CN112778006B - 一种轻质莫来石匣钵及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轻质莫来石匣钵及其制备方法和应用，涉及耐火材料技术领域。该轻质莫来石匣钵是采用将原料混匀后浇注成型制得的，其中，原料按重量份数计包括轻质莫来石颗粒55‑75份、高岭土2‑6份、硅微粉4‑6份、氧化铝4‑8份、铝酸钙水泥6‑10份、莫来石粉4‑6份、高铝矾土粉7‑11份、分散剂0.2‑0.3份和水15‑18份。本申请提供的轻质莫来石匣钵通过对原料的合理配置，尤其是选用轻质高强莫来石颗粒取代莫来石或焦宝石颗粒或堇青石，并采用浇注成型的工艺生产，大幅度降低生产线投资费用，同时大幅度提高使用寿命，获得的轻质莫来石匣钵可广泛应用于耐火材料中，也可用于烧结温度高于1350℃的其他环境。

Description

一种轻质莫来石匣钵及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，具体而言，涉及一种轻质莫来石匣钵及其制备方法和应用。
背景技术
目前，适用于1350℃以上温度的匣钵均是采用高铝矾土、莫来石和刚玉制备，存在使用寿命短和不稳定的问题，以氧化铝粉转相为例，高铝矾土匣钵用几次就报废，刚玉-莫来石匣钵也存在使用寿命短和价格高的温度，目前寿命在10～30次之间。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轻质莫来石匣钵及其制备方法和应用。
本发明是这样实现的：
第一方面，本发明提供一种轻质莫来石匣钵，其是采用将原料混匀后浇注成型制得的，其中，所述原料按重量份数计包括轻质莫来石颗粒55-75份、高岭土2-6份、硅微粉4-6份、氧化铝4-8份、铝酸钙水泥6-10份、莫来石粉4-6份、高铝矾土粉7-11份、分散剂0.2-0.3份和水15-18份。
在可选的实施方式中，所述原料按重量份数计包括轻质莫来石颗粒62-68份、高岭土3-4份、硅微粉4-5份、氧化铝5-6份、铝酸钙水泥7-8份、莫来石粉4-5份、高铝矾土粉8-9份、分散剂0.25-0.26份和水16-16.5份。
在可选的实施方式中，所述轻质莫来石颗粒中Al2O3的含量≥45％，SiO2的含量≤50％，Al2O3和SiO2的总含量≥95％，Fe2O3和TiO2的总含量≤3％，所述轻质莫来石颗粒的体积密度≤2.0g/cm3。
在可选的实施方式中，所述轻质莫来石颗粒包括粒径小于1mm的一号颗粒和粒径为1-3mm的二号颗粒，所述一号颗粒和所述二号颗粒的质量比为35-45：20-30；
优选地，所述一号颗粒和所述二号颗粒的质量比为38-42：23-27。
在可选的实施方式中，所述轻质莫来石颗粒是将黏土、氧化铝粉和锯末混合后，于1550-1650℃的条件下烧结8-12h后破碎而得。
在可选的实施方式中，所述氧化铝包括质量比为3-6：2-5的氧化铝微粉和氧化铝粉，所述氧化铝微粉的颗粒中位直径D50＜2μm，所述氧化铝粉的细度320目筛余＜10％；
所述氧化铝微粉和所述氧化铝粉中Al2O3含量均大于95％。
在可选的实施方式中，所述高岭土中Al2O3含量为35-55％，细度320目筛余＜10％；
优选地，所述硅微粉中SiO2含量大于85％，颗粒中直径D50＜0.5μm；
优选地，所述铝酸钙水泥中Al2O3含量应在68-77％，细度320目筛余＜10％；
优选地，所述莫来石粉的Al2O3含量68-73％，细度320目筛余＜10％；
优选地，所述高铝矾土粉中Al2O3含量应在80-90％，细度320目筛余＜10％。
在可选的实施方式中，所述分散剂包括三聚磷酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、硅酸钠、铝酸钠、柠檬酸铵、阿拉伯树胶和明胶中的至少一种。
第二方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项所述的轻质莫来石匣钵的制备方法，将所述原料混合后形成浆体，将所述浆体倒入模具中浇注成型，将成型后的制品静置养护，脱模后，将制品于1350-1500℃的条件下进行煅烧。
在可选的实施方式中，所述制品于煅烧窑中进行煅烧；
优选地，所述煅烧窑为梭式窑、隧道窑、倒焰窑或滚道窑；
优选地，所述制品于氧化气氛或中性气氛中进行煅烧。
第三方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项轻质莫来石匣钵在耐火材料中的应用。
本发明具有以下有益效果：
本申请提供的轻质莫来石匣钵通过对原料的合理配置，尤其是选用轻质高强莫来石颗粒取代莫来石或焦宝石颗粒或堇青石，并采用浇注成型的工艺生产，大幅度降低生产线投资费用，同时大幅度提高使用寿命，同时在浇注成型时不需要高性能成型设备，大大节省设备投资。半成品具有较好的强度，便于搬运，装窑，减少破损率，合格率可提高95％以上。制备获得的轻质莫来石匣钵可广泛应用于耐火材料中，同时也可用于烧结温度高于1350℃的其他环境中使用。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明提供一种轻质莫来石匣钵，其是采用将原料混匀后浇注成型制得的，本申请中，通过限定原料的组成以及各个原料的用量关系，可以获得使用寿命长、耐腐蚀性能佳的特点。
具体来说，本申请中的原料按重量份数计包括轻质莫来石颗粒55-75份、高岭土2-6份、硅微粉4-6份、氧化铝4-8份、铝酸钙水泥6-10份、莫来石粉4-6份、高铝矾土粉7-11份、分散剂0.2-0.3份和水15-18份。
经发明人研究发现，要想获得更优的产品性能，不仅仅需要对轻质莫来石匣钵的原料选择进行限定，同时还需要对各个原料的含量、粒径等指标进行筛选，以获得最优的组合。
其中，轻质莫来石颗粒中Al2O3的含量≥45％，SiO2的含量≤50％，Al2O3和SiO2的总含量≥95％，Fe2O3和TiO2的总含量≤3％，轻质莫来石颗粒的体积密度≤2.0g/cm3。轻质莫来石颗粒包括粒径小于1mm的一号颗粒和粒径为1-3mm的二号颗粒，一号颗粒和二号颗粒的质量比为35-45：20-30；优选地，一号颗粒和二号颗粒的质量比为38-42：23-27。轻质莫来石颗粒是将黏土、氧化铝粉和锯末混合后，于1550-1650℃的条件下烧结8-12h后破碎而得。
氧化铝包括质量比为3-6：2-5的氧化铝微粉和氧化铝粉，氧化铝微粉的颗粒中直径D50＜2μm，氧化铝粉的细度320目筛余＜10％；氧化铝微粉和氧化铝粉中Al2O3含量均大于95％。高岭土(也称苏州泥)中Al2O3含量为35-55％，细度320目筛余＜10％；硅微粉中SiO2含量大于85％，颗粒中直径D50＜0.5μm；铝酸钙水泥中Al2O3含量应在68-77％，细度320目筛余＜10％；莫来石粉的Al2O3含量68-73％，细度320目筛余＜10％；高铝矾土粉中Al2O3含量应在80-90％，细度320目筛余＜10％。
分散剂包括三聚磷酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、硅酸钠、铝酸钠、柠檬酸铵、阿拉伯树胶和明胶中的至少一种，本申请中优选分散剂为三聚磷酸钠。
进一步地，本申请的原料按重量份数计包括轻质莫来石颗粒62-68份、高岭土3-4份、硅微粉4-5份、氧化铝5-6份、铝酸钙水泥7-8份、莫来石粉4-5份、高铝矾土粉8-9份、分散剂0.25-0.26份和水16-16.5份。采用上述原料配比可以获得使用寿命更优、耐腐蚀性能更佳的产品。
此外，本发明提供一种轻质莫来石匣钵的制备方法，其包括如下步骤：
S1、将原料混合后形成浆体，本申请中通过调节分散剂和水的用量，可以使浆体具有优良的流动性。
S2、将浆体倒入模具中浇注成型，为进一步提高产品性能，减少气泡，可将预先调制好的浆体倒入模具内之后，放在震动台上或用插入式震捣棒或平板式振动器，通过震动，使浆体充满模具内的空间。
S3、将成型后的制品静置养护，即可自行凝结硬化，待强度达到可以脱模搬动时，脱模，将制品于1350-1500℃的条件下进行煅烧。
优选地，本申请中的制品于煅烧窑中于氧化气氛或中性气氛下进行煅烧；优选地，煅烧窑为梭式窑、隧道窑、倒焰窑或滚道窑。本申请中所述的氧化气氛是指天然气与空气的配比中，空气偏多。
通过本申请的原料的合理配置，同时利用上述制备方法制备获得轻质莫来石匣钵，其原料成本低，使用寿命长，性价比高，同时在浇注成型时不需要高性能成型设备，大大节省设备投资。半成品具有较好的强度，便于搬运，装窑，减少破损率，合格率可提高95％以上。制备获得的轻质莫来石匣钵可广泛应用于耐火材料中。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例中涉及的各原料标准为：
轻质莫来石颗粒中Al2O3的含量≥45％，SiO2的含量≤50％，Al2O3和SiO2的总含量≥95％，Fe2O3和TiO2的总含量≤3％，轻质莫来石颗粒的体积密度≤2.0g/cm3。轻质莫来石颗粒包括粒径小于1mm的一号颗粒和粒径为1-3mm的二号颗粒。轻质莫来石颗粒是将黏土、氧化铝粉和锯末混合后，于1600℃的条件下烧结12h后破碎而得。
氧化铝包括质量比为6：4的氧化铝微粉和氧化铝粉，氧化铝微粉的颗粒中直径D50＜2μm，氧化铝粉的细度320目筛余＜10％；氧化铝微粉和氧化铝粉中Al2O3含量均大于95％。
高岭土中Al2O3含量为35-55％，细度320目筛余＜10％；
硅微粉中SiO2含量大于85％，颗粒中直径D50＜0.5μm；
铝酸钙水泥中Al2O3含量应在68-77％，细度320目筛余＜10％；
莫来石粉的Al2O3含量68-73％，细度320目筛余＜10％；
高铝矾土粉中Al2O3含量应在80-90％，细度320目筛余＜10％。
实施例1
本实施例提供了一种轻质莫来石匣钵，其原料按重量份数计包括：轻质莫来石一号颗粒35份、轻质莫来石二号颗粒30份、高岭土2份、硅微粉6份、氧化铝4份、铝酸钙水泥6份、莫来石粉6份、高铝矾土粉11份、三聚磷酸钠0.2份和水18份。
其制备方法包括如下步骤：取轻质莫来石颗粒、高岭土、硅微粉、氧化铝、铝酸钙水泥、莫来石粉、高铝矾土粉和三聚磷酸钠放入搅拌机中充分混合，加水，经充分搅拌后形成有一定流动性粘塑性的浆体，将浆体倒入模具内，可以放在震动台上或用插入式震捣棒或平板式振动器，通过震动，使浆体充满模具内的空间，将成型好的制品，经静置24小时后，即可自行凝结硬化，强度达到可以脱模搬动时，脱模取出制品，将制品于1450℃的条件下进行煅烧，保温6h，获得轻质莫来石匣钵。性能指标见表1。
实施例2-7
表1.实施例1-8的原料用量和使用次数
Figure BDA0002990959590000061
Figure BDA0002990959590000071
实施例2-7通过改变原料的用量，获得的产品性能存在差异，其中，以实施例4的用量为最佳。将实施例1-7获得的轻质莫来石匣钵使用25次后匣钵的表面状态为无裂纹、无脱落、无破损。
实施例8-10
料配伍和实施例4同，烧成后保温时间6小时，烧成温度和成品性能指标见表2。
表2.焙烧温度对使用次数的影响
实施例4 实施例8 实施例9 实施例10
烧成温度，℃ 1450 1350 1500 1550
使用次数，次 50 29 43 29
实施例11-13
原料配方和实施例4同，烧成温度为1450℃，保温时间和成品性能指标见表3。
表3.保温时间对使用次数的影响
Figure BDA0002990959590000072
Figure BDA0002990959590000081
对比例1
本对比例提供了一种匣钵，其原料配方如表4：
表4.对比例1的原料配方
配方 优选配方 范围
苏州泥 20 15～25
α-氧化铝 10 8～12
高铝矾土粉 10 8～15
电熔莫来石颗粒0～1 40 35～45
电熔莫来石颗粒1～2 20 15～25
纸浆废液(固含量20～25％) 3 2.5～4
使用寿命 30次左右
对比例2
本对比例提供了一种匣钵，其原料配方如表5：
表5.对比例2的原料配方
配方 优选配方 范围
苏州泥 20 15～25
α-氧化铝 10 8～12
高铝矾土粉 10 8～15
高铝矾土颗粒0～1 40 35～45
高铝矾土颗粒1～2 20 15～25
纸浆废液(固含量20～25％) 3 2.5～4
使用寿命 26～28次左右
对比例3
本对比例提供了一种匣钵，其原料配方如表6：
表6.对比例3的原料配方
配方 优选配方 范围
苏州泥 20 15～25
α-氧化铝 10 8～12
高铝矾土粉 10 8～15
电熔刚玉颗粒0～1 40 35～45
电熔刚玉颗粒1～2 20 15～25
纸浆废液(固含量20～25％) 3 2.5～4
使用寿命 26～28次左右
对比例4
本对比例提供了一种匣钵，其原料配方如表7：
表7.对比例4的原料配方
配方 优选配方 范围
苏州泥 20 15～25
α-氧化铝 10 8～12
高铝矾土粉 10 8～15
板状刚玉颗粒0～1 40 35～45
板状刚玉颗粒1～2 20 15～25
纸浆废液(固含量20～25％) 3 2.5～4
使用寿命 26～28次左右
从对比例1-对比例4提供的常规配方可以看出，当采用电熔莫来石颗粒、高铝矾土颗粒、高铝矾土颗粒或者板状刚玉颗粒时，其使用寿命明显差于本申请中使用轻质莫来石颗粒。
对比例5
本对比例提供了一种匣钵，其原料配方与实施例4的区别在于：将实施例4中的轻质莫来石颗粒替换为电熔莫来石颗粒。
对比例5获得的匣钵的使用寿命为35次。
对比例6
本对比例提供了一种匣钵，其原料配方与实施例4的区别在于：实施例4中一号颗粒和二号颗粒的质量比为45:25；本对比例中，一号颗粒和二号颗粒的质量比25:45。
对比例6获得的匣钵的使用寿命为44次。
对比例7-8
料配伍和实施例4同，烧成后保温时间6小时，烧成温度和成品性能指标见表8。
表8.对比例7-8的烧成温度对使用次数的影响
实施例4 对比例8 对比例9
烧成温度，℃ 1450 1200 1700
使用次数，次 50 26 15
从上述测试结果可以看出，实施例1-13中的轻质莫来石匣钵的使用寿命和使用25次后匣钵的表面状态均优于对比例1-8，说明本发明提供的轻质莫来石匣钵经过各原料的合理配合，具有使用寿命长的优点，改变各原料的含量或删除其中任意原料或采用现有的匣钵，其使用寿命均会变短。实施例1-13中的轻质莫来石匣钵在使用25次后无剥落、无粉化，说明其耐腐蚀性良好。
综上所述，本申请提供的轻质莫来石匣钵通过对原料的合理配置，尤其是选用轻质高强莫来石颗粒取代莫来石或焦宝石颗粒或堇青石，并采用浇注成型的工艺生产，大幅度降低生产线投资费用，同时大幅度提高使用寿命，同时在浇注成型时不需要高性能成型设备，大大节省设备投资。半成品具有较好的强度，便于搬运，装窑，减少破损率，合格率可提高95％以上。制备获得的轻质莫来石匣钵可广泛应用于耐火材料中，同时也可用于烧结温度高于1350℃的其他环境中使用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种轻质莫来石匣钵，其特征在于，其是采用将原料混匀后浇注成型制得的，其中，所述原料按重量份数计包括轻质莫来石颗粒62-68份、高岭土3-4份、硅微粉4-5份、氧化铝5-6份、铝酸钙水泥7-8份、莫来石粉4-5份、高铝矾土粉8-9份、分散剂0.25-0.26份和水16-16.5份；
所述轻质莫来石颗粒中Al2O3的含量≥45％，SiO2的含量≤50％，Al2O3和SiO2的总含量≥95％，Fe2O3和TiO2的总含量≤3％，所述轻质莫来石颗粒的体积密度≤2.0g/cm3；
所述轻质莫来石颗粒包括粒径小于1mm的一号颗粒和粒径为1-3mm的二号颗粒，所述一号颗粒和所述二号颗粒的质量比为35-45：20-30。
2.根据权利要求1所述的轻质莫来石匣钵，其特征在于，所述一号颗粒和所述二号颗粒的质量比为38-42：23-27。
3.根据权利要求1所述的轻质莫来石匣钵，其特征在于，所述轻质莫来石颗粒是将黏土、氧化铝粉和锯末混合后，于1550-1650℃的条件下烧结8-12h后破碎而得。
4.根据权利要求1所述的轻质莫来石匣钵，其特征在于，所述氧化铝包括质量比为3-6：2-5的氧化铝微粉和氧化铝粉，所述氧化铝微粉的颗粒中位直径D50＜2μm，所述氧化铝粉的细度320目筛余＜10％；
所述氧化铝微粉和所述氧化铝粉中Al2O3含量均大于95％。
5.根据权利要求1所述的轻质莫来石匣钵，其特征在于，所述高岭土中Al2O3含量为35-55％，细度320目筛余＜10％。
6.根据权利要求1所述的轻质莫来石匣钵，其特征在于，所述硅微粉中SiO2含量大于85％，颗粒中直径D50＜0.5μm。
7.根据权利要求1所述的轻质莫来石匣钵，其特征在于，所述铝酸钙水泥中Al2O3含量应在68-77％，细度320目筛余＜10％。
8.根据权利要求1所述的轻质莫来石匣钵，其特征在于，所述莫来石粉的Al2O3含量68-73％，细度320目筛余＜10％。
9.根据权利要求1所述的轻质莫来石匣钵，其特征在于，所述高铝矾土粉中Al2O3含量应在80-90％，细度320目筛余＜10％。
10.根据权利要求1所述的轻质莫来石匣钵，其特征在于，所述分散剂包括三聚磷酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、硅酸钠、铝酸钠、柠檬酸铵、阿拉伯树胶和明胶中的至少一种。
11.一种如权利要求1-10任一项所述的轻质莫来石匣钵的制备方法，其特征在于，将所述原料混合后形成浆体，将所述浆体倒入模具中浇注成型，将成型后的制品静置养护，脱模后，将制品于1350-1500℃的条件下进行煅烧。
12.根据权利要求11所述的轻质莫来石匣钵的制备方法，其特征在于，所述制品于煅烧窑中进行煅烧。
13.根据权利要求12所述的轻质莫来石匣钵的制备方法，其特征在于，所述煅烧窑为梭式窑、隧道窑、倒焰窑或滚道窑。
14.根据权利要求12所述的轻质莫来石匣钵的制备方法，其特征在于，所述制品于氧化气氛或中性气氛中进行煅烧。
15.一种如权利要求1-10任一项所述的轻质莫来石匣钵在耐火材料中的应用。
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