CN113845366B - 轻质耐火材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及耐火材料制备技术领域，提供一种轻质耐火材料的制备方法，包括如下步骤：S1、将聚乙烯醇溶于水，制备结合剂溶液；S2、将骨料、粉料和结合剂搅拌混合，制备混合料；S3、将结合剂溶液加入混合料中，并搅拌，制备浆状浇注料；S4、将浇注料浇注于模具中，振动成型，脱模烘干，制得轻质耐火材料。本发明通过将聚乙烯醇溶于水制备的结合剂溶液，有效提高了混合料与溶液之间的浸润性，使浇注料的和易性增强，保证轻质耐火材料的烘干强度，同时降低了水泥的消耗量，具有耐压强度高、无收缩开裂、隔热性能好等优点，而且可直接作为工作层，应用在与火焰接触的高温部位。
Description
技术领域
本发明涉及耐火材料制备技术领域，尤其涉及一种轻质耐火材料的制备方法。
背景技术
在工业窑炉中，为了减少炉体蓄热损失和表面散热损失，通常选用热导率低、热容量小的轻质砖作为砌体结构材料，具有节省燃料消耗、提高设备生产效率、减轻炉体重量的作用。然而在高温工业中，轻质砖在一些窑炉的特殊形状部位难以砌筑，同时还存在易收缩、砖缝多等问题，这使其应用受到了局限。
轻质耐火浇注料是能够弥补上述缺陷的一种不定形耐火材料，其优势主要是施工方便，而且能够及时应用在各种窑炉工程中。轻质耐火浇注料是由轻质耐火骨料、耐火粉料、结合剂和外加剂等组成，在施工时加水或其他结合剂溶液进行浇注成型。一般用于高温工业炉的隔热衬，可简化窑炉构造、提高产品质量、节约能源、改善劳动条件。
现有轻质耐火浇注料在实际应用中仍存在很多问题，例如强度低、硬化慢、易收缩开裂等。因传统轻质浇注料采用的结合剂以水泥为主，普通轻质骨料含有大量的开口气孔，在成型过程中，部分水泥和水会进到气孔中，增加了水泥消耗和水的加入量，降低了浇注料的强度。水泥的加入量过高，也对浇注料的高温强度产生了不利影响。在一些工业窑炉应用中，也会根据烘烤、施工等需求选用水玻璃、溶胶等结合剂，选用这些结合剂时容易出现硬化速度慢、脱模时间长的问题，而且在高温工作环境中，往往会因脱水或者烧失引起材料严重收缩开裂，对使用造成了极大的危害。
发明内容
本发明提供一种轻质耐火材料的制备方法，用以解决现有技术中轻质耐火材料因加水量大导致强度低和易收缩开裂的缺陷，实现提高轻质耐火材料的耐压强度和隔热性能，无收缩开裂现象。
本发明提供一种轻质耐火材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将聚乙烯醇溶于水，制备结合剂溶液；
S2、将骨料、粉料和结合剂搅拌混合，制备混合料；
S3、将结合剂溶液加入混合料中，并搅拌，制备浆状浇注料；
S4、将浇注料浇注于模具中，振动成型，脱模烘干，制得轻质耐火材料。
根据本发明提供的一种轻质耐火材料的制备方法，所述聚乙烯醇为中聚合度和/或高聚合度的聚乙烯醇。
根据本发明提供的一种轻质耐火材料的制备方法，所述结合剂溶液的质量浓度为4%～8%。
根据本发明提供的一种轻质耐火材料的制备方法，所述骨料为轻质莫来石，所述粉料包括漂珠、蓝晶石粉、广西泥、硅微粉和氧化铝微粉，所述结合剂为铝酸钙水泥。
根据本发明提供的一种轻质耐火材料的制备方法，所述混合料中各原料的重量百分比含量为：
所述轻质莫来石60%～65%、所述漂珠3%～5%、所述蓝晶石粉12%～15%、所述广西泥7%～10%、所述硅微粉1%～3%、所述氧化铝微粉3%～5%和所述铝酸钙水泥3%～5%。
根据本发明提供的一种轻质耐火材料的制备方法，所述骨料由3mm~12mm、1mm~3mm、0mm~1mm粒度级的轻质莫来石按重量比6：3：4组成，所述轻质莫来石中三氧化二铝所占的重量百分含量为50%～65%，三氧化二铁所占的重量百分含量为1.5%～3%，二氧化硅的重量百分含量为34%~36%。
根据本发明提供的一种轻质耐火材料的制备方法，所述漂珠的粒度为30目~50目，所述漂珠中三氧化二铝所占的重量百分含量为27%~29%，所述漂珠中三氧化二铁所占的重量百分含量为2.8%~3.0%；
所述蓝晶石粉的粒度为40目~100目，所述蓝晶石粉中三氧化二铝所占的重量百分含量为50%~56%，所述蓝晶石粉中三氧化二铁所占的重量百分含量为1.0%~1.5%；
所述广西泥的粒度为200目~320目，所述广西泥中三氧化二铝所占的重量百分含量为30%~31%，所述广西泥中三氧化二铁所占的重量百分含量为1.0%~1.5%；
所述硅微粉中二氧化硅所占的重量百分含量为80%~90%；
所述氧化铝微粉中三氧化二铝所占的重量百分含量为99.0%~99.9%。
根据本发明提供的一种轻质耐火材料的制备方法，所述铝酸钙水泥中三氧化二铝所占的重量百分含量为68.7%~70.5%，所述铝酸钙水泥中氧化钙所占的重量百分含量为28.5%~30.5%。
根据本发明提供的一种轻质耐火材料的制备方法，所述步骤S1中，将聚乙烯醇溶于水，加热70℃～80℃，并搅拌，制备结合剂溶液。
根据本发明提供的一种轻质耐火材料的制备方法，所述步骤S4中，烘干温度为70℃，烘干时间为24小时。
本发明提供的轻质耐火材料的制备方法，包括如下步骤：S1、将聚乙烯醇溶于水，制备结合剂溶液；S2、将骨料、粉料和结合剂搅拌混合，制备混合料；S3、将结合剂溶液加入混合料中，并搅拌，制备浆状浇注料；S4、将浇注料浇注于模具中，振动成型，脱模烘干，制得轻质耐火材料，通过将聚乙烯醇溶于水制备的结合剂溶液，有效提高了混合料与溶液之间的浸润性，使浇注料的和易性增强，保证轻质耐火材料的烘干强度，同时降低了水泥的消耗量，具有耐压强度高、无收缩开裂、隔热性能好等优点，而且可直接作为工作层，应用在与火焰接触的高温部位。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的轻质耐火材料的制备方法的步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
下面结合图1描述本发明的一种轻质耐火材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将聚乙烯醇溶于水，制备结合剂溶液；
S2、将骨料、粉料和结合剂搅拌混合，制备混合料；
S3、将结合剂溶液加入混合料中，并搅拌，制备浆状浇注料；
S4、将浇注料浇注于模具中，振动成型，脱模烘干，制得轻质耐火材料。
根据本发明提供的一种轻质耐火材料的制备方法，聚乙烯醇为中聚合度和/或高聚合度的聚乙烯醇。聚乙烯醇具有易溶于水、粘结强度高、燃烧干净等特性，而且其溶液的表面张力低于水的表面张力，从而增强了溶液与粉料的浸润性，使浇注料的和易性增强，不需要再另外加入减水剂。聚乙烯醇的聚合度越大，水溶液粘度越大，烘干后的强度越高，但其在水中溶解性下降。聚乙烯醇的聚合度分为低聚合度（分子量2.5万～3.5万）、中聚合度（分子量12万～15万）、高聚合度（分子量17万～22万）、超高聚合度（分子量25万～30万），为了保证材料的流动性与施工性，在本发明中选择中聚合度和高聚合度的聚乙烯醇。
根据本发明提供的一种轻质耐火材料的制备方法，结合剂溶液的质量浓度为4%～8%。
根据本发明提供的一种轻质耐火材料的制备方法，骨料为轻质莫来石，粉料包括漂珠、蓝晶石粉、广西泥、硅微粉和氧化铝微粉，结合剂为铝酸钙水泥。
根据本发明提供的一种轻质耐火材料的制备方法，混合料中各原料的重量百分比含量为：
轻质莫来石60%～65%、漂珠3%～5%、蓝晶石粉12%～15%、广西泥7%～10%、硅微粉1%～3%、氧化铝微粉3%～5%和铝酸钙水泥3%～5%。
根据本发明提供的一种轻质耐火材料的制备方法，骨料由3mm~12mm、1mm~3mm、0mm~1mm粒度级的轻质莫来石按重量比6：3：4组成，轻质莫来石中三氧化二铝所占的重量百分含量为50%～65%，三氧化二铁所占的重量百分含量为1.5%～3%，二氧化硅的重量百分含量为34%~36%。
根据本发明提供的一种轻质耐火材料的制备方法，漂珠的粒度为30目~50目，漂珠中三氧化二铝所占的重量百分含量为27%~29%，漂珠中三氧化二铁所占的重量百分含量为2.8%~3.0%；
蓝晶石粉的粒度为40目~100目，蓝晶石粉中三氧化二铝所占的重量百分含量为50%~56%，蓝晶石粉中三氧化二铁所占的重量百分含量为1.0%~1.5%；
广西泥的粒度为200目~320目，广西泥中三氧化二铝所占的重量百分含量为30%~31%，广西泥中三氧化二铁所占的重量百分含量为1.0%~1.5%；
硅微粉中二氧化硅所占的重量百分含量为80%~90%；
氧化铝微粉中三氧化二铝所占的重量百分含量为99.0%~99.9%。
根据本发明提供的一种轻质耐火材料的制备方法，铝酸钙水泥中三氧化二铝所占的重量百分含量为68.7%~70.5%，铝酸钙水泥中氧化钙所占的重量百分含量为28.5%~30.5%。
根据本发明提供的一种轻质耐火材料的制备方法，步骤S1中，将聚乙烯醇溶于水，加热70℃～80℃，并搅拌，制备结合剂溶液。
根据本发明提供的一种轻质耐火材料的制备方法，步骤S4中，烘干温度为70℃，烘干时间为24小时。
实施例1
本实施例提供的轻质耐火材料的制备方法具体包括如下步骤：
将分子量为14.5万的中聚合度的聚乙烯醇加入水中，在室温下进行搅拌；待聚乙烯醇分散均匀后，进行加热，加热温度控制在70℃，不断搅拌，直至聚乙烯醇完全溶解，将溶液冷却至室温，制得质量浓度为6%的结合剂溶液；
按重量百分含量，将轻质莫来石65%、漂珠5%、蓝晶石粉15%、广西泥7%、硅微粉2%、氧化铝微粉3%、铝酸钙水泥3%加入搅拌机内干混，制备混合均匀的混合料；其中，漂珠的粒度为30目，漂珠中三氧化二铝所占的重量百分含量为27%，漂珠中三氧化二铁所占的重量百分含量为2.8%；蓝晶石粉的粒度为40目，蓝晶石粉中三氧化二铝所占的重量百分含量为50%，蓝晶石粉中三氧化二铁所占的重量百分含量为1.0%；广西泥的粒度为200目，广西泥中三氧化二铝所占的重量百分含量为30%，广西泥中三氧化二铁所占的重量百分含量为1.0%；硅微粉中二氧化硅所占的重量百分含量为80%；氧化铝微粉中三氧化二铝所占的重量百分含量为99.0%；铝酸钙水泥中三氧化二铝所占的重量百分含量为68.7%，铝酸钙水泥中氧化钙所占的重量百分含量为28.5%；
将质量浓度为6%的结合剂溶液加入不断搅拌的搅拌机内，其中，结合剂溶液的加入量为混合料总重的28%，与混合料充分混合，形成可施工的浆状浇注料；
将浇注料浇注于模具中，振动成型，脱模后在70℃下烘干24小时。
实施例2
本实施例提供的轻质耐火材料的制备方法具体包括如下步骤：
将分子量为20.5万的高聚合度的聚乙烯醇加入水中，在室温下进行搅拌；待聚乙烯醇分散均匀后，进行加热，加热温度控制在80℃，不断搅拌，直至聚乙烯醇完全溶解，将溶液冷却至室温，制得质量浓度为4%的结合剂溶液；
按重量百分含量，将轻质莫来石62%、漂珠3%、蓝晶石粉12%、广西泥10%、硅微粉3%、氧化铝微粉5%、铝酸钙水泥5%加入搅拌机内干混，制备混合均匀的混合料；其中，漂珠的粒度为40目，漂珠中三氧化二铝所占的重量百分含量为28%，漂珠中三氧化二铁所占的重量百分含量为2.9%；蓝晶石粉的粒度为70目，蓝晶石粉中三氧化二铝所占的重量百分含量为53%，蓝晶石粉中三氧化二铁所占的重量百分含量为1.3%；广西泥的粒度为260目，广西泥中三氧化二铝所占的重量百分含量为30.5%，广西泥中三氧化二铁所占的重量百分含量为1.3%；硅微粉中二氧化硅所占的重量百分含量为85%；氧化铝微粉中三氧化二铝所占的重量百分含量为99.5%；铝酸钙水泥中三氧化二铝所占的重量百分含量为69.6%，铝酸钙水泥中氧化钙所占的重量百分含量为29.5%；
将质量浓度为4%的结合剂溶液加入不断搅拌的的搅拌机内，其中，结合剂溶液的加入量为混合料总重的23%，与混合料充分混合，形成可施工的浆状浇注料；
将浇注料浇注于模具中，振动成型，脱模后在70℃下烘干24小时。
实施例3
本实施例提供的轻质耐火材料的制备方法具体包括如下步骤：
将分子量为14.5万的中聚合度的聚乙烯醇和分子质量为20.5万的高聚合度的聚乙烯醇按质量比3:2加入水中，在室温下进行搅拌；待聚乙烯醇分散均匀后，进行加热，加热温度控制在80℃，不断搅拌，直至聚乙烯醇完全溶解，将溶液冷却至室温，制得质量浓度为5%的结合剂溶液；
按重量百分含量，将轻质莫来石64%、漂珠4%、蓝晶石粉14%、广西泥9%、硅微粉1%、氧化铝微粉4%、铝酸钙水泥4%加入搅拌机内干混，制备混合均匀的混合料；其中，漂珠的粒度为50目，漂珠中三氧化二铝所占的重量百分含量为29%，漂珠中三氧化二铁所占的重量百分含量为3.0%；蓝晶石粉的粒度为100目，蓝晶石粉中三氧化二铝所占的重量百分含量为56%，蓝晶石粉中三氧化二铁所占的重量百分含量为1.5%；广西泥的粒度为320目，广西泥中三氧化二铝所占的重量百分含量为31%，广西泥中三氧化二铁所占的重量百分含量为1.5%；硅微粉中二氧化硅所占的重量百分含量为90%；氧化铝微粉中三氧化二铝所占的重量百分含量为99.9%；铝酸钙水泥中三氧化二铝所占的重量百分含量为70.5%，铝酸钙水泥中氧化钙所占的重量百分含量为30.5%；
将质量浓度为5%的结合剂溶液加入不断搅拌的的搅拌机内，其中，结合剂溶液的加入量为混合料总重的25%，与混合料充分混合，形成可施工的浆状浇注料；
将浇注料浇注于模具中，振动成型，脱模后在70℃下烘干24小时。
实施例1至3所制备的轻质耐火材料的性能测试如下：
通过以上性能检测可知，上述实施例中制备的轻质耐火材料体积密度低，烘干和烧（1300℃）后耐压强高。根据永久线变化率的测试结果可得材料经过高温煅烧后收缩率很小，无严重收缩开裂现象。轻质耐火材料的导热系数小，具有良好的隔热效果。轻质耐火浇注料可应用于各种火焰炉的工作衬，作为高温设备的保温隔热层。
通过使用铝酸盐水泥与聚乙烯醇复合结合剂的方式，解决了传统轻质耐火浇注料的铝酸盐水泥和水的加入量过大、材料强度低等问题，在保证材料烘干强度的基础上大大降低了水泥的消耗量，解决了加水量过高而使材料强度变差的问题。特别是提高了轻质耐火材料的烘干后强度。经过高温烧后，聚乙烯醇会被燃烧尽，增加了孔隙率，形成更多孔隙，增强隔热效果，此时材料经过烧结已有一定的强度，增加的孔隙率会使材料达到更好的保温隔热效果。当此材料用于窑炉的工作内衬时，可达到节能环保的目的。此材料体积密度小，浇注后可使壁体结构的重量减轻40～60%。采用多孔轻质骨料、特定的级配使材料达到较好的施工性。现今更高的使用温度对轻质耐火浇注料的性能提出了更高的要求，本方法制备的材料强度高、结构稳定、容量轻，可以直接作为高温窑炉的工作层。
本发明提供的轻质耐火材料的制备方法，包括如下步骤：S1、将聚乙烯醇溶于水，制备结合剂溶液；S2、将骨料、粉料和结合剂搅拌混合，制备混合料；S3、将结合剂溶液加入混合料中，并搅拌，制备浆状浇注料；S4、将浇注料浇注于模具中，振动成型，脱模烘干，制得轻质耐火材料，通过将聚乙烯醇溶于水制备的结合剂溶液，有效提高了混合料与溶液之间的浸润性，使浇注料的和易性增强，保证轻质耐火材料的烘干强度，同时降低了水泥的消耗量，耐压强度高、无收缩开裂、隔热性能好等优点，而且可直接作为工作层，应用在与火焰接触的高温部位。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种轻质耐火材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将聚乙烯醇溶于水，搅拌；待聚乙烯醇分散均匀后，进行加热，不断搅拌，直至聚乙烯醇完全溶解，制备结合剂溶液，所述聚乙烯醇为中聚合度和/或高聚合度的聚乙烯醇，所述结合剂溶液的质量浓度为4%～8%；
S2、将骨料、粉料和结合剂搅拌混合，制备混合料；其中，所述骨料为轻质莫来石，所述骨料由3mm~12mm、1mm~3mm、0mm~1mm粒度级的轻质莫来石按重量比6：3：4组成，所述轻质莫来石中三氧化二铝所占的重量百分含量为50%～65%，三氧化二铁所占的重量百分含量为1.5%～3%，二氧化硅的重量百分含量为34%~36%；
所述粉料包括漂珠、蓝晶石粉、广西泥、硅微粉和氧化铝微粉，所述漂珠的粒度为30目~50目，所述漂珠中三氧化二铝所占的重量百分含量为27%~29%，所述漂珠中三氧化二铁所占的重量百分含量为2.8%~3.0%；所述蓝晶石粉的粒度为40目~100目，所述蓝晶石粉中三氧化二铝所占的重量百分含量为50%~56%，所述蓝晶石粉中三氧化二铁所占的重量百分含量为1.0%~1.5%；所述广西泥的粒度为200目~320目，所述广西泥中三氧化二铝所占的重量百分含量为30%~31%，所述广西泥中三氧化二铁所占的重量百分含量为1.0%~1.5%；所述硅微粉中二氧化硅所占的重量百分含量为80%~90%；所述氧化铝微粉中三氧化二铝所占的重量百分含量为99.0%~99.9%；
所述结合剂为铝酸钙水泥，所述铝酸钙水泥中三氧化二铝所占的重量百分含量为68.7%~70.5%，所述铝酸钙水泥中氧化钙所占的重量百分含量为28.5%~30.5%；
S3、将结合剂溶液加入混合料中，并搅拌，制备浆状浇注料；
S4、将浇注料浇注于模具中，振动成型，脱模烘干，制得轻质耐火材料。
2.根据权利要求1所述的轻质耐火材料的制备方法，其特征在于，所述混合料中各原料的重量百分比含量为：
所述轻质莫来石60%～65%、所述漂珠3%～5%、所述蓝晶石粉12%～15%、所述广西泥7%～10%、所述硅微粉1%～3%、所述氧化铝微粉3%～5%和所述铝酸钙水泥3%～5%。
3.根据权利要求1至2任一项所述的轻质耐火材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，将聚乙烯醇溶于水，加热70℃～80℃，并搅拌，制备结合剂溶液。
4.根据权利要求1至2任一项所述的轻质耐火材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，烘干温度为70℃，烘干时间为24小时。
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