CN112661474A - 一种曲面结构的高密度陶瓷纤维板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种曲面结构的高密度陶瓷纤维板，所述曲面结构的高密度陶瓷纤维板的曲率半径≥500mm；厚度为5～15mm；圆弧中心角为20°～80°。在本发明中，由于高密度板湿坯本身的回弹性较差，当曲率半径低于500mm，产品厚度大于15mm时，弯曲面的两端容易出现裂纹；当曲率半径扩大后，高密度板湿坯的拉伸应力相应减小，因此产品厚度可以增大而不出现开裂问题。本发明还提供了一种曲面结构的高密度陶瓷纤维板的制备方法。

Description

一种曲面结构的高密度陶瓷纤维板及其制备方法

技术领域

本发明属于陶瓷纤维板技术领域，尤其涉及一种曲面结构的高密度陶瓷纤维板及其制备方法。

背景技术

目前钢包用的高密度陶瓷纤维板一般为200*100*10mm小尺寸的平板状产品，采用粘结剂粘贴到钢包壁上，尽管能够减少钢水温降，但也存在拼接缝特别多，高密度陶瓷纤维板与钢包壁贴合不紧密，不能最大化发挥高密度陶瓷纤维板隔热效果的问题。

同时，现有的高密度陶瓷纤维板在制备过程中需要预先对纤维进行短切处理，以使制备得到的纤维板满足密度和强度要求，但这一过程操作复杂，不利于工艺的连续化生产。如果进一步提高密度，还需要对一次成型的陶瓷纤维板进行无机结合剂的二次硬化，增加了生产工序，降低了高密度陶瓷纤维板的使用温度。

另外，因原料中所用的无机矿物纤维原料表面光滑，无法有效包裹粉料原料，导致制备过程中纤维原料与添加的粉料原料混合不均匀，进而使成型得到的坯体存在粉料分布不均、粉料下沉、纤维上浮的问题，影响产品质量。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种曲面结构的高密度陶瓷纤维板及其制备方法，本发明提供的曲面结构的高密度陶瓷纤维板具有较好的性能，尤其适用于钢包使用。

本发明提供了一种曲面结构的高密度陶瓷纤维板，所述曲面结构的高密度陶瓷纤维板的曲率半径≥500mm；

厚度为5～15mm；

圆弧中心角为20°～80°。

优选的，所述曲面结构的高密度陶瓷纤维板包括：

≤30wt％的Al₂O₃；

≥7wt％的CaO和MgO；

≥50wt％的SiO₂；

≤5wt％的Fe₂O₃、K₂O、Na₂O、TiO₂和ZrO₂。

优选的，所述曲面结构的高密度陶瓷纤维板包括：

14～22wt％的Al₂O₃；

10～15wt％的CaO和MgO；

60～70wt％的SiO₂；

1～4wt％的Fe₂O₃、K₂O、Na₂O、TiO₂和ZrO₂。

本发明提供了一种上述技术方案所述的曲面结构的高密度陶瓷纤维板的制备方法，包括：

将无机复合纤维、有机纤维、玻璃纤维短切丝、耐火填料、阳离子有机结合剂和阴离子无机结合剂混合，得到浆料；

将所述浆料成型后采用圆弧状模具压制，得到湿坯；

将所述湿坯干燥，得到曲面结构的高密度陶瓷纤维板。

优选的，所述无机复合纤维包括陶瓷纤维喷吹棉、陶瓷纤维甩丝棉和可溶性陶瓷纤维；

所述陶瓷纤维喷吹棉在曲面结构的高密度陶瓷纤维板中的质量含量为5～10wt％；

所述陶瓷纤维甩丝棉在曲面结构的高密度陶瓷纤维板中的质量含量为5～30wt％；

所述可溶性陶瓷纤维在曲面结构的高密度陶瓷纤维板中的质量含量为5～30wt％。

优选的，所述无机复合纤维的加料方法包括：

先加入陶瓷纤维甩丝棉后打浆，再加入陶瓷纤维喷吹棉后打浆，最后加入可溶性纤维。

优选的，所述有机纤维为打浆后帚化的有机纤维，所述有机纤维为纤维素纤维；

所述有机纤维在曲面结构的高密度陶瓷纤维板中的质量含量为0.5～5wt％。

优选的，所述耐火填充料选自硅微粉、叶腊石粉、白泥、珍珠岩、蛭石、硅灰石、高岭土、苏州土、粘土和坡缕石中的一种或几种。

优选的，所述阳离子有机结合剂为热溶淀粉或预糊化淀粉；

所述阳离子有机结合剂在曲面结构的高密度陶瓷纤维板中的质量含量为4～10％。

优选的，所述阴离子无机结合剂选自硅溶胶、氧化铝溶胶或二氧化锆溶胶中的一种或几种；

所述无机复合纤维、阴离子无机结合剂和耐火填料的质量比为(2.5～4.0):(0.8～1.3):(4.0～5.5)；

所述玻璃纤维短切丝在曲面结构的高密度陶瓷纤维板中的质量含量为0.5～2wt％。

优选的，所述圆弧状模具上每间隔10～20mm开一个直径为4～6mm的通孔；

所述圆弧状模具表面粘结有15～25目的过滤网。

本发明提供的曲面结构的高密度陶瓷纤维板以使用温度1100℃以内的陶瓷纤维喷吹棉、陶瓷纤维甩丝棉和可溶性纤维为主要成分，以木浆等有机纤维为包浆材料，以玻璃纤维短切丝等无机长丝纤维为增强材料，配合一定比例的有机结合剂、无机结合剂、耐火填料，采用湿法制造工艺，将原料均匀分散在水中制成质量浓度3％～10％的浆料，采用真空吸滤或注浆成型方式进行成型，并经过液压机压制到相应厚度的湿坯，之后输送到干燥设备中进行干燥，制作成最小密度800Kg/m³、最大密度1300Kg/m³，最小耐压强度2MPa、最大耐压强度21MPa，使用温度可达1100℃的曲面结构的高密度陶瓷纤维板。

本发明采用无机复合纤维(陶瓷纤维甩丝棉、陶瓷纤维喷吹棉、可溶纤维)，对配比进行优化，通过加料顺序的改进，避免预先对纤维进行短切处理，减少原料预处理环节。对纤维素纤维(木浆、废报纸)等有机纤维进行预处理，进而使纤维对耐火填充料具有很好的包裹能力，从而使粉料与纤维原料混合均匀。玻璃纤维短切丝在常温下起增强纤维的作用，防止开裂，同时不影响高密度陶瓷纤维板的使用温度。耐火填充料组分依据高密度陶瓷纤维板的最终使用温度进行确定。阴离子无机结合剂与阳离子有机结合剂改性的纤维浆料能够进行絮凝反应，使陶瓷纤维、可溶性纤维、纤维素纤维(木浆或废报纸)、耐火填料和有机结合剂絮凝到一起，使水变得清澈。

在本发明中，由于高密度板湿坯本身的回弹性较差，当曲率半径低于500mm，产品厚度大于15mm时，弯曲面的两端容易出现裂纹；当曲率半径扩大后，高密度板湿坯的拉伸应力相应减小，因此产品厚度可以增大而不出现开裂问题。而且，型模中过滤网的存在也对弯曲面的应力分散产生作用，而应力分散后，湿坯在压制和干燥过程中就不容易开裂。本发明通过对压制过程中模具以及压制工艺进行调整，制备出曲面高密度陶瓷纤维板，具有与圆弧型外壳紧密贴合的优势，可以满足在圆筒炉、钢包等需要应用具有一定弧度的高密度陶瓷纤维板的要求。

附图说明

图1为本发明实施例提供的曲面结构的高密度陶瓷纤维板的结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例，都属于本发明保护的范围。应理解，本发明实施例仅用于说明本发明的技术效果，而非用于限制本发明的保护范围。实施例中，所用方法如无特别说明，均为常规方法。

本发明实施例提供的曲面结构的高密度陶瓷纤维板的结构示意图如图1所示，本发明提供了一种曲面结构的高密度陶瓷纤维板，所述曲面结构的高密度陶瓷纤维板的曲率半径r≥500mm；

厚度d为5～15mm；

圆弧中心角α为20°～80°。

在本发明中，所述曲面结构的高密度陶瓷纤维板的曲率半径r优选≥

800mm，更优选为1000～2000mm，更优选为1200～1800mm，更优选为1400～1600mm，最优选为1500mm。

在本发明中，所述曲面结构的高密度陶瓷纤维板的厚度d优选为5～10mm，更优选为6～9mm，最优选为7mm或8mm。

在本发明中，所述曲面结构的高密度陶瓷纤维板的圆弧中心角α优选为30～60°，更优选为40～50°，最优选为45°。

在本发明中，所述曲面结构的高密度陶瓷纤维板优选包括：

≤30wt％的Al₂O₃；

≥7wt％的CaO和MgO；

≥50wt％的SiO₂；

≤5wt％的Fe₂O₃、K₂O、Na₂O、TiO₂和ZrO₂。

在本发明中，所述曲面结构的高密度陶瓷纤维板更优选包括：

14～22wt％的Al₂O₃；

10～15wt％的CaO和MgO；

60～70wt％的SiO₂；

1～4wt％的Fe₂O₃、K₂O、Na₂O、TiO₂和ZrO₂。

在本发明中，所述Al₂O₃的质量含量优选为14～22％，更优选为15～20％，更优选为16～18％，最优选为17％。

在本发明中，所述CaO和MgO的质量含量优选为10～15％，更优选为11～14％，更优选为12％或13％。

在本发明中，所述SiO₂总的质量含量优选为60～70％，更优选为62～68％，更优选为64～66％，最优选为65％。

在本发明中，所述Fe₂O₃、K₂O、Na₂O、TiO₂和ZrO₂总的质量含量优选为1～4％，更优选为2％或3％。

本发明提供了一种上述技术方案所述的曲面结构的高密度陶瓷纤维板的制备方法，包括：

将无机复合纤维、有机纤维、玻璃纤维短切丝、耐火填料、阳离子有机结合剂和阴离子无机结合剂混合，得到浆料；

将所述浆料成型后采用圆弧状模具压制，得到湿坯；

将所述湿坯干燥，得到曲面结构的高密度陶瓷纤维板。

在本发明中，所述无机复合纤维优选包括至少一种喷吹纤维和两种甩丝纤维，所述喷吹纤维是指通过喷吹方式制备得到的纤维，所述喷吹方式可采用现有技术中已有工艺，所述喷出纤维具有纤维直径细、纤维长度短的特点；所述甩丝纤维是指通过甩丝方式制备得到的陶瓷纤维或可溶性纤维，所述甩丝方式可采用现有技术中已有工艺，所述甩丝纤维具有纤维直径粗、纤维长度长的特点；所述喷吹纤维和甩丝纤维二者的区别在于纤维长度和纤维直径不同。

在本发明中，所述无机复合纤维优选包括陶瓷纤维喷吹棉、陶瓷纤维甩丝棉和可溶性陶瓷纤维；所述陶瓷纤维喷吹棉、陶瓷纤维甩丝棉和可溶性陶瓷纤维的质量比优选为1：(1～3)：(1～3)，更优选为1：(1.5～2.5)：(1.5～2.5)，最优选为1：2：2。

在本发明中，所述陶瓷纤维喷吹棉的平均直径为优选为2～4微米，更优选为3微米；所述陶瓷纤维喷吹棉的平均长度优选为10～50毫米，更优选为20～40毫米，更优选为25～35毫米，最优选为30毫米；所述陶瓷纤维喷吹棉的主要成分为优选包括Al₂O₃和SiO₂。在本发明中，所述陶瓷纤维喷吹棉在曲面结构的高密度陶瓷纤维板中的质量含量优选为5～10wt％，更优选为6～9wt％，最优选为7wt％或8wt％。

在本发明中，所述陶瓷纤维甩丝棉的平均直径优选为3～5微米，更优选为4微米；所述陶瓷纤维甩丝棉的平均长度优选为100～200毫米，更优选为120～180毫米，更优选为140～160毫米，最优选为150毫米；所述陶瓷纤维甩丝棉的主要成分优选包括Al₂O₃和SiO₂。在本发明中，所述陶瓷纤维甩丝棉在曲面结构的高密度陶瓷纤维板中的质量含量优选为5～30wt％，更优选为10～25wt％，更优选为15～20wt％，更优选为16～18wt％，最优选为17wt％。

在本发明中，所述可溶性陶瓷纤维的平均直径优选为3～5微米，更优选为4微米；所述可溶性陶瓷纤维的平均长度优选为50～100毫米，更优选为60～90毫米，更优选为70～80毫米，最优选为75毫米；所述可溶性陶瓷纤维的主要成分优选包括SiO₂、CaO和MgO。在本发明中，所述可溶性陶瓷纤维在曲面结构的高密度陶瓷纤维板中的质量含量优选为5～30wt％，更优选为10～25wt％，更优选为15～20wt％，更优选为16～18wt％，最优选为17wt％。

在本发明中，所述无机复合纤维的加料方法优选包括：

先加入陶瓷纤维甩丝棉，再加入陶瓷纤维喷吹棉，最后加入可溶性纤维，每种纤维加完，打浆5～10分钟后，再加入下一种纤维。

在本发明中，所述有机纤维优选为打浆后能够帚化的有机纤维，更优选为纤维素纤维，最优选为木浆纤维、废报纸、美废等，所谓美废是指进口的美国废纸，如主要含有牛皮纸的美废15号、16号、17号、18号、19号、20号。在本发明中，所述有机纤维在曲面结构的高密度陶瓷纤维板中的质量含量优选为0.5～5wt％，更优选为1～4wt％，更优选为2～3wt％，最优选为2.5wt％。

在本发明中，优选对所述有机纤维或纤维素纤维进行预处理再用其制备曲面结构的高密度陶瓷纤维板；所述预处理的方法优选包括：

将有机纤维或纤维素纤维浸泡后打浆。

在本发明中，所述浸泡的试剂优选为水，所述浸泡的时间优选为20～30小时，更优选为22～28小时，更优选为24～26小时，最优选为25小时；所述打浆优选采用伏特打浆机或水力碎浆机；所述打浆的时间优选为20～30分钟，更优选为22～28分钟，更优选为24～26分钟，最优选为25分钟。

在本发明中，所述浆料的制备方法优选包括：

将无机复合纤维和有机纤维混合打浆，得到第一料液；

将所述第一料液和玻璃纤维短切丝混合打浆，得到第二料液；

将所述第二料液和耐火填料混合打浆，得到第三料液；

将所述第三料液和阳离子有机结合剂混合后用水稀释，得到第四料液；

将所述第四料液和阴离子无机结合剂混合，得到浆料。

在本发明中，所述纤维素纤维(有机纤维)和无机复合纤维混合打浆的时间优选为5～10分钟，更优选为6～9分钟，最优选为7分钟或8分钟。

在本发明中，所述玻璃纤维短切丝的长度优选为5～12mm，更优选为6～10mm，更优选为7～9mm，最优选为8mm。在本发明中，所述玻璃纤维短切丝在曲面结构的高密度陶瓷纤维板中的质量含量优选为0.5～2wt％，更优选为1～1.5wt％，更优选为1.1～1.4wt％，最优选为1.2wt％或1.3wt％。

在本发明中，所述第一料液和玻璃纤维短切丝混合打浆的时间优选为3～5分钟，更优选为4分钟。

在本发明中，所述耐火填充料优选选自硅微粉、叶腊石粉、白泥、珍珠岩、蛭石、硅灰石、高岭土、苏州土、粘土和坡缕石(凹凸棒土)中的一种或几种；所述硅微粉优选为白硅微粉；所述硅微粉的粒度优选为325～800目，更优选为400～700目，更优选为500～600目，最优选为550目；所述白泥优选为广西白泥；所述珍珠岩优选为膨胀珍珠岩；所述蛭石优选为膨胀蛭石；所述硅灰石优选为针状硅灰石；所述粘土优选为球粘土和软质粘土中的一种或几种。

在本发明中，所述第二料液和耐火填充料混合打浆的时间优选为3～5分钟，更优选为4分钟。

在本发明中，所述阳离子有机结合剂优选为热溶淀粉或预糊化淀粉，所述热溶淀粉是指需要用热水加热糊化的阳离子变性淀粉，优选为玉米淀粉、木薯淀粉或马铃薯淀粉。在本发明中，所述阳离子有机结合剂在曲面结构的高密度陶瓷纤维板中的质量含量优选为4～10％，更优选为5～9％，更优选为6～8％，最优选为7％。

在本发明中，优选向第三料液中加入阳离子有机结合剂后用水稀释并搅拌，使得到的第四料液的质量浓度优选为3～5％，更优选为4％；所述搅拌的时间优选为5～10分钟，更优选为6～9分钟，最优选为7分钟或8分钟。

在本发明中，所述阴离子无机结合剂优选为硅溶胶、氧化铝溶胶或二氧化锆溶胶中的一种或几种。

在本发明中，所述无机复合纤维、阴离子无机结合剂和耐火填料的质量比优选为(2.5～4.0):(0.8～1.3):(4.0～5.5)，更优选为(3～3.5):(1～1.2):(4.5～5)，最优选为3.3：1.1：4.7；其中，阴离子无机结合剂的质量比为阴离子无机结合剂中固体物质的质量比，即固含量的质量比。

在本发明中，所述成型的方法优选为真空吸滤成型。

在本发明中，所述压制优选为采用液压机对成型后的湿坯进行二次压制，压到相应的厚度和密度，压制后的湿坯厚度优选为干燥后的板坯厚度的1.4～2.4倍，更优选为1.8～2.0倍，最优选为1.9倍；压制前的湿坯的干燥密度优选为500～600kg/m³，更优选为520～580kg/m³，更优选为540～560kg/m³，最优选为550kg/m³，能够保证干燥后的密度达到800kg/m³～1300kg/m³。

在本发明中，所述压制优选为通过安装在液压机上的圆弧状型模(模具)进行压制，所述圆弧状型模(模具)上优选每间隔10～20mm，更优选为12～18mm，更优选为14～16mm，最优选为15mm开一个直径优选为4～6mm，更优选为5mm的通孔，所述圆弧状模具表面优选粘结有15～25目，更优选为18～22目，最优选为20目的过滤网，所述过滤网的材质优选为304不锈钢丝网、铜网或聚酯网。

在本发明中，所述圆弧状型模(模具)的结构尺寸优选为曲率半径r优选≥500mm，更优选≥800mm，更优选为1000～2000mm，更优选为1200～1800mm，更优选为1400～1600mm，最优选为1500mm；型模(模具)闭合后的空腔距离d优选为5～15mm，更优选为5～10mm，更优选为6～9mm，最优选为7mm或8mm；型模(模具)圆弧中心角α优选为20～80°，更优选为30～60°，更优选为40～50°，最优选为45°。

在本发明中，由于高密度板湿坯本身的回弹性较差，当曲率半径低于500mm，产品厚度大于15mm时，弯曲面的两端容易出现裂纹；当曲率半径扩大后，高密度板湿坯的拉伸应力相应减小，因此产品厚度可以增大而不出现开裂问题。而且，型模(模具)中过滤网的存在也对弯曲面的应力分散产生作用，而应力分散后，湿坯在压制和干燥过程中就不容易开裂。

在本发明中，所述干燥的温度优选为80～130℃，更优选为90～120℃，更优选为100～110℃，最优选为105℃。

本发明通过改变加料顺序，先加陶瓷纤维甩丝棉，再加陶瓷纤维喷吹棉，最后加入可溶性陶瓷纤维，同时控制打浆时间，将陶瓷纤维甩丝棉、喷吹棉、可溶性陶瓷纤维通过水力碎浆机或伏特打浆机进行纤维长度加工，通过调整加料顺序及打浆时间的控制，得到长纤维与短纤维、粗纤维与细纤维搭配合理，进而提高了浆料中纤维与纤维之间的交织强度。并且，利用可溶性陶瓷纤维自身材质比较脆、纤维回弹性差的缺陷，无需对陶瓷纤维、可溶性陶瓷纤维进行短切加工预处理，并降低压制成型后的湿坯回弹性和弹性后效，可提高湿坯成型后的密度以及最终产品的密度和强度、减少弹性后效引起的产品裂纹。

本发明通过加入能够帚化的有机纤维，如纤维素纤维，能够提高纤维料浆对粉状耐火填料的包裹能力，使填料全部都絮凝到纤维上，在成型过程中很好的滤水，减轻了粉料沉淀引起的最终产品密度不均匀、强度不稳定的问题。

本发明通过在高密度陶瓷纤维板中引入氧化钙、氧化镁成分，降低压制成型后的湿坯回弹性和弹性后效，可提高湿坯成型后的密度以及最终产品的密度和强度、减少弹性后效引起的产品裂纹。

本发明通过对压制过程中模具以及压制工艺的调整，制备出曲面高密度陶瓷纤维板，具有与圆弧型外壳紧密贴合的优势，可以满足在圆筒炉、钢包等需要应用具有一定弧度的高密度陶瓷纤维板的要求。

本发明以下实施例所用原料均为市售商品，压制是通过安装在液压机上的圆弧状型模(模具)进行压制，圆弧状型模上每间隔15mm开一个直径5mm的通孔，型模表面粘结有20目的过滤网，过滤网的材质为304不锈钢丝网；圆弧状型模(模具)的结构尺寸为：曲率半径r为1000～2000mm；型模(模具)闭合后的空腔距离d为5～15mm；型模(模具)圆弧中心角α为20～80°。

实施例1

将200Kg的木浆纤维用水浸泡24小时，然后向伏特打浆机中加水2吨，开启伏特打浆机打浆25分钟，加水稀释，制成质量浓度5％的浆料，抽入木浆储罐备用。

向水力碎浆机中加水3吨，将80Kg的陶瓷纤维高纯甩丝棉加入，打浆10分钟；然后加入80Kg的陶瓷纤维标准喷吹棉，再打浆5分钟；然后加入200kg的可溶性陶瓷纤维，再打浆5分钟然后加入150Kg的木浆纤维浆料，混合打浆5分钟。

向水力碎浆机中加入长度10mm的玻璃纤维短切丝9Kg，混后打浆3分钟。

向水力碎浆机中加入广西白泥250Kg、白硅微粉150Kg，混合打浆5分钟。

加入阳离子马铃薯热溶淀粉60Kg，加水稀释棉浆的质量浓度到5％，搅拌10分钟。

加入固含量为30％的硅溶胶400Kg，搅拌10分钟，使其在浆料中混合均匀，并且使浆料中各组份絮凝在一起。

将上述得到的混合浆料加水稀释至浆料质量浓度为4％。

将稀释后的浆料通过真空吸滤成型装置成型出湿坯，再在液压机圆弧状型模(模具中)中压制，将压制成型后的曲面板转移到曲率半径相同的弧形托盘上，再将带有曲面板的弧形托盘输送至干燥室内进行105℃干燥，干燥完成后得到曲面结构的高密度陶瓷纤维板。

按照GB/T17911-2018《耐火纤维制品试验方法》标准测试本发明实施例1制备的高密度陶瓷纤维板的体积密度和加热永久线变化率，按照GB/T13480-2014《建筑用绝热制品压缩性能的测定》标准测试耐压强度，按照YB/T4130-2005《耐火材料导热系数试验方法(水流量平板法)》标准测试导热系数；按照GB/T21114-2019《耐火材料X射线荧光光谱化学分析》标准，对本发明实施例1制备的高密度陶瓷纤维板进行化学成分检测。

检测结果为，本发明实施例1制备的曲面结构的高密度陶瓷纤维板的体积密度可达930Kg/m³，耐压强度为12.5MPa，平均350℃导热系数为0.118w/(m·k)，1100℃下保温12小时的加热永久线变化率为-1.8％；化学成分包括：SiO₂质量含量为69.1％、Al₂O₃质量含量为15.9％，CaO的质量含量为6.7％，MgO的质量含量为1.3％。

按照尺规作图的数学方法对实施例1制备的曲面板的结构尺寸进行检测，检测结果为：

曲率半径r为999mm(量出曲面板的弦长l为765mm，2r＝l/sin(α/2))；

厚度d为9.96mm(用游标卡尺测量)；

圆弧中心角α为45°(已知，由型模确定)。

实施例2

按照实施例1的方法制备得到曲面结构的高密度陶瓷纤维板，与实施例1的区别在于，将陶瓷纤维高纯甩丝棉替换为陶瓷纤维标准甩丝棉同时调整圆弧状型模的结构尺寸。

按照实施例1的方法对本发明实施例2制备的曲面结构的高密度陶瓷纤维板进行检测，检测结果为，本发明实施例2制备的曲面结构的高密度陶瓷纤维板的积密度为834Kg/m³，耐压强度为6.8MPa，平均350℃导热系数为0.106w/(m·k)，1000℃下保温24小时的加热永久线变化率为-1.0％；化学成分包括：SiO₂的质量含量为69.6％、Al₂O₃的质量含量为15.2％，CaO的质量含量为6.8％，MgO的质量含量为1.4％。

按照实施例1的方法，对实施例2制备的曲面板的结构尺寸进行检测，检测结果为：

曲率半径r为600mm；

厚度d为5mm；

圆弧中心角α为60°。

比较例1

将平板状高密度陶瓷纤维板与曲面结构的高密度陶瓷纤维板在中间包上进行应用实验，检测钢水温降情况：

在中间包的一个炉役期间，取密度900Kg/m³尺寸200*100*10mm的平板状高密度陶瓷纤维板，用高温粘结剂粘贴到直径2米的中间包侧壁上，然后进行耐火浇注料的施工，施工完成后，进行烘烤，烘烤完成后投入使用。经在线检测钢水温度从1620℃降至1588℃，钢水温降达到32℃。

在同一个中间包的另一个炉役期间，采用实施例1制备得到的曲面结构的密度930Kg/m³弧长793.25mm厚10mm中心角45°的圆弧状高密度陶瓷纤维板作为对照样，用高温粘结剂粘贴到直径2米的中间包侧壁上，然后进行耐火浇注料的施工，施工完成后，进行烘烤，烘烤完成后投入使用。经在线检测钢水温度从1620℃降至1606℃，钢水温降仅有14℃。

比较例2

按照实施例1的方法制备得到曲面结构的高密度陶瓷纤维板，与实施例1的区别在于，调整圆弧状型模的结构尺寸，制备得到的曲面结构的高密度陶瓷纤维板的结构尺寸如下：

曲率半径r＝400mm；

型模闭合后的空腔距离d：20mm；

型模圆弧中心角α：90°。

按照实施例1的方法，对本发明比较例2制备的曲面结构的高密度陶瓷纤维板进行检测，检测结果为，本发明比较例2制备的曲面结构的高密度陶瓷纤维板的体积密度为925Kg/m³，耐压强度为6.8MPa，平均350℃导热系数为0.152w/(m·k)，1100℃下保温12小时的加热永久线变化率为-1.6％；化学成分包括：SiO₂质量含量为69.2％、Al₂O₃质量含量为16.3％，CaO质量含量为6.9％，MgO质量含量1.1％。

尽管比较例2制备的曲面结构的高密度陶瓷纤维板大部分指标达到设计要求，但耐压强度下降明显，同时，弯曲表面出现开裂问题，导致产品导热系数增大、耐压强度降低。

比较例3

按照实施例1的方法制备得到曲面结构的高密度陶瓷纤维板，与实施例1的区别在于，型模表面不设置过滤网，型模尺寸与实施例1完全相同。

按照实施例1的方法，对本发明比较例3制备的曲面结构的高密度陶瓷纤维板进行检测，检测结果为，本发明比较例3制备的曲面结构的高密度陶瓷纤维板的体积密度为812Kg/m³，耐压强度为6.9MPa，平均350℃导热系数为0.102w/(m·k)，1100℃下保温12小时的加热永久线变化率为-1.9％；化学成分包括：SiO₂质量含量为68.5％、Al₂O₃质量含量为16.8％，CaO质量含量为7.3％，MgO质量含量1.4％。

按照实施例1的方法，对本发明比较例3的曲面板的结构尺寸进行检测，检测结果为：

曲率半径r为1000mm；

厚度d为10mm；

圆弧中心角α为45°。

尽管比较例3制备的曲面结构的高密度陶瓷纤维板大部分指标达到设计要求，但体积密度和耐压强度下降明显，同时，弯曲表面出现大量的凸点，影响外观质量。再次成型时，型模滤水孔被堵死，压制时真空脱水困难，极大地降低了生产效率。

本发明通过改变加料顺序，控制打浆时间，无需对陶瓷纤维进行短切加工预处理，可提高湿坯成型后的密度以及最终产品的密度和强度；通过控制化学成分，特别是可溶性陶瓷纤维中CaO、MgO成分的引入，可以降低压制成型后的湿坯回弹性和弹性后效，可提高湿坯成型后的密度以及最终产品的密度和强度、减少弹性后效引起的产品裂纹。

本发明通过加入能够帚化的有机纤维，如纤维素纤维，能够提高纤维料浆对粉状耐火填料的包裹能力，使填料全部都絮凝到纤维上，在成型过程中很好的滤水，减轻了粉料沉淀引起的最终产品密度不均匀、强度不稳定的问题。

本发明通过在高密度陶瓷纤维板中引入氧化钙、氧化镁成分，降低压制成型后的湿坯回弹性和弹性后效，可提高湿坯成型后的密度以及最终产品的密度和强度、减少弹性后效引起的产品裂纹。

本发明通过对压制过程中模具以及压制工艺的调整，制备出曲面高密度陶瓷纤维板，具有与圆弧型外壳紧密贴合的优势，可以满足在圆筒炉、钢包等需要应用具有一定弧度的高密度陶瓷纤维板的要求。

以上所述的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。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种曲面结构的高密度陶瓷纤维板，所述曲面结构的高密度陶瓷纤维板的曲率半径≥500mm；

厚度为5～15mm；

圆弧中心角为20°～80°。

2.根据权利要求1所述的曲面结构的高密度陶瓷纤维板，其特征在于，所述曲面结构的高密度陶瓷纤维板包括：

≤30wt％的Al₂O₃；

≥7wt％的CaO和MgO；

≥50wt％的SiO₂；

≤5wt％的Fe₂O₃、K₂O、Na₂O、TiO₂和ZrO₂。

3.根据权利要求2所述的曲面结构的高密度陶瓷纤维板，其特征在于，所述曲面结构的高密度陶瓷纤维板包括：

14～22wt％的Al₂O₃；

10～15wt％的CaO和MgO；

60～70wt％的SiO₂；

1～4wt％的Fe₂O₃、K₂O、Na₂O、TiO₂和ZrO₂。

4.一种权利要求1所述的曲面结构的高密度陶瓷纤维板的制备方法，包括：

将无机复合纤维、有机纤维、玻璃纤维短切丝、耐火填料、阳离子有机结合剂和阴离子无机结合剂混合，得到浆料；

将所述浆料成型后采用圆弧状模具压制，得到湿坯；

将所述湿坯干燥，得到曲面结构的高密度陶瓷纤维板。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述无机复合纤维包括陶瓷纤维喷吹棉、陶瓷纤维甩丝棉和可溶性陶瓷纤维；

所述陶瓷纤维喷吹棉在曲面结构的高密度陶瓷纤维板中的质量含量为5～10wt％；

所述陶瓷纤维甩丝棉在曲面结构的高密度陶瓷纤维板中的质量含量为5～30wt％；

所述可溶性陶瓷纤维在曲面结构的高密度陶瓷纤维板中的质量含量为5～30wt％。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述有机纤维为打浆后帚化的有机纤维，所述有机纤维为纤维素纤维；

所述有机纤维在曲面结构的高密度陶瓷纤维板中的质量含量为0.5～5wt％。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述耐火填充料选自硅微粉、叶腊石粉、白泥、珍珠岩、蛭石、硅灰石、高岭土、苏州土、粘土和坡缕石中的一种或几种。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述阳离子有机结合剂为热溶淀粉或预糊化淀粉；

所述阳离子有机结合剂在曲面结构的高密度陶瓷纤维板中的质量含量为4～10％。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述阴离子无机结合剂选自硅溶胶、氧化铝溶胶或二氧化锆溶胶中的一种或几种；

所述无机复合纤维、阴离子无机结合剂和耐火填料的质量比为(2.5～4.0):(0.8～1.3):(4.0～5.5)；

所述玻璃纤维短切丝在曲面结构的高密度陶瓷纤维板中的质量含量为0.5～2wt％。

10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述圆弧状模具上每间隔10～20mm开一个直径为4～6mm的通孔；

所述圆弧状模具表面粘结有15～25目的过滤网。

Images