CN113443897A - 一种低导热耐火材料、低导热耐火砖及其制备方法和应用 - Google Patents

一种低导热耐火材料、低导热耐火砖及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种低导热耐火材料、低导热耐火砖及其制备方法和应用，属于耐火材料技术领域。本发明所述低导热耐火材料的制备原料包括镁砂颗粒、镁砂细粉、镁铝尖晶石颗粒、轻质尖晶石颗粒、煅烧尖晶石微粉与结合剂。以所述低导热耐火材料为原料制备的低导热耐火砖，高温性能稳定，耐碱金属、挥发盐类等的侵蚀，适用于水泥回转窑或石灰回转窑的苛刻环境；同时，所述低导热耐火砖避免了镁铬砖的Cr6+公害污染问题，且具有高强度、低导热、耐磨损及抗高温负荷等特点，可达到水泥回转窑或石灰回转窑使用的高温强度、机械柔性的要求，还可以有效降低回转窑的自重及筒体温度，降低了能源及设备消耗，并提高了回转窑用砖的使用寿命。

Description

一种低导热耐火材料、低导热耐火砖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，具体涉及一种低导热耐火材料、低导热耐火砖及其制备方法和应用。
背景技术
镁铬砖作为耐火砖广泛应用于水泥回转窑或石灰回转窑这类高温窑炉中，但镁铬砖使用后其中部分铬会从Cr3+转变为剧毒和致癌的Cr6+，破坏环境且会影响人们的健康。因此，无铬化耐火制品的开发研制是耐火材料的发展方向。
近年来，国内外进行了大量镁铬砖替代材料的研究，目前逐步推广使用的有镁铝尖晶石砖及镁铁尖晶石砖，正逐步替代镁铬砖在回转窑烧成带及过渡带使用。但这些产品相对镁铬砖的导热系数大，导致回转窑外筒体温度相对镁铬砖内衬的温度高。烧成带尚有窑皮保护，筒体温度相对较低，而过渡带没有稳定的窑皮保护，回转窑运行过程中筒体温度过高，容易使筒体变形，造成安全隐患；同时热量损失过多也造成能源浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低导热耐火材料、低导热耐火砖及其制备方法和应用，以本发明提供的低导热耐火材料为原料制备的低导热耐火砖，具有高强度、低导热以及抗高温负荷的特点，可达到水泥回转窑或石灰回转窑使用的高温强度、机械柔性的要求。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种低导热耐火材料，制备原料包括镁砂颗粒、镁砂细粉、镁铝尖晶石颗粒、轻质尖晶石颗粒、煅烧尖晶石微粉与结合剂；所述镁砂颗粒、镁砂细粉、镁铝尖晶石颗粒、轻质尖晶石颗粒与煅烧尖晶石微粉的质量比为(40～55)∶(20～30)∶(10～20)∶(5～15)∶(0.5～8)，所述结合剂的质量为镁砂颗粒、镁砂细粉、镁铝尖晶石颗粒、轻质尖晶石颗粒与煅烧尖晶石微粉总质量的2～4％；
所述镁砂细粉的粒度<0.063mm，所述镁砂颗粒的粒度为0.063～5mm。
优选地，所述镁砂颗粒和镁砂细粉独立地包括烧结镁砂和/或电熔镁砂，所述镁砂颗粒和镁砂细粉中MgO的质量含量独立的＞97％。
优选地，所述镁铝尖晶石颗粒的粒度为0.063～3mm。
优选地，所述镁铝尖晶石颗粒包括烧结尖晶石和/或电熔尖晶石，所述镁铝尖晶石颗粒中MgO和Al2O3的质量含量之和＞98％。
优选地，所述轻质尖晶石颗粒的粒度≤3mm，密度≤2.6g/cm3，显气孔率≥25％；所述轻质尖晶石颗粒中MgO和Al2O3的质量含量之和＞97％。
优选地，所述轻质尖晶石颗粒的制备方法包括以下步骤：
将氧化铝、菱镁矿、造孔剂、结合剂和水研磨混合，得到混合泥料；
将所述混合泥料依次进行脱水和烧结，得到轻质尖晶石颗粒。
优选地，所述煅烧尖晶石微粉的粒度<0.01mm；所述煅烧尖晶石微粉的制备方法包括以下步骤：
将氧化铝和氧化镁混合后依次进行煅烧和冷却，得到煅烧尖晶石微粉；所述冷却的速率为100～200℃/h。
本发明提供了一种低导热耐火砖，制备原料为上述技术方案所述低导热耐火材料。
本发明提供了上述技术方案所述低导热耐火砖的制备方法，包括以下步骤：
将低导热耐火材料依次进行压制和烧成，得到低导热耐火砖。
本发明提供了上述技术方案所述低导热耐火砖或上述技术方案所述制备方法制备得到的低导热耐火砖在水泥回转窑、石灰回转窑、炼钢转炉、炼钢平炉或工业加热炉中的应用。
本发明提供了一种低导热耐火材料，制备原料包括镁砂颗粒、镁砂细粉、镁铝尖晶石颗粒、轻质尖晶石颗粒、煅烧尖晶石微粉与结合剂；所述镁砂颗粒、镁砂细粉、镁铝尖晶石颗粒、轻质尖晶石颗粒与煅烧尖晶石微粉的质量比为(40～55)∶(20～30)∶(10～20)∶(5～15)∶(0.5～8)，所述结合剂的质量为镁砂颗粒、镁砂细粉、镁铝尖晶石颗粒、轻质尖晶石颗粒与煅烧尖晶石微粉总质量的2～4％；所述镁砂细粉的粒度<0.063mm，所述镁砂颗粒的粒度为0.063～5mm。在本发明中，镁砂颗粒和镁砂细粉作为主要骨料能够与其它颗粒及细粉充分烧结在一起；镁铝尖晶石颗粒能够均匀分散在镁砂颗粒中间，一同形成骨架结构；轻质尖晶石颗粒能够分散在镁砂颗粒和镁铝尖晶石颗粒搭构的骨架之间，在产品的各部位引入均匀分布的气孔，降低导热；煅烧尖晶石微粉能够在烧成过程中发挥其活性，在产品烧成过程中使各颗粒及细粉之间紧密结合，进而烧结形成整体。以本发明提供的低导热耐火材料为原料制备的低导热耐火砖，高温性能稳定，耐碱金属、挥发盐类等的侵蚀，适用于水泥回转窑或石灰回转窑的苛刻环境；同时，本发明提供的低导热耐火砖避免了传统回转窑中镁铬砖的Cr6+公害污染问题，且具有高强度、低导热以及抗高温负荷等特点，可达到水泥回转窑或石灰回转窑使用的高温强度、机械柔性的要求，还可以有效降低回转窑的自重及筒体温度，降低了能源及设备消耗，并提高了回转窑用砖的使用寿命；此外，本发明提供的低导热耐火砖材质均一，不存在不同材质形成复合结构容易出现薄弱部位的隐患，使用过程中不会出现复合砖断裂的问题。
具体实施方式
本发明提供了一种低导热耐火材料，制备原料包括镁砂颗粒、镁砂细粉、镁铝尖晶石颗粒、轻质尖晶石颗粒、煅烧尖晶石微粉与结合剂；所述镁砂颗粒、镁砂细粉、镁铝尖晶石颗粒、轻质尖晶石颗粒与煅烧尖晶石微粉的质量比为(40～55)∶(20～30)∶(10～20)∶(5～15)∶(0.5～8)，所述结合剂的质量为镁砂颗粒、镁砂细粉、镁铝尖晶石颗粒、轻质尖晶石颗粒与煅烧尖晶石微粉总质量的2～4％；
所述镁砂细粉的粒度<0.063mm，所述镁砂颗粒的粒度为0.063～5mm。
在本发明中，如无特殊说明，所用制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
在本发明中，所述低导热耐火材料的制备原料包括镁砂颗粒。在本发明中，所述镁砂颗粒优选包括烧结镁砂和/或电熔镁砂，更优选为烧结镁砂和电熔镁砂；所述镁砂颗粒中MgO的质量含量优选＞97％。在本发明中，所述镁砂颗粒的粒度优选为0.063～5mm，所述镁砂颗粒优选包括第一镁砂颗粒、第二镁砂颗粒和第三镁砂颗粒；以d表示粒度，所述第一镁砂颗粒的粒度优选为0.063mm≤d<1mm，所述第二镁砂颗粒的粒度优选为1mm≤d<3mm，所述第三镁砂颗粒的粒度优选为3mm≤d≤5mm。在本发明中，所述第一镁砂颗粒、第二镁砂颗粒和第三镁砂颗粒的质量比优选为(7～13)∶(26～33)∶(11～13)；所述第一镁砂颗粒可以为烧结镁砂，也可以为烧结镁砂和电熔镁砂的混合物，具体的，所述第一镁砂颗粒中烧结镁砂的质量含量优选为46～100％；所述第二镁砂颗粒优选为烧结镁砂和电熔镁砂的混合物，具体的，所述第二镁砂颗粒中烧结镁砂的质量含量优选为60～75％；所述第三镁砂颗粒优选为烧结镁砂。本发明优选采用上述种类、配比以及粒度的镁砂颗粒，能够达到理想的粒度级配，保证颗粒堆积密度，有利于使产品烧结致密；同时用烧结镁砂和电熔镁砂搭配混合使用，两者颗粒密度及膨胀等特性有所区别，能够互补达到理想的烧成效果。
在本发明中，所述低导热耐火材料的制备原料包括镁砂细粉。在本发明中，所述镁砂细粉优选包括烧结镁砂和/或电熔镁砂，更优选为烧结镁砂，所述镁砂细粉中MgO的质量含量优选＞97％。在本发明中，所述镁砂细粉的粒度优选<0.063mm。本发明优选采用上述种类和粒度的镁砂细粉，足够的原料细度保证镁砂细粉具有较好的活性，同时与煅烧尖晶石微粉烧结过程中反应充分，利于烧结后结构稳固。而且烧结镁砂中方镁石晶体含量比电熔镁砂少，晶体的缺陷多，本发明优选利用烧结镁砂中方镁石晶体的缺陷及不完全性而具有的烧结活性，能够更容易与其它细粉以及微粉反应形成稳固固溶体，更有利于达到理想的烧成效果。
在本发明中，所述低导热耐火材料的制备原料包括镁铝尖晶石颗粒。在本发明中，所述镁铝尖晶石颗粒优选包括烧结尖晶石和/或电熔尖晶石，具体可以为烧结尖晶石，也可以为烧结尖晶石和电熔尖晶石的混合物；所述镁铝尖晶石颗粒中MgO和Al2O3的质量含量之和优选＞98％。在本发明中，所述镁铝尖晶石颗粒的粒度优选为0.063～3mm，所述镁铝尖晶石颗粒优选包括第一镁铝尖晶石颗粒和第二镁铝尖晶石颗粒；以d表示粒度，所述第一镁铝尖晶石颗粒的粒度优选为0.063mm≤d<1mm，所述第二镁铝尖晶石颗粒的粒度优选为1mm≤d≤3mm。在本发明中，所述第一镁铝尖晶石颗粒和第二镁铝尖晶石颗粒的质量比优选为(4～7)∶(6～10)；所述第一镁铝尖晶石颗粒可以为烧结尖晶石，也可以为烧结尖晶石和电熔尖晶石的混合物，具体的，所述第一镁铝尖晶石颗粒中烧结尖晶石的质量含量优选为50～100％；所述第二镁铝尖晶石颗粒可以为烧结尖晶石，也可以为烧结尖晶石和电熔尖晶石的混合物，具体的，所述第二镁铝尖晶石颗粒中烧结尖晶石的质量含量优选为50～100％。本发明优选采用上述种类、配比以及粒度的镁铝尖晶石颗粒，能够有效保证镁铝尖晶石颗粒的抗热震稳定性及化学稳定性在产品中充分发挥骨架作用，使其具有较好的热震稳定性以及耐化学侵蚀性。
在本发明中，所述低导热耐火材料的制备原料包括轻质尖晶石颗粒。在本发明中，所述轻质尖晶石颗粒的制备方法优选包括以下步骤：
将氧化铝、菱镁矿、造孔剂、结合剂和水研磨混合，得到混合泥料；
将所述混合泥料依次进行脱水和烧结，得到轻质尖晶石颗粒。
本发明将氧化铝、菱镁矿、造孔剂、结合剂和水研磨混合，得到混合泥料。在本发明中，所述氧化铝优选为γ-工业氧化铝，所述造孔剂优选为PMMA材质微球(北京森昌泰和公司)、植物粉末或活性炭，所述结合剂优为木质素磺酸盐或羧甲基纤维素。在本发明中，所述氧化铝、菱镁矿、造孔剂、结合剂和水的质量比优选为(50～65)∶(40～50)∶(0.5～3.0)∶(0.1～1.0)∶(120～150)，更优选为55∶45∶1∶0.5∶130。本发明对所述研磨混合的具体操作方式没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。
得到混合泥料后，本发明将所述混合泥料依次进行脱水和烧结，得到轻质尖晶石颗粒。在本发明中，所述脱水的方式优选为将所述混合泥料泵入压滤机中进行脱水；所述脱水的压力优选为≤2.5MPa，更优选为2.3MPa。本发明优选将脱水后所得物料依次进行真空练泥、挤压切割成段和干燥，之后再进行烧结。在本发明中，所述真空练泥的真空度优选为≥0.085MPa，更优选为0.085MPa，所述真空练泥优选在真空练泥机中进行；所述挤压切割成段具体是将真空练泥后所得物料经挤压切割后形成泥段，所述泥段优选为直径20mm、长度50mm的圆柱形；所述干燥的温度优选为250～280℃，更优选为260～270℃，时间优选为1～3h，更优选为2h。在本发明中，所述干燥后所得物料中残余水分含量优选≤1％。在本发明中，所述烧结的温度优选为1650～1700℃，时间优选为10～15h。
所述烧结后，本发明优选将所得烧结物料进行粉碎，得到所需粒度的轻质尖晶石颗粒。
在本发明中，所述轻质尖晶石颗粒的密度优选≤2.6g/cm3，显气孔率≥25％；所述轻质尖晶石颗粒中MgO和Al2O3的质量含量之和＞97％；所述轻质尖晶石颗粒的粒度优选≤3mm，具体的，所述轻质尖晶石颗粒优选包括第一轻质尖晶石颗粒和第二轻质尖晶石颗粒，所述第一轻质尖晶石颗粒和第二轻质尖晶石颗粒的质量比优选为(5～10)∶(2～5)；以d表示粒度，所述第一轻质尖晶石颗粒的优选粒度为0.1≤d<1mm，所述第二轻质尖晶石颗粒的优选粒度为1mm≤d≤3mm。本发明优选采用上述种类、配比以及粒度的轻质尖晶石颗粒，能够使轻质尖晶石的中、小颗粒均有填充在产品中的大颗粒骨架之间，利用轻质尖晶石颗粒的多微孔性，有利于降低产品整体的导热性。
在本发明中，所述低导热耐火材料的制备原料包括煅烧尖晶石微粉。在本发明中，所述煅烧尖晶石微粉的制备方法优选包括以下步骤：
将氧化铝和氧化镁混合后依次进行煅烧和冷却，得到煅烧尖晶石微粉；所述冷却的速率为100～200℃/h。
在本发明中，所述氧化铝和氧化镁的质量比优选为4∶1。在本发明中，煅烧的温度优选为1650～1700℃，时间优选为3～5h。本发明优选将氧化铝和氧化镁装在匣钵中，于隧道窑中进行煅烧。在本发明中，所述冷却的速率优选为100～200℃/h，更优选为150～180℃/h。本发明优选通过急速冷却防止尖晶石晶体的发育长大，形成晶体缺陷型尖晶石，使所得煅烧尖晶石微粉具有足够的活性，便于烧结时与其它细粉进行充分反应，形成稳固的网状或丝状结构，保证产品的强度及稳定性。
所述冷却后，本发明优选将将所得冷却物料进行细磨，得到所需粒度的煅烧尖晶石微粉。
在本发明中，所述煅烧尖晶石微粉的粒度优选<0.01mm。本发明优选采用上述种类以及粒度的煅烧尖晶石微粉，其具有较好的烧结活性，在后续制备低导热耐火砖时的烧成过程中，能够与镁铝尖晶石颗粒及轻质尖晶石颗粒之间形成网状或丝状连接，在镁砂颗粒和镁砂细粉周围形成有效烧结，保证产品强度。
在本发明中，所述低导热尖晶石质耐火均质砖的制备原料包括结合剂。在本发明中，所述结合剂优选为纸浆废液、木质素磺酸钙、糊精和甲基纤维素中的至少一种与水混合配制而成；当所述结合剂中包括纸浆废液、木质素磺酸钙、糊精和甲基纤维素中的多种时，本发明对各组分的配比没有特殊的限定，采用任意配比均可。在本发明中，所述结合剂的比重优选为1.0～1.6g/cm3，更优选为1.2～1.4g/cm3。本发明通过结合剂能显著改善操作性能，有利于增加压制后所得坯体的早期强度，并有防止龟裂的效果，可提高产品合格率。
在本发明中，所述镁砂颗粒、镁砂细粉、镁铝尖晶石颗粒、轻质尖晶石颗粒与煅烧尖晶石微粉的质量比优选为(40～55)∶(20～30)∶(10～20)∶(5～15)∶(0.5～8)，更优选为(46～52)∶(23～26)∶(10～17)∶(8～15)∶(1～4)，本发明优选将各组分限定在上述配比范围内，能够将低导热耐火材料中MgO、Al2O3、SiO2和CaO含量控制在合适的范围内，保证低导热耐火材料具有优异的性能，具体的，按质量含量计，所述低导热耐火材料包括MgO 80～86％，Al2O3 10～18％，SiO2 0.1～2.0％，CaO 0.1～2.0％。在本发明中，所述结合剂的质量优选为镁砂颗粒、镁砂细粉、镁铝尖晶石颗粒、轻质尖晶石颗粒与煅烧尖晶石微粉总质量的2～4％。
本发明对所述低导热耐火材料的制备方法没有特殊限定，直接将所述低导热耐火材料的制备原料混合即可。在本发明中，所述低导热耐火材料的各制备原料的混合方式优选包括：将镁砂颗粒、镁铝尖晶石颗粒和轻质尖晶石颗粒进行第一混合，得到第一混合物料；将所述第一混合物料与结合剂进行第二混合，得到第二混合物料；将所述第二混合物料、镁砂细粉和煅烧尖晶石微粉进行第三混合，得到低导热耐火材料。在本发明中，所述第一混合的时间优选为3～5min，所述第二混合的时间优选为5～8min，所述第三混合的时间优选为10～15min；所述第一混合、第二混合和第三混合优选在混炼机中进行，所述混炼机的搅拌转子的转速优选为100～300rpm。本发明优选采用上述混料顺序并在上述条件下进行混合，粒度较大的颗粒原料先被结合剂均匀包裹，然后再与粒度较小的粉状原料混合，有利于形成均匀的混合物料，避免粉状原料先与结合剂混合容易成球，造成混合不均匀的问题。
本发明提供了一种低导热耐火砖，制备原料为上述技术方案所述低导热耐火材料。
本发明提供了上述技术方案所述低导热耐火砖的制备方法，包括以下步骤：
将低导热耐火材料依次进行压制和烧成，得到低导热耐火砖。
在本发明中，所述压制的压力优选为15～20KN/cm2，更优选为17～19KN/cm2。本发明优选在上述压力条件下进行压制，能够保证产品强度及体积的稳定，有利于产品烧成中达到理想的致密度，且生产效率高。
所述压制后，本发明优选将所得坯体干燥后进行烧成，所述干燥的温度优选为100～150℃，时间优选为48～72h。在本发明中，所述烧成的温度优选为1600～1800℃，时间优选为5～12h。在本发明的实施例中，所述烧成优选在高温隧道窑中进行。本发明优选先在上述条件下进行干燥，能够保证坯体进行充分干燥，水分残余少，避免后续烧成过程中水分急剧汽化排出而导致坯体爆裂的问题；之后通过在上述适合的烧成温度及保温时间条件下进行烧成，保证材料中方镁石矿物相及镁铝尖晶石相烧结后固溶充分，烧成后产品性能稳定。
本发明提供了上述技术方案所述低导热耐火砖或上述技术方案所述制备方法制备得到的低导热耐火砖在水泥回转窑、石灰煅烧窑、炼钢转炉、炼钢平炉或工业加热炉中的应用。在本发明中，所述低导热耐火砖优选用于水泥回转窑或石灰回转窑中烧成带及过渡带；所述低导热耐火砖优选用于炼钢转炉、炼钢平炉或工业加热炉的内衬。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
制备轻质尖晶石颗粒，包括以下步骤：
按质量份数计，将55份氧化铝(具体为γ-工业氧化铝)、45份菱镁矿、1份造孔剂(具体为PMMA材质微球，购买于北京森昌泰和公司)、0.5份结合剂(具体为羧甲基纤维素)与130份水研磨混合，得到混合泥料；
将所述混合泥料泵入压滤机中进行脱水，之后经真空练泥机练泥、挤压切割后形成泥段，再依次进行干燥、烧结和粉碎，得到轻质尖晶石颗粒；其中，所述脱水的压力为2.3MPa；所述真空练泥机的真空度为0.085MPa；挤压切割后形成的泥段为直径20mm、长度50mm的圆柱形；所述干燥的温度为270℃，时间为2h，所述干燥后所得物料中残余水分含量<1％；所述烧结的温度为1650℃，时间为3h；所述轻质尖晶石颗粒的密度为2.43g/cm3，显气孔率为30％；所述轻质尖晶石颗粒中MgO和Al2O3的质量含量之和为98.5％。
制备煅烧尖晶石微粉，包括以下步骤：
将氧化铝和氧化镁按4∶1重量比混合后，装在匣钵中，于隧道窑中1680℃进行煅烧，保温5h后，180℃/h快速冷却，将所得冷却物料进行细磨，得到煅烧尖晶石微粉。
制备低导热耐火砖，包括以下步骤：
将镁砂颗粒、镁铝尖晶石颗粒和轻质尖晶石颗粒置于混炼机中，在搅拌转子转速为200rpm条件下混合3min，得到第一混合物料；
将所述第一混合物料与结合剂在搅拌转子转速为200rpm条件下混合5min，得到第二混合物料；
将所述第二混合物料、镁砂细粉和煅烧尖晶石微粉在搅拌转子转速为180rpm条件下混合10min，得到第三混合物料；
将所述第三混合物料在19KN/cm2压力条件下进行压制，将所得坯体在120℃条件下干燥60h，之后在高温隧道窑中，于1650℃条件下烧成8h，得到低导热耐火砖；
本实施例中低导热耐火砖所用制备原料及添加量如表1所示。
实施例2～4
按照实施例1的方法制备低导热耐火砖，各实施例中低导热耐火材料所用制备原料及添加量如表1所示。
表1中镁砂颗粒、镁砂细粉、镁铝尖晶石颗粒、轻质尖晶石颗粒和煅烧尖晶石微粉的添加总量以100％计，结合剂的质量以占镁砂颗粒、镁砂细粉、镁铝尖晶石颗粒、轻质尖晶石颗粒与煅烧尖晶石微粉总质量的百分含量计。
表1 实施例1～4中低导热耐火材料所用制备原料及添加量
Figure BSA0000245481380000101
对比例1
本对比例中耐火砖的制备原料包括烧结镁砂颗粒、烧结镁砂细粉、电熔尖晶石颗粒和结合剂，其中，所述烧结镁砂颗粒、烧结镁砂细粉与电熔尖晶石颗粒的质量比为11∶5∶4，所述结合剂为比重为1.25g/mL的纸浆废液，所述结合剂的质量为烧结镁砂颗粒、烧结镁砂细粉和电熔尖晶石颗粒总质量的2.3％；
所述烧结镁砂颗粒包括第一烧结镁砂(0.088mm≤d<1mm)、第二烧结镁砂(1mm≤d<3mm)和第三烧结镁砂(3mm≤d≤5mm)，所述第一烧结镁砂、第二烧结镁砂和第三烧结镁砂的质量比为5∶3∶3；
所述烧结镁砂细粉的粒度为d<0.088mm；
所述电熔尖晶石颗粒的粒度为1mm≤d≤3mm；
制备方法包括以下步骤：将烧结镁砂颗粒、电熔镁砂颗粒、烧结镁砂细粉、电熔尖晶石颗粒和结合剂置于混炼机中，在搅拌转子转速为200rpm条件下进行混合10min，将所得混合物料在电动螺旋压力机压力为630T条件下进行压制，将所得坯体在130℃条件下干燥20h，之后置于高温隧道窑中，在1580℃条件下进行烧成7h，得到耐火砖。
对比例2
本对比例中耐火砖的制备原料包括烧结镁砂颗粒、烧结镁砂细粉、电熔镁砂颗粒、烧结尖晶石颗粒和结合剂，其中，所述烧结镁砂颗粒、烧结镁砂细粉、电熔镁砂颗粒和烧结尖晶石颗粒的质量比为7∶6∶4∶3，所述结合剂为比重为1.25g/mL的纸浆废液，所述结合剂的质量为烧结镁砂颗粒、烧结镁砂细粉、电熔镁砂颗粒和烧结尖晶石颗粒总质量的2.3％；
以d表示粒度，所述烧结镁砂颗粒包括第一烧结镁砂(0.088mm≤d<1mm)、第二烧结镁砂(1mm≤d<3mm)和第三烧结镁砂(3mm≤d≤5mm)，所述第一烧结镁砂、第二烧结镁砂和第三烧结镁砂的质量比为4∶2∶1；
所述烧结镁砂细粉的粒度为d<0.088mm；
所述电熔镁砂颗粒包括第一电熔镁砂(1mm≤d<3mm)和第二电熔镁砂(3mm≤d≤5mm)，所述第一电熔镁砂和第二电熔镁砂的质量比为1∶1；
所述烧结尖晶石颗粒的粒度为1mm≤d≤3mm；
制备方法包括以下步骤：将烧结镁砂颗粒、烧结镁砂细粉、电熔镁砂颗粒、烧结尖晶石颗粒和结合剂置于混炼机中，在搅拌转子转速为200rpm条件下进行混合10min，将所得混合物料在电动螺旋压力机压力为1000T条件下进行压制，将所得坯体在150℃条件下干燥10h，之后置于高温隧道窑中，在1600℃条件下进行烧成6h，得到耐火砖。
对实施例1～4和对比例1～2制备的产品进行性能测试，结果见表2，其中，各测试指标的条件以及依据的标准具体如下：
MgO以及Al2O3质量分数：GB/T5069；
体积密度：GB/T2997；
显气孔率：GB/T2997；
常温耐压强度：GB/T5072；
常温抗折强度：GB/T3001；
高温抗折强度：GB/T3002；
导热率：GB/T5990；
热震稳定性能：GB/T30873；
荷重软化开始温度：GB/T5989；
运行8个月后筒体(具体为回转窑的外壳)外表面温度：实际运行过程中直接测定。
表2 对实施例1～4和对比例1～2制备的产品的性能测试结果
Figure BSA0000245481380000121
Figure BSA0000245481380000131
由表2可知，与对比例相比，本发明通过添加轻质尖晶石颗粒，能够将轻质尖晶石颗粒的微小气孔引入耐火砖内部骨架间，在不影响耐火砖本身机械强度、高温使用性能等耐火性能的前提下，达到降低其导热的目的，同时使窑炉外表面温度低，减少热量浪费，节约能源；本发明通过添加少量的煅烧尖晶石微粉，可以促进轻质尖晶石颗粒与其他颗粒及细粉间的烧结，使产品烧结成致密牢固整体，同时还能够使耐火砖具有较好的机械柔性(即热震稳定性能优于对比例)，减少使用过程中高温机械应力造成产品的损伤；此外引入一定量轻质尖晶石颗粒还能够降低产品的自重，从而降低整个耐火材料内衬的重量，实现轻量化，节省机械运行成本。
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 (10)

1.一种低导热耐火材料，制备原料包括镁砂颗粒、镁砂细粉、镁铝尖晶石颗粒、轻质尖晶石颗粒、煅烧尖晶石微粉与结合剂；所述镁砂颗粒、镁砂细粉、镁铝尖晶石颗粒、轻质尖晶石颗粒与煅烧尖晶石微粉的质量比为(40～55)∶(20～30)∶(10～20)∶(5～15)∶(0.5～8)，所述结合剂的质量为镁砂颗粒、镁砂细粉、镁铝尖晶石颗粒、轻质尖晶石颗粒与煅烧尖晶石微粉总质量的2～4％；
所述镁砂细粉的粒度＜0.063mm，所述镁砂颗粒的粒度为0.063～5mm。
2.根据权利要求1所述的低导热耐火材料，其特征在于，所述镁砂颗粒和镁砂细粉独立地包括烧结镁砂和/或电熔镁砂，所述镁砂颗粒和镁砂细粉中MgO的质量含量独立的＞97％。
3.根据权利要求1所述的低导热耐火材料，其特征在于，所述镁铝尖晶石颗粒的粒度为0.063～3mm。
4.根据权利要求1或3所述的低导热耐火材料，其特征在于，所述镁铝尖晶石颗粒包括烧结尖晶石和/或电熔尖晶石，所述镁铝尖晶石颗粒中MgO和Al2O3的质量含量之和＞98％。
5.根据权利要求1所述的低导热耐火材料，其特征在于，所述轻质尖晶石颗粒的粒度≤3mm，密度≤2.6g/cm3，显气孔率≥25％；所述轻质尖晶石颗粒中MgO和Al2O3的质量含量之和＞97％。
6.根据权利要求1或5所述的低导热耐火材料，其特征在于，所述轻质尖晶石颗粒的制备方法包括以下步骤：
将氧化铝、菱镁矿、造孔剂、结合剂和水研磨混合，得到混合泥料；
将所述混合泥料依次进行脱水和烧结，得到轻质尖晶石颗粒。
7.根据权利要求1所述的低导热耐火材料，其特征在于，所述煅烧尖晶石微粉的粒度＜0.01mm；所述煅烧尖晶石微粉的制备方法包括以下步骤：
将氧化铝和氧化镁混合后依次进行煅烧和冷却，得到煅烧尖晶石微粉；所述冷却的速率为100～200℃/h。
8.一种低导热耐火砖，制备原料为权利要求1～7任一项所述低导热耐火材料。
9.权利要求8所述低导热耐火砖的制备方法，包括以下步骤：
将低导热耐火材料依次进行压制和烧成，得到低导热耐火砖。
10.权利要求8所述低导热耐火砖或权利要求9所述制备方法制备得到的低导热耐火砖在水泥回转窑、石灰回转窑、炼钢转炉、炼钢平炉或工业加热炉中的应用。
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