CN114195531A - 一种浇筑时间可控的钙长石轻质耐火材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种浇筑时间可控的钙长石轻质耐火材料及其制备方法，本发明采用直接将缓凝剂加入料浆中的方式，控制钙长石砖浇注料浆的初凝时间，通过对不同类别原料的添加至浇注完成的时间间隔进行控制，使浇注完成后的坯体有较好的耐压强度，并在后续的静置凝固、干燥和焙烧过程中不易开裂。本发明中的方法初凝时间可控，浇注效果好，成型合格率高，实验结果表明，本发明中的方法制备得到的钙长石轻质耐火材料气泡均匀性好，产品合格率由67％提高至89％。
Description
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，尤其涉及一种浇筑时间可控的钙长石轻质耐火材料及其制备方法。
背景技术
钙长石耐火材料(尤其是耐火砖)具有高气孔率、低体积密度、良好的绝热性能，被普遍应用于各种工业窑炉内部耐火砖与筒体之间空间的保温隔热填充材料。用以减少窑炉的热量散失从而获得高的能量利用效率。钙长石熔点为1550℃，具有密度小、热膨胀系数小、热导率低、在还原性气氛中可稳定存在等特点，可部分替代工作温度在1000～1300℃的粘土质、硅质及高铝质耐火材料，并实现节能减排。
传统钙长石耐火材料(尤其是耐火砖)制备工艺，容易受环境温度、搅拌时间等因素的影响，使钙长石耐火材料(尤其是耐火砖)在成型过程中浇注料浆凝固时间不可控，浇注成型过程中提前凝固影响浇注(即往往还没完成浇注，浇注料在浇注料斗里已经发生凝固)，进而影响产品保温隔热效果以及生产效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种浇筑时间可控的钙长石轻质耐火材料及其制备方法，本发明中的钙长石轻质耐火材料初凝时间可控，浇注效果好，成型合格率高。
本发明提供一种浇筑时间可控的钙长石轻质耐火材料的制备方法，包括以下步骤：
A)将48～55wt％的煤矸石和4～8wt％的叶腊石和3～6％的蓝晶石球磨后，在球磨浆料中加入0.01～0.04wt％的缓凝剂，搅拌3～6min，得到球磨浆料；
所述缓凝剂包括多聚磷酸钠；
B)在所述球磨浆料、12～16wt％的耐火粘土和15～20wt％的碳酸钙搅拌5～8min，得到主料混合料；
C)在主料混合料中加入5～10wt％的高铝水泥，搅拌7～10min，然后加入1～5wt％的发泡剂，搅拌30～45s，得到浇注料；
D)将所述浇注料浇注成型，脱模后依次进行干燥和焙烧，得到钙长石轻质耐火材料。
优选的，所述耐火黏土为漳州泥、鲁山泥和苏州泥中的一种或几种。
优选的，所述高铝水泥中Al2O3的含量＞67wt％。
优选的，所述发泡剂为水泥发泡剂。
优选的，所述浇注的温度为25～29℃；所述浇注的时间为15～20min。
优选的，所述干燥的温度为75～120℃，所述干燥的时间为100～150小时。
优选的，所述干燥共设置64～80小时烘干时间，低温段设置5～7个升温段，每5～8小时上升15℃；高温段设置3～6个升温段，每9～12小时上升15℃，直至温度达到120℃，由120℃降至室温需要12～15小时，烘干完毕
所述低温段为0～75℃，所述高温段为75～120℃。
优选的，所述焙烧的温度为1240～1260℃；所述焙烧的时间为2～6小时。
优选的，所述焙烧温度通过从室温升温实现，所述升温的时间为45～50小时。
本发明提供一种浇筑时间可控的钙长石轻质耐火材料，按照上文所述的制备方法制得。
本发明提供一种浇筑时间可控的钙长石轻质耐火材料的制备方法，包括以下步骤：A)将48～55wt％的煤矸石和4～8wt％的叶腊石、3～6％的蓝晶石球磨后，在球磨浆料中加入0.01～0.04wt％的缓凝剂，搅拌3～6min，得到球磨浆料；所述缓凝剂包括多聚磷酸钠；B)在所述球磨浆料、12～16wt％的耐火粘土和15～20wt％的碳酸钙搅拌5～8min，得到主料混合料；C)在主料混合料中加入5～10wt％的高铝水泥，搅拌7～10min，然后加入1～5wt％的发泡剂，搅拌30～45s，得到浇注料；D)将所述浇注料浇注成型，脱模后依次进行干燥和焙烧，得到钙长石轻质耐火材料。本发明采用直接将缓凝剂加入料浆中的方式，控制钙长石砖浇注料浆的初凝时间，通过对不同类别原料的添加至浇注完成的时间间隔进行控制，使浇注完成后的坯体有较好的耐压强度，并在后续的静置凝固、干燥和焙烧过程中不易开裂。本发明中的方法初凝时间可控，浇注效果好，成型合格率高，实验结果表明，本发明中的方法制备得到的钙长石轻质耐火材料气泡均匀性好，产品合格率由67％提高至89％。
具体实施方式
本发明提供了一种浇筑时间可控的钙长石轻质耐火材料的制备方法，包括以下步骤：
A)将48～55wt％的煤矸石、4～8wt％的叶腊石和3～6％的蓝晶石球磨后，在球磨浆料中加入0.01～0.04wt％的缓凝剂，搅拌3～6min，得到球磨浆料；
所述缓凝剂包括多聚磷酸钠；
B)在所述球磨浆料、12～16wt％的耐火粘土和15～20wt％的碳酸钙搅拌5～8min，得到主料混合料；
C)在主料混合料中加入3～6wt％的高铝水泥，搅拌7～10min，然后加入1～5wt％的发泡剂，搅拌30～45s，得到浇注料；
D)将所述浇注料浇注成型，脱模后依次进行干燥和焙烧，得到钙长石轻质耐火材料。
在本发明中，所述煤矸石在焙烧的过程中能够增加铝的含量，进一步提高钙长石砖的耐火温度。所述煤矸石的质量分数优选为48～55wt％，更优选为49～54wt％，最优选为52～54wt％，具体的，在本发明的实施例中，可以是54wt％。
在本发明中，所述叶腊石的作用为提供硅源增加砖坯的强度；所述叶腊石的质量分数优选为4～8wt％，更优选为5～7wt％，最优选为6wt％，具体的，在本发明的实施例中，可以是6wt％。
在本发明中，所述蓝晶石的质量分数优选为3～6％，更优选为4～5％，具体的，在本发明的实施例中，可以是4％。
在本发明中，所述球磨的时间优选6～7小时，所述球磨浆料中物料的粒径优选为1000～2000目。
在本发明中，所述缓凝剂为外加料，本发明将原料分为“主料”和“外加料”，所述主料包括煤矸石、叶腊石、蓝晶石、耐火粘土、碳酸钙和高铝水泥；所述外加料主要为助剂，如缓凝剂和发泡剂。本发明中所述的外加料的质量分数均是以主料质量为100％的基准而言，如，本发明中的缓凝剂质量分数为0.01～0.04wt％，指的是所述缓凝剂的加入量为主料总质量的0.01～0.04％；所述外加缓凝剂优选包括多聚磷酸钠，所述外加缓凝剂的质量分数优选为0.01～0.01wt％，更优选为0.02～0.03wt％，具体的，在本发明的实施例中，可以是0.03wt％。本发明直接将缓凝剂加入球磨料浆中，控制钙长石砖浇注料浆的初凝时间。
本发明通过对不同类别原料的加入时机以及在浇注料中的存在时间进行控制，使浇注完成后的坯体有较好的耐压强度，并在后续的静置凝固、干燥和焙烧过程中不易开裂。在本发明中，在所述球磨浆料中加入耐火粘土和碳酸钙之后，首先进行一次搅拌，然后再向一次搅拌后的物料中，加入高铝水泥，进行二次搅拌，最后加入水泥发泡剂，进行三次搅拌，得到浇注料。
在本发明中，所述耐火粘土的质量分数优选为12～16wt％，更优选为13～15wt％，最优选为14wt％，具体的，在本发明的实施例中，可以是15wt％。
在本发明中，所述碳酸钙可使用高纯度氧化钙替换，所述碳酸钙的质量分数优选为15～20wt％，更优选为16～19wt％，最优选为17～18wt％，具体的，在本发明的实施例中，可以是18wt％。
在本发明中，所述一次搅拌的搅拌时间优选为5～8min，更优选为6～7min，具体的，在本发明的实施例中，可以是7min；所述一次搅拌时，优选控制料浆的温度在40℃以下。
在本发明中，所述高铝水泥中Al2O3含量优选＞67wt％，所述高铝水泥的质量分数优选为3～6wt％，更优选为4～5wt％,具体的，在本发明的实施例中，可以是5wt％。
加入所述高铝水泥后的第二次搅拌时间优选为7～10min，更优选为8～9min。
所述发泡剂优选为水泥发泡剂，主要成分为偶氮二甲酸二异丙酯；所述发泡剂(外加)的质量分数优选为1～5wt％，更优选为2～4wt％，最优选为3wt％。同样，本发明中的发泡剂相对于主料的质量分数为1～5％。
加入所述发泡剂后的第三次搅拌的时间优选为30～45s，更优选为35～40s。
在得到浇注料之后，本发明将所得浇注料在模具中浇注成型，得到坯体。
在本发明中，所述浇注的时间优选为15～20min，更优选为16～19min，最优选为17～18min，具体的，在本发明的实施例中，可以是17min；所述浇注的温度优选为25～29℃，更优选为26～28℃，具体的，在本发明的实施例中，可以是25℃。
得到坯体之后，本发明对得到的坯体进行静置养护，直至浆料完全凝固达到脱模要求，凝固时间控制在2h～4h之间为宜，料浆凝固状态达到用手触摸后料浆不粘手，说明完全凝固。优选的，本发明在浇注之前在浇注模具内里刷脱模剂，有助于在脱模过程中不损坏湿坯。
脱模之后，对坯体进行干燥，得到干燥的坯体。
在本发明中，所述干燥的温度优选设置为梯形上升的温度，具体为：
共设置64～80小时烘干时间，低温段(0～75℃)设置5～7个升温段，每5～8小时上升15℃；高温段(75～120℃)设置3～6个升温段，每9～12小时上升15℃，直至温度达到120℃，由120℃降至室温需要12～15小时，烘干完毕；沿烘干通道进口至出口的方向，烘腔内的温度先由低至高后再由高至低，使得产品在烘干通道内呈梯度逐渐加热，避免产品出现外部烤焦内部未烤干的问题，同时也能避免直接在室温中冷却导致的产品形变的问题。
本发明对干燥后的坯体进行焙烧，得到钙长石轻质耐火材料。
在本发明中，所述焙烧的升温时间优选为45～50小时，更优选为46～49小时，具体的，在本发明的实施例中，可以是48小时；所述焙烧的温度优选为1240～1260℃，更优选为1260℃。达到所述被烧温度后，优选保温2～6小时，更优选为3～5小时，最优选为4小时。
本发明还提供了一种浇筑时间可控的钙长石轻质耐火材料，按照上文所述的制备方法制得。本发明中的钙长石轻质耐火材料容重控制在450-530kg/m3低容重、导热系数为0.10～0.18W/(m·K)低导热，导热系数低散热慢保温隔热效果好。
本发明提供一种浇筑时间可控的钙长石轻质耐火材料的制备方法，包括以下步骤：A)将48～55wt％的煤矸石和4～8wt％的叶腊石球磨后，在球磨浆料中加入0.01～0.04wt％的缓凝剂(外加)，搅拌3～6min，得到球磨浆料；所述缓凝剂包括多聚磷酸钠；B)在所述球磨浆料、12～16wt％的耐火粘土和15～20wt％的碳酸钙搅拌5～8min，得到主料混合料；C)在主料混合料中加入3～6wt％的高铝水泥，搅拌7～10min，然后加入1～5wt％的发泡剂(外加)，搅拌30～45s，得到浇注料；D)将所述浇注料浇注成型，脱模后依次进行干燥和焙烧，得到钙长石轻质耐火材料。本发明采用直接将缓凝剂加入料浆中的方式，控制钙长石砖浇注料浆的初凝时间，通过对不同类别原料的添加至浇注完成的时间间隔进行控制，使浇注完成后的坯体有较好的耐压强度，并在后续的静置凝固、干燥和焙烧过程中不易开裂。本发明中的方法初凝时间可控，浇注效果好，成型合格率高，实验结果表明，本发明中的方法制备得到的钙长石轻质耐火材料气泡均匀性好，产品合格率由67％提高至89％。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种浇筑时间可控的钙长石轻质耐火材料及其制备方法进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1：
第一步：在搅拌机中加入球磨料浆与缓凝剂，搅拌5分钟；
其中，球磨浆料包括了煤矸石、叶腊石和蓝晶石，其中煤矸石的用量为52％，叶腊石的用量为5％，蓝晶石用量为5％；外加缓凝剂为多聚磷酸钠，其用量为0.03％；
第二步：加入耐火粘土、碳酸钙搅拌6分钟；
耐火粘土为漳州泥、鲁山泥和苏州泥等，其用量为14％；碳酸钙用量为18％；
第三步：加入6％高铝水泥，搅拌8分钟；
第四步：外加入3％发泡剂，搅拌38秒；
第五步：浇注成型需要18分钟，浇注完成后凝固时间为2h，湿坯浇注效果好，无大气泡产生。
第六步：将浇注完成的物料进行静置凝固，凝固时间控制在2h，料浆凝固状态达到用手触摸后料浆不粘手，说明完全凝固。
第七步：待浆料完全凝固达到脱模时间后，进行脱模上架。
第八步：脱模上架得到的坯体，进入烘干室进行烘干，共设置64小时烘干时间，低温段(0～75℃)设置5个升温段，每5小时上升15℃；高温段(75～120℃)设置3个升温段，每9小时上升15℃，直至温度达到120℃，由120℃降至室温需要12小时，烘干完毕。
九步：烘干完成后，进行烧成，烧成升温时间设置在48h，烧成温度为1260℃，保温时间为5h。
第十步：对烧成后的坯体进行切割，切割方式采用现有的莫来石砖切割方式，机械切割打磨、连续磨砖机。
以上方法制得的砖坯容重为498kg/m3，耐压强度为1.89Mpa，重烧线变化为-0.212％，导热系数平均350℃为0.14W/(m·K)
实施例2：
第一步：在搅拌机中加入球磨料浆与缓凝剂，搅拌5分钟；
其中，球磨浆料包括了煤矸石、叶腊石和蓝晶石，其中煤矸石的用量为55％，叶腊石的用量为5％，蓝晶石用量为4％；外加缓凝剂为多聚磷酸钠，其用量为0.03％；
第二步：加入耐火粘土、碳酸钙搅拌6分钟；
耐火粘土为漳州泥、鲁山泥和苏州泥等，其用量为14％；碳酸钙用量为16％；
第三步：加入6％高铝水泥，搅拌8分钟；
第四步：外加入4％发泡剂，搅拌34秒；
第五步：浇注成型需要15分钟，浇注完成后凝固时间为2h，湿坯浇注效果好，无大气泡产生。
第六步：将浇注完成的物料进行静置凝固，凝固时间控制在2h，料浆凝固状态达到用手触摸后料浆不粘手，说明完全凝固。
第七步：待浆料完全凝固达到脱模时间后，进行脱模上架。
第八步：脱模上架得到的坯体，进入烘干室进行烘干，共设置80小时烘干时间，低温段(0～75℃)设置5个升温段，每8小时上升15℃；高温段(75～120℃)设置3个升温段，每9小时上升15℃，直至温度达到120℃，由120℃降至室温需要13小时，烘干完毕；
第九步：烘干完成后，进行烧成，烧成升温时间设置在50h，烧成温度为1240℃，保温时间为5h。
第十步：对烧成后的坯体进行切割，切割方式采用现有的莫来石砖切割方式，机械切割打磨、连续磨砖机。
以上方法制得的砖坯容重为468kg/m3，耐压强度为2.0Mpa，重烧线变化为-0.18％，导热系数平均350℃为0.15W/(m·K)
实施例3：
第一步：在搅拌机中加入球磨料浆与缓凝剂，搅拌5分钟；
其中，球磨浆料包括了煤矸石、叶腊石和蓝晶石，其中煤矸石的用量为52％，叶腊石的用量为8％，蓝晶石用量为4％；外加缓凝剂为多聚磷酸钠，其用量为0.03％；
第二步：加入耐火粘土、碳酸钙搅拌6分钟；
耐火粘土为漳州泥、鲁山泥和苏州泥等，其用量为14％；碳酸钙用量为16％；
第三步：加入6％高铝水泥，搅拌7分钟；
第四步：加入5％发泡剂，搅拌36秒；
第五步：浇注成型需要13分钟，浇注完成后凝固时间为2h，湿坯浇注效果好，无大气泡产生。
第六步：将浇注完成的物料进行静置凝固，凝固时间控制在2h，料浆凝固状态达到用手触摸后料浆不粘手，说明完全凝固。
第七步：待浆料完全凝固达到脱模时间后，进行脱模上架。
第八步：脱模上架得到的坯体，进入烘干室进行烘干，共设置64小时烘干时间，低温段(0～75℃)设置5个升温段，每5小时上升15℃；高温段(75～120℃)设置3个升温段，每9小时上升15℃，直至温度达到120℃，由120℃降至室温需要12小时，烘干完毕。
第九步：烘干完成后，进行烧成，烧成升温时间设置在46h，烧成温度为1260℃，保温时间为5h。
第十步：对烧成后的坯体进行切割，切割方式采用现有的莫来石砖切割方式，机械切割打磨、连续磨砖机。
以上方法制得的砖坯容重为482kg/m3，耐压强度为2.2Mpa，重烧线变化为-0.19％，导热系数平均350℃为0.14W/(m·K)
对比例1：
按照实施例1的步骤制备钙长石轻质耐火材料，不同的是，本对比例1未添加缓凝剂。
以上方法制得的砖坯因无缓凝剂在浇注的过程中凝固时间较快，故而浇注时间缓慢，容重为532kg/m3，耐压强度为1.6Mpa，重烧线变化为-0.2％，导热系数平均350℃为0.19W/(m·K)。
对比例2：
按照实施例1的步骤制备钙长石轻质耐火材料，不同的是，本对比例2在第二步中加入高铝水泥。
以上方法制得的砖坯提前加入高铝水泥，因其初凝时间快，在浇注的过程中料浆就出现初凝现象，故而浇注时间缓慢。容重为580kg/m3，耐压强度为1.5Mpa，重烧线变化为-0.23％，导热系数平均350℃为0.23W/(m·K)。
对比例3：
第一步：在搅拌机中加入球磨料浆与缓凝剂，搅拌9分钟；
第二步：加入耐火粘土、碳酸钙、高铝水泥搅拌10分钟；
第三步：加入发泡剂，搅拌27秒；
第四步：浇注成型需要25分钟，浇注完成后凝固时间为30min，湿坯浇注流动性差。
以上方法制得的砖坯搅拌时间过长，导致泥浆温度过高至其初凝时间快，在浇注的过程中料浆就出现初凝现象，故而浇注时间缓慢。容重为600kg/m3，耐压强度为1.6Mpa，重烧线变化为-0.27％，导热系数平均350℃为0.22W/(m·K)。
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)
1.一种浇筑时间可控的钙长石轻质耐火材料的制备方法，包括以下步骤：
A)将48～55wt％的煤矸石、4～8wt％的叶腊石和3～6％的蓝晶石球磨后，在球磨浆料中加入0.01～0.04wt％的缓凝剂，搅拌3～6min，得到球磨浆料；
所述缓凝剂包括多聚磷酸钠；
B)在所述球磨浆料、12～16wt％的耐火粘土和15～20wt％的碳酸钙搅拌5～8min，得到主料混合料；
C)在主料混合料中加入5～10wt％的高铝水泥，搅拌7～10min，然后加入1～5wt％的发泡剂，搅拌30～45s，得到浇注料；
D)将所述浇注料浇注成型，脱模后依次进行干燥和焙烧，得到钙长石轻质耐火材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述耐火黏土为漳州泥、鲁山泥和苏州泥中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高铝水泥中Al2O3的含量＞67wt％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述发泡剂为水泥发泡剂。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浇注的温度为25～29℃；所述浇注的时间为15～20min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为75～120℃，所述干燥的时间为100～150小时。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述干燥共设置64～80小时烘干时间，低温段设置5～7个升温段，每5～8小时上升15℃；高温段设置3～6个升温段，每9～12小时上升15℃，直至温度达到120℃，由120℃降至室温需要12～15小时，烘干完毕
所述低温段为0～75℃，所述高温段为75～120℃。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述焙烧的温度为1240～1260℃；所述焙烧的时间为2～6小时。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述焙烧温度通过从室温升温实现，所述升温的时间为45～50小时。
10.一种浇筑时间可控的钙长石轻质耐火材料，按照权利要求1～9任意一项所述的制备方法制得。
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