耐火砖，包括主料和结合剂，所述的主料由α-氧化铝空心球、聚轻球、莫来石轻质骨料、150目板状刚玉砂、320目板状刚玉砂、α-Al2O3微粉、白石英、苏州土以及红柱石细粉组成；主料中除聚轻球外，其余原料的质量和为100％，其中：α-氧化铝空心球13％、莫来石轻质骨料7％、150目板状刚玉砂13％、320目板状刚玉砂30％、α-Al2O3微粉12％、白石英6％、苏州土7％以及红柱石细粉12％；聚轻球的体积为上述八种粉料体积的1.4倍；所述的结合剂为有机结合剂与无机结合剂的混合物，有机结合剂为羧甲基纤维素溶液与植物胶溶液的混合物，无机结合剂为双氢磷酸铝溶液。
其中：
所述的结合剂中，羧甲基纤维素溶液的质量占主料中除聚轻球外其余粉料质量的10％，植物胶溶液的质量占主料中除聚轻球外其余粉料质量的7％，双氢磷酸铝溶液的质量占主料中除聚轻球外其余粉料质量的3％。
所述的α-氧化铝空心球的粒度为2-1mm。
α-氧化铝空心球包括如下化学组成：Al2O3 99.2％，Fe2O3 0.08％、Na2O 0.2％、SiO2 0.12％。
莫来石轻质骨料的粒度为3-2mm。
板状刚玉砂包括如下化学组成：Al2O3 98.9％，Fe2O3 0.08％、Na2O 0.12％、SiO20.15％。
所述的α-Al2O3微粉中Al2O3 99.01％。
所述的α-Al2O3的粒径为5微米；苏州土的粒度为325目；白石英的粒度为80目；红柱石的粒度为200目。
苏州土包括如下化学组成：Al2O3 36.26％，Fe2O3 0.84％、SiO2 42％、烧失量14.15％；耐火度为1800℃，塑性指数为4。
所述的白石英中SiO2 98.74％。
红柱石包括如下化学组成：Al2O3 55％，SiO2 36.7％、Fe2O3 0.71％、Na2O+K2O0.65％。
本实施例2所述的轻质耐火砖的制备方法，由以下步骤组成：
(1)混练
将主料与结合剂在搅拌机中进行搅拌，控制有效混练时间10分钟，混至具有良好的可塑成型性，困料26h；
(2)成型
采用夹板锤成型，加压次数为6次，轻压2次；
(3)干燥
干燥温度控制在48±2℃，干燥后残余水分为1.06％；
(4)烧成
于1580℃烧成7h。
其中：
步骤(1)中所述的于250型行星式搅拌机中进行搅拌；所述的混练时的加料顺序为：首先将聚轻球加入搅拌机中混1min，然后依次加入90wt％的结合剂混3min，加入150目板状刚玉砂和白石英混3min，以及加入320目板状刚玉砂、α-Al2O3微粉、苏州土以及红柱石细粉的混合物，最后加入剩余的结合剂、莫来石轻质骨料和α-氧化铝空心球混至具有良好的可塑性。
步骤(3)中所述的干燥方式为地炕干燥。
实施例3
本实施例3所述的轻质耐火砖，包括主料和结合剂，所述的主料由α-氧化铝空心球、聚轻球、莫来石轻质骨料、150目板状刚玉砂、320目板状刚玉砂、α-Al2O3微粉、白石英、苏州土以及红柱石细粉组成；主料中除聚轻球外，其余原料的质量和为100％，其中：α-氧化铝空心球17％、莫来石轻质骨料3％、150目板状刚玉砂17％、320目板状刚玉砂35％、α-Al2O3微粉10％、白石英6％、苏州土5％以及红柱石细粉7％；聚轻球的体积为上述八种粉料体积的1.2倍；所述的结合剂为有机结合剂与无机结合剂的混合物，有机结合剂为羧甲基纤维素溶液与植物胶溶液的混合物，无机结合剂为双氢磷酸铝溶液。
其中：
所述的结合剂中，羧甲基纤维素溶液的质量占主料中除聚轻球外其余粉料质量的11％，植植物胶溶液的质量占主料中除聚轻球外其余粉料质量的6％，双氢磷酸铝溶液的质量占主料中除聚轻球外其余粉料质量的4％。
所述的α-氧化铝空心球的粒度为2-1mm。
所述的α-氧化铝空心球包括如下化学组成：Al2O3 99.5％，Fe2O3 0.05％、Na2O0.2％、SiO2 0.15％。
莫来石轻质骨料的粒度为3-2mm。
所述的板状刚玉砂包括如下化学组成：Al2O3 98.5％，Fe2O3 0.10％、Na2O 0.15％、SiO2 0.10％。
所述的α-Al2O3微粉中Al2O3为99.5％。
所述的α-Al2O3的粒径为5微米；苏州土的粒度为350目；白石英的粒度为100目；红柱石的粒度为200目。
所述的苏州土包括如下化学组成：Al2O3 35.80％，Fe2O3 0.65％、SiO2 40％、烧失量13.5％；耐火度为1780℃，塑性指数为4。
所述的白石英中SiO2 98.74％。
所述的红柱石包括如下化学组成：Al2O3 58％，SiO2 36.5％、Fe2O3 1.0％、Na2O+K2O 0.75％。
本实施例3所述的轻质耐火砖的制备方法，由以下步骤组成：
(1)混练
将主料与结合剂在搅拌机中进行搅拌，控制有效混练时间12分钟，混至具有良好的可塑成型性，困料22h；
(2)成型
采用夹板锤成型，加压次数为8次，轻压3次；
(3)干燥
干燥温度控制在50±2℃，干燥后残余水分为1.06％；
(4)烧成
于1610℃烧成7h。
其中：
步骤(1)中所述的于250型行星式搅拌机中进行搅拌；所述的混练时的加料顺序为：首先将聚轻球加入搅拌机中混2min，然后依次加入90wt％的结合剂混3min，加入150目板状刚玉砂和白石英混2min，以及加入320目板状刚玉砂、α-Al2O3微粉、苏州土以及红柱石细粉的混合物，最后加入剩余的结合剂、莫来石轻质骨料和α-氧化铝空心球混至具有良好的可塑成型性。
步骤(3)中所述的干燥方式为地炕干燥。
对实施例1-3制备的轻质耐火砖进行性能测试，结果如下表1所示：
表1实施例1-3制备的轻质耐火砖性能指标
对比例1
本对比例1所述的轻质耐火砖的制备方法与实施例1相同，所述的轻质耐火砖也包括主料和结合剂，唯一的不同点在于主料的原料组成不同，主料中不使用聚轻球；所述的主料由α-氧化铝空心球、莫来石轻质骨料、150目板状刚玉砂、320目板状刚玉砂、α-Al2O3微粉、苏州土以及红柱石细粉组成；以质量百分数计，其中：α-氧化铝空心球35％、莫来石轻质骨料7％、150目板状刚玉砂10％、320目板状刚玉砂20％、α-Al2O3微粉15％、苏州土5％以及红柱石细粉8％。
对比例2
本对比例2所述的轻质耐火砖的制备方法与实施例1相同，所述的轻质耐火砖也包括主料和结合剂，唯一的不同点在于主料的原料组成不同，主料中不使用莫来石轻质骨料；所述的主料由α-氧化铝空心球、聚轻球、150目板状刚玉砂、320目板状刚玉砂、α-Al2O3微粉、白石英、苏州土以及红柱石细粉组成；主料中除聚轻球外，其余原料的质量和为100％，其中：α-氧化铝空心球20％、150目板状刚玉砂15％、320目板状刚玉砂30％、α-Al2O3微粉10％、白石英7％、苏州土8％以及红柱石细粉10％；聚轻球的体积为上述七种粉料体积的1.4倍。
对比例3
本对比例3所述的轻质耐火砖的制备方法与实施例1相同，所述的轻质耐火砖也包括主料和结合剂，唯一的不同点在于所选用的结合剂不同，本对比例3所选用的结合剂为有机结合剂，所述的有机结合剂中，羧甲基纤维素溶液的质量占主料中除聚轻球外其余粉料质量的13％，植物胶溶液的质量占主料中除聚轻球外其余粉料质量的5％。
对比例4
本对比例4所述的轻质耐火砖的制备方法与实施例1相同，所述的轻质耐火砖也包括主料和结合剂，唯一的不同点在于所选用的结合剂不同，本对比例3所选用的结合剂为双氢磷酸铝溶液，双氢磷酸铝溶液的质量占主料中除聚轻球外其余粉料质量的11％。
对对比例1-4制备的轻质耐火砖进行性能测试，结果如下表2所示：
表2对比例1-4制备的轻质耐火砖性能指标
Claims (8)
1.一种轻质耐火砖，其特征在于：包括主料和结合剂，所述的主料由α-氧化铝空心球、聚轻球、莫来石轻质骨料、150目板状刚玉砂、320目板状刚玉砂、α- Al2O3微粉、白石英、苏州土以及红柱石细粉组成；主料中除聚轻球外，其余原料的质量和为100%，其中：α-氧化铝空心球13-17%、莫来石轻质骨料3-7%、150目板状刚玉砂13-17%、320目板状刚玉砂28-35%、α-Al2O3微粉8-12%、白石英6%-10%、苏州土5%-12%以及红柱石细粉7-12%；聚轻球的体积为上述八种粉料体积的1.1-1.4倍；所述的结合剂为有机结合剂与无机结合剂的混合物，有机结合剂为羧甲基纤维素溶液与植物胶溶液的混合物，无机结合剂为双氢磷酸铝溶液；
其中：
所述的结合剂中，羧甲基纤维素溶液的质量占主料中除聚轻球外其余粉料质量的8-12%，植物胶溶液的质量占主料中除聚轻球外其余粉料质量的5%-10%，双氢磷酸铝溶液的质量占主料中除聚轻球外其余粉料质量的2-5%；
所述的α-氧化铝空心球的粒度为2-1mm；所述的α-氧化铝空心球包括如下化学组成：Al2O3≥99.0%，Fe2O3≤0.10%、Na2O≤0.4%、SiO2≤0.20%；
红柱石的粒度≤200目；
所述的红柱石包括如下化学组成：Al2O3 50-58%，SiO2 35-38%、Fe2O3 0.5-1.2%、Na2O+K2O 0.5-1.5%。
2.根据权利要求1所述的轻质耐火砖，其特征在于：莫来石轻质骨料的粒度为3-2mm；所述的α- Al2O3的粒径为5微米；苏州土的粒度≤325目；白石英的粒度为80-100目。
3.根据权利要求1所述的轻质耐火砖，其特征在于：所述的苏州土包括如下化学组成：Al2O3 35-37%，Fe2O3 0.5-1.0%、SiO2 40-45%、烧失量 13-15%；耐火度为1750-1800℃，塑性指数为4。
4.根据权利要求1所述的轻质耐火砖，其特征在于：所述的白石英中SiO2≥98.5%。
5.一种权利要求1所述的轻质耐火砖的制备方法，其特征在于：由以下步骤组成：
（1）混练
将主料与结合剂在搅拌机中进行搅拌，控制有效混练时间10～15分钟，混至具有可塑成型性，困料20-26h；
（2）成型
采用夹板锤成型，加压次数>5次，轻压2-3次；
（3）干燥
干燥温度控制在45-55℃，干燥后残余水分为1.0-1.2%；
（4）烧成
于1580-1610℃烧成5.5-7h。
6.根据权利要求5所述的轻质耐火砖的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的搅拌是于250型行星式搅拌机中进行的，所述的困料时间为24h。
7.根据权利要求5所述的轻质耐火砖的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的混练时的加料顺序为：首先将聚轻球加入搅拌机中混1-2min，然后依次加入90wt%的结合剂混3-4 min，加入150目板状刚玉砂和白石英混2-3 min，以及加入320目板状刚玉砂、α- Al2O3微粉、苏州土以及红柱石细粉的混合物，最后加入剩余的结合剂、莫来石轻质骨料和α-氧化铝空心球混至具有良好的可塑成型性。
8.根据权利要求5所述的轻质耐火砖的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的干燥方式为地炕干燥。
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