CN115108848A - 一种铁铝尖晶石砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于耐火砖技术领域，尤其涉及一种铁铝尖晶石砖及其制备方法。本发明的原料组成包括结合剂、烧结铁铝尖晶石颗粒、电熔铁铝尖晶石粉料、有机纤维，以及有机微珠，不包括烧结镁砂和电熔镁砂，其中的颗粒和粉料都是完全人工合成的，因此不依赖于菱镁矿资源。此外，本发明还提供一种制备方法，其步骤依次包括混料、压砖、去水、熔融成孔，以及烧结保温，最终顺利制得该铁铝尖晶石砖产品。本发明具有以下优点：第一，该铁铝尖晶石砖不使用镁砂，不依赖于菱镁矿资源，其主体原料都是完全人工合成的，整体方式更加科学、合理；第二，虽然该铁铝尖晶石砖的耐压强度低于现有常见的含镁耐火砖，但是其抗热震性能与之持平，其抗折性能甚至更优。

Description

一种铁铝尖晶石砖及其制备方法
技术领域
本发明属于耐火砖技术领域，尤其涉及一种铁铝尖晶石砖及其制备方法。
背景技术
常见的耐火砖种类，主要有镁铁尖晶石砖，以及镁铁铝尖晶石砖，这两者都会用到镁砂，包括烧结镁砂以及电熔镁砂。
其中，镁砂的主要优点也仅仅是菱镁矿资源目前来看相对丰富，而铁铝尖晶石的优点是其以轧钢皮和氧化铝为原料，通过烧结法或电熔法完全人工合成。所以，单独使用铁铝尖晶石来制备耐火砖，是一个更加科学、更加可持续发展的方向。
专利公开号为CN111995376A、公开日为2020.11.27的中国发明专利，公开了一种用于水泥回转窑的镁铁铝尖晶石砖，由如下重量份的原料加工制备而成：铁铝尖晶石8-12份、烧结镁砂72-90份、结合剂3-5份与聚丙烯纤维0.05-0.3份。
正如上所述，其原料包括大量烧结镁砂，因此不符合可持续发展的方向。
所以综上所述，现在急需一种不使用镁砂的铁铝尖晶石砖。
发明内容
本发明提供一种铁铝尖晶石砖，其原料组成包括结合剂、烧结铁铝尖晶石颗粒、电熔铁铝尖晶石粉料、有机纤维，以及有机微珠，不包括烧结镁砂和电熔镁砂，其中的颗粒和粉料都是完全人工合成的，因此不依赖于菱镁矿资源。
此外，本发明还提供一种该铁铝尖晶石砖的制备方法，其步骤依次包括混料、压砖、去水、熔融成孔，以及烧结保温，最终顺利制得该铁铝尖晶石砖产品。
本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种铁铝尖晶石砖，原料组成包括结合剂，还包括烧结铁铝尖晶石颗粒、电熔铁铝尖晶石粉料，以及有机纤维、有机微珠，所述烧结铁铝尖晶石颗粒的粒径为1.2-2.5mm，所述电熔铁铝尖晶石粉料的粒径为0.04-0.06mm，所述有机纤维的长径比为200-650、长度为0.05-0.10mm，所述有机微珠的粒径为0.5-0.6mm。
在本发明中，所述烧结铁铝尖晶石和电熔铁铝尖晶石相比，前者的优点是：抗热震性及荷重软化温度较好，更易挂窑皮，以及价格便宜，而后者的优点则是：耐压强度高、显气孔率小。
所以，前者用作颗粒料，后者用作粉料，前者添加量占大头，最终保证该铁铝尖晶石砖具有够用的抗热震性和耐压强度即可。
此外，该铁铝尖晶石砖相较于现有的镁铁尖晶石砖，或者是镁铁铝尖晶石砖，具有整体性能不会显著低下，部分性能可以明显优越的特点，例如其抗折强度，就是明显优于含镁耐火砖的。
最后，本发明中的有机纤维和有机微珠，分别用于形成微孔道和微孔，前者相对连续、贯通，后者相对独立，两者结合，最终使得该铁铝尖晶石砖不仅可以提高抗热震性能，而且还可以兼顾较低的导热率，这是防爆纤维单独使用的现有方式所实现不了的。
进一步优选的技术方案在于：所述有机纤维为聚丙烯纤维、玻璃纤维，以及聚碳酸酯纤维中的任意一种或多种混合物。
进一步优选的技术方案在于：所述有机微珠为聚苯乙烯微珠，以及玻璃微珠中的任意一种或两种混合物。
在本发明中，所述有机纤维熔融之后形成的微孔道，其可以让水蒸气通过，进而释放耐火砖的内部压力，使之具有防爆性能，而所述有机微珠熔融之后形成的微孔，其还可以与微孔道再连通，形成水蒸气暂时容纳的空间，因此也可以进一步强化上述防爆性能。
此外，微孔相较于微孔道而言，其分布均匀性更大，因此可以形成更多的气-砖界面，阻碍热量的传递，进一步降低该铁铝尖晶石砖的导热率。
进一步优选的技术方案在于：所述有机纤维和有机微珠的添加总重量，占原料总重量的0.2-0.3%。
进一步优选的技术方案在于：所述烧结铁铝尖晶石颗粒与电熔铁铝尖晶石粉料的添加重量之比为1：（0.25-0.35）。
在本发明中，所述烧结铁铝尖晶石颗粒的添加量，远大于所述电熔铁铝尖晶石粉料，保证前者的抗热震性能可以进一步充分发挥，也是降低该铁铝尖晶石砖成本的方法之一。
一种铁铝尖晶石砖的制备方法，依次包括以下步骤：
S1、在混合机中，加入所述结合剂、烧结铁铝尖晶石颗粒、电熔铁铝尖晶石粉料、有机纤维，以及有机微珠，搅拌后得到混合料；
S2、在压砖机中，加入所述混合料，压制得到砖坯体；
S3、在干燥窑中，对所述砖坯体进行去水烘干操作，得到前期砖；
S4、在烧制窑中，对所述前期砖进行熔融成孔操作，得到后期砖；
S5、在烧制窑中，对所述后期砖进行高温烧结操作，得到最后的铁铝尖晶石砖产品。
进一步优选的技术方案在于：S1中，所述混合机进行湿混操作，混合时间为5-10min；S2中，所述砖坯体的成型压力为200-300MPa。
进一步优选的技术方案在于：S3中，所述去水烘干操作的温度为85-120℃，烘干持续时间为5-12min。
在本发明中，烘干操作的温度是低于所述有机纤维和有机微珠的熔点的，因此仅用于去除砖坯体中多余的水分。
进一步优选的技术方案在于：S4中，所述熔融成孔操作的温度为325-355℃，加热熔融持续时间为25-30min，以用于让所述有机纤维和有机微珠熔融，形成微孔道和微孔。
在本发明中，如果所述前期砖直接进行高温烧结操作操作，则烧结温度是高于所述有机纤维和有机微珠的沸点的，因此对于微孔道和微孔的形状、位置、尺寸以及数量，就很难控制了，这是不利于该铁铝尖晶石砖最终的抗热震性能和低导热率的。
所以，本发明在烧制窑中，采用了“两段式”的加热方法，即前期325-355℃，以用于充分且适宜地熔融所述有机纤维和有机微珠，之后再充分烧结制砖。
进一步优选的技术方案在于：S5中，所述高温烧结操作的温度为1500-1550℃，高温烧结完成后再依次进行保温和冷却操作，保温温度为150-650℃，保温时间为1-5h。
在本发明中，冷却环境为室温，温度为10-40℃。
本发明具有以下优点。
第一，该铁铝尖晶石砖不使用镁砂，不依赖于菱镁矿资源，其主体原料都是完全人工合成的，整体方式更加科学、合理。
第二，虽然该铁铝尖晶石砖的耐压强度低于现有常见的含镁耐火砖，但是其抗热震性能与之持平，其抗折性能甚至更优。
第三，有机纤维和有机微珠的整体添加方式，使得该铁铝尖晶石砖的抗热震性能得到最大程度的提升，而且大大降低了导热率。
第四，该铁铝尖晶石砖的制备方法中，采用了先较低温烧结、再充分烧结的“两段式”烧结方法，保证有机纤维和有机微珠各自对应的微孔道、微孔的形状、位置、尺寸以及数量等参数更加可控，保证抗热震性能提升、导热率降低这两项指标可以得到最优的体现。
第五，烧结铁铝尖晶石和电熔铁铝尖晶石，前者抗热震性能更优、价格更低，而后者耐压强度大、价格更高，因此前者用作颗粒料、后者用作粉料，保证最终的铁铝尖晶石砖整体性能更加均衡，成本相对更低。
附图说明
图1为本发明中3个实施例各自的铁铝尖晶石砖性能测试平均数值结果表格。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定。
实施例1
一种铁铝尖晶石砖，原料组成包括结合剂，还包括烧结铁铝尖晶石颗粒、电熔铁铝尖晶石粉料，以及有机纤维、有机微珠，所述烧结铁铝尖晶石颗粒的粒径为1.3-2.1mm，所述电熔铁铝尖晶石粉料的粒径为0.04-0.05mm，所述有机纤维的长径比为225-260、长度为0.05-0.06mm，所述有机微珠的粒径为0.5-0.6mm。
所述有机纤维为聚丙烯纤维。所述有机微珠为聚苯乙烯微珠和玻璃微珠的混合物。
所述有机纤维和有机微珠的添加总重量，占原料总重量的0.2%。
所述烧结铁铝尖晶石颗粒与电熔铁铝尖晶石粉料的添加重量之比为1：0.25。
一种铁铝尖晶石砖的制备方法，依次包括以下步骤：
S1、在混合机中，加入所述结合剂、烧结铁铝尖晶石颗粒、电熔铁铝尖晶石粉料、有机纤维，以及有机微珠，搅拌后得到混合料；
S2、在压砖机中，加入所述混合料，压制得到砖坯体；
S3、在干燥窑中，对所述砖坯体进行去水烘干操作，得到前期砖；
S4、在烧制窑中，对所述前期砖进行熔融成孔操作，得到后期砖；
S5、在烧制窑中，对所述后期砖进行高温烧结操作，得到最后的铁铝尖晶石砖产品。
S1中，所述混合机进行湿混操作，混合时间为5min；S2中，所述砖坯体的成型压力为260MPa。
S3中，所述去水烘干操作的温度为105℃，烘干持续时间为7min。
S4中，所述熔融成孔操作的温度为330℃，加热熔融持续时间为25min，以用于让所述有机纤维和有机微珠熔融，形成微孔道和微孔。
S5中，所述高温烧结操作的温度为1500℃，高温烧结完成后再依次进行保温和冷却操作，保温温度为200℃，保温时间为3h。
最后，取本实施例中的20块铁铝尖晶石砖，进行如下项目的测试：
耐压强度（MPa、200℃×24h）、
抗折强度（MPa、200℃×24h）、
导热系数(W/m.K)、
热震稳定性（次、1100℃-水冷）、
线变化率（%、1500℃×3h），
测试结果取平均值，具体结果见附图1。
实施例2
一种铁铝尖晶石砖，原料组成包括结合剂，还包括烧结铁铝尖晶石颗粒、电熔铁铝尖晶石粉料，以及有机纤维、有机微珠，所述烧结铁铝尖晶石颗粒的粒径为1.5-2.2mm，所述电熔铁铝尖晶石粉料的粒径为0.04-0.06mm，所述有机纤维的长径比为315-422、长度为0.06-0.09mm，所述有机微珠的粒径为0.5-0.6mm。
所述有机纤维为玻璃纤维。所述有机微珠为聚苯乙烯微珠。
所述有机纤维和有机微珠的添加总重量，占原料总重量的0.2%。
所述烧结铁铝尖晶石颗粒与电熔铁铝尖晶石粉料的添加重量之比为1：0.30。
一种铁铝尖晶石砖的制备方法，依次包括以下步骤：
S1、在混合机中，加入所述结合剂、烧结铁铝尖晶石颗粒、电熔铁铝尖晶石粉料、有机纤维，以及有机微珠，搅拌后得到混合料；
S2、在压砖机中，加入所述混合料，压制得到砖坯体；
S3、在干燥窑中，对所述砖坯体进行去水烘干操作，得到前期砖；
S4、在烧制窑中，对所述前期砖进行熔融成孔操作，得到后期砖；
S5、在烧制窑中，对所述后期砖进行高温烧结操作，得到最后的铁铝尖晶石砖产品。
S1中，所述混合机进行湿混操作，混合时间为6min；S2中，所述砖坯体的成型压力为280MPa。
S3中，所述去水烘干操作的温度为90℃，烘干持续时间为11min。
S4中，所述熔融成孔操作的温度为340℃，加热熔融持续时间为30min，以用于让所述有机纤维和有机微珠熔融，形成微孔道和微孔。
S5中，所述高温烧结操作的温度为1520℃，高温烧结完成后再依次进行保温和冷却操作，保温温度为400℃，保温时间为1h。
最后，取本实施例中的20块铁铝尖晶石砖，进行如下项目的测试：
耐压强度（MPa、200℃×24h）、
抗折强度（MPa、200℃×24h）、
导热系数(W/m.K)、
热震稳定性（次、1100℃-水冷）、
线变化率（%、1500℃×3h），
测试结果取平均值，具体结果见附图1。
实施例3
一种铁铝尖晶石砖，原料组成包括结合剂，还包括烧结铁铝尖晶石颗粒、电熔铁铝尖晶石粉料，以及有机纤维、有机微珠，所述烧结铁铝尖晶石颗粒的粒径为2.0-2.4mm，所述电熔铁铝尖晶石粉料的粒径为0.04-0.06mm，所述有机纤维的长径比为511-580、长度为0.06-0.07mm，所述有机微珠的粒径为0.5-0.6mm。
所述有机纤维为聚碳酸酯纤维。所述有机微珠为玻璃微珠。
所述有机纤维和有机微珠的添加总重量，占原料总重量的0.3%。
所述烧结铁铝尖晶石颗粒与电熔铁铝尖晶石粉料的添加重量之比为1：0.35。
一种铁铝尖晶石砖的制备方法，依次包括以下步骤：
S1、在混合机中，加入所述结合剂、烧结铁铝尖晶石颗粒、电熔铁铝尖晶石粉料、有机纤维，以及有机微珠，搅拌后得到混合料；
S2、在压砖机中，加入所述混合料，压制得到砖坯体；
S3、在干燥窑中，对所述砖坯体进行去水烘干操作，得到前期砖；
S4、在烧制窑中，对所述前期砖进行熔融成孔操作，得到后期砖；
S5、在烧制窑中，对所述后期砖进行高温烧结操作，得到最后的铁铝尖晶石砖产品。
S1中，所述混合机进行湿混操作，混合时间为6min；S2中，所述砖坯体的成型压力为300MPa。
S3中，所述去水烘干操作的温度为120℃，烘干持续时间为6min。
S4中，所述熔融成孔操作的温度为325℃，加热熔融持续时间为28min，以用于让所述有机纤维和有机微珠熔融，形成微孔道和微孔。
S5中，所述高温烧结操作的温度为1550℃，高温烧结完成后再依次进行保温和冷却操作，保温温度为450℃，保温时间为2h。
最后，取本实施例中的20块铁铝尖晶石砖，进行如下项目的测试：
耐压强度（MPa、200℃×24h）、
抗折强度（MPa、200℃×24h）、
导热系数(W/m.K)、
热震稳定性（次、1100℃-水冷）、
线变化率（%、1500℃×3h），
测试结果取平均值，具体结果见附图1。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种修改。这些都是不具有创造性的修改，只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种铁铝尖晶石砖，原料组成包括结合剂，其特征在于：还包括烧结铁铝尖晶石颗粒、电熔铁铝尖晶石粉料，以及有机纤维、有机微珠，所述烧结铁铝尖晶石颗粒的粒径为1.2-2.5mm，所述电熔铁铝尖晶石粉料的粒径为0.04-0.06mm，所述有机纤维的长径比为200-650、长度为0.05-0.10mm，所述有机微珠的粒径为0.5-0.6mm。
2.根据权利要求1所述的一种铁铝尖晶石砖，其特征在于：所述有机纤维为聚丙烯纤维、玻璃纤维，以及聚碳酸酯纤维中的任意一种或多种混合物。
3.根据权利要求1所述的一种铁铝尖晶石砖，其特征在于：所述有机微珠为聚苯乙烯微珠，以及玻璃微珠中的任意一种或两种混合物。
4.根据权利要求1所述的一种铁铝尖晶石砖，其特征在于：所述有机纤维和有机微珠的添加总重量，占原料总重量的0.2-0.3%。
5.根据权利要求1所述的一种铁铝尖晶石砖，其特征在于：所述烧结铁铝尖晶石颗粒与电熔铁铝尖晶石粉料的添加重量之比为1：（0.25-0.35）。
6.一种如权利要求1所述的铁铝尖晶石砖的制备方法，其特征在于依次包括以下步骤：
S1、在混合机中，加入所述结合剂、烧结铁铝尖晶石颗粒、电熔铁铝尖晶石粉料、有机纤维，以及有机微珠，搅拌后得到混合料；
S2、在压砖机中，加入所述混合料，压制得到砖坯体；
S3、在干燥窑中，对所述砖坯体进行去水烘干操作，得到前期砖；
S4、在烧制窑中，对所述前期砖进行熔融成孔操作，得到后期砖；
S5、在烧制窑中，对所述后期砖进行高温烧结操作，得到最后的铁铝尖晶石砖产品。
7.根据权利要求6所述的一种铁铝尖晶石砖的制备方法，其特征在于：S1中，所述混合机进行湿混操作，混合时间为5-10min；S2中，所述砖坯体的成型压力为200-300MPa。
8.根据权利要求6所述的一种铁铝尖晶石砖的制备方法，其特征在于：S3中，所述去水烘干操作的温度为85-120℃，烘干持续时间为5-12min。
9.根据权利要求6所述的一种铁铝尖晶石砖的制备方法，其特征在于：S4中，所述熔融成孔操作的温度为325-355℃，加热熔融持续时间为25-30min，以用于让所述有机纤维和有机微珠熔融，形成微孔道和微孔。
10.根据权利要求6所述的一种铁铝尖晶石砖的制备方法，其特征在于：S5中，所述高温烧结操作的温度为1500-1550℃，高温烧结完成后再依次进行保温和冷却操作，保温温度为150-650℃，保温时间为1-5h。
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