CN115124359A - 一种水泥窑专用高稳定性镁铁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，尤其涉及一种水泥窑专用高稳定性镁铁尖晶石砖及其制备方法。本发明原料组成为高铁镁砂、高纯镁砂、镁铁铝尖晶石颗粒，以及树脂结合剂，该树脂结合剂为环氧树脂液，以及酚醛树脂微球，最终的镁铁尖晶石砖具有抗酸碱腐蚀性能突出，可以长期稳定使用的优点。此外，本发明还提供一种该镁铁尖晶石砖的制备方法，其步骤主要包括颗粒料粉碎、湿砖压制、干燥，以及烧制，最终保证该镁铁尖晶石砖具有充分的结合强度。
Description
技术领域
本发明属于耐火砖技术领域，尤其涉及一种水泥窑专用高稳定性镁铁尖晶石砖及其制备方法。
背景技术
水泥窑的烧成带部位，是水泥生料转变为熟料的位置。该位置处温度较高、温度波动较大，因此需要铺设耐火砖。耐火砖在烧成带处的工作原理大体为：耐火砖中的金属成分，与水泥熟料中的氧化钙作用，生成低熔点的化合物，该化合物遇热湿润或者说是熔融了，因此贴附在耐火砖表面，而且是越用越多，因此保证耐火砖具有充分的耐热效果，而上述性能即为耐火砖的挂窑皮性能。
对于烧成带用的耐火砖而言，则至少经过了三代改良。最初用的是镁铬砖，但是其六价铬元素的污染太大了，所以后来有了镁铝砖，但是镁铝砖的抗侵蚀性能又不够，这一点在当下水泥窑协同处置固废的大环境下，就尤为致命了。
所以，相对而言最优的第三代产品：镁铁尖晶石砖就得到了更广泛的应用，其原料组成更加适合各类酸性、碱性的化工废料和工业垃圾等。
专利公开号为CN107915474A、公开日为2018.04.17的中国发明专利，公开了一种水泥窑烧成带用镁铁尖晶石砖，由高铁镁砂、高纯镁砂、电熔镁铝尖晶石和木质素磺酸钙溶液等组成，生产时按配比称取各种原料，混合均匀后得到混合料压制成型，在高温下烧制而成。
该发明专利中的镁铁尖晶石砖，其包括的氧化铁成分，可以与熟料中的氧化钙充分作用，生成钙铁相化合物，即为上述窑皮，因此其具有相对较高的挂窑皮性能。当然，其基础的抗酸碱腐蚀性能也是具备的。
但是，就针对于抗酸碱腐蚀方面，其结合剂：木质素磺酸钙溶液的选择是不合适的，不能给该镁铁尖晶石砖提供相对较高的结合强度。
所以综上所述，现在急需一种结合强度更大的镁铁尖晶石砖，以获得更好的抗酸碱腐蚀性能，保证其可以长期稳定使用。
发明内容
本发明提供一种水泥窑专用高稳定性镁铁尖晶石砖，其原料组成为高铁镁砂、高纯镁砂、镁铁铝尖晶石颗粒，以及树脂结合剂，该树脂结合剂为环氧树脂液，以及酚醛树脂微球，最终的镁铁尖晶石砖具有抗酸碱腐蚀性能突出，可以长期稳定使用的优点。
此外，本发明还提供一种该镁铁尖晶石砖的制备方法，其步骤主要包括颗粒料粉碎、湿砖压制、干燥，以及烧制，最终保证该镁铁尖晶石砖具有充分的结合强度。
本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种水泥窑专用高稳定性镁铁尖晶石砖，原料组成为高铁镁砂、高纯镁砂、镁铁铝尖晶石颗粒，以及树脂结合剂，所述树脂结合剂为环氧树脂液，以及酚醛树脂微球。
在本发明中，树脂结合剂相较于常见的纸浆结合剂，本身就有基础的高结合强度。另一方面，所述环氧树脂液加上酚醛树脂微球，形成一个液相加固相的组合，保证该镁铁尖晶石砖在制备过程的前后期，都有树脂结合动作的发生，所述酚醛树脂微球具有一个类似于结合动作“缓释”的效果。因此，最后的结合形式更加多元化，结合对象更加多样化，最终获得更加全面的、高强度的结合性能。
另一方面，该镁铁尖晶石砖的主体原料自身，其抗酸碱腐蚀性能是最后的镁铁尖晶石砖得以长期稳定使用的基础，因此选用高铁镁砂、高纯镁砂，以及镁铁铝尖晶石颗粒，这三种主体原料都有较好的挂窑皮性能。
所以，主体原料自身抗酸碱腐蚀，再加较高的主体原料结合强度，才是最后的镁铁尖晶石砖得以长期在酸碱环境下稳定使用的充分必要条件。
进一步优选的技术方案在于：所述环氧树脂液的环氧当量为2850-3200g/mol。
在本发明中，上述环氧当量数值的含义为：所述环氧树脂液中，当环氧基团为1mol时，其重量为2850-3200g。而所述环氧树脂液的环氧当量数值如果过小，则环氧基团比例过多，所述环氧树脂液的主要结合强度都在前期，此时镁铁尖晶石砖的原料组成仍然还在搅拌混合，这时发生大幅结合效果，则是没有必要的。
反之，如果环氧当量数值如果过大，则环氧基团比例过小，此时其自身结合强度就不高，而且主要结合强度都发生在后期，与所述酚醛树脂微球的后期结合动作就重复了，这也是没有必要的。
进一步优选的技术方案在于：所述酚醛树脂微球为镁粉-酚醛树脂组合微球，所述酚醛树脂的摩尔质量为3500-4500g，所述镁粉的添加重量为酚醛树脂的7.5-10%。
在本发明中，镁粉以镁粉-酚醛树脂组合微球的方式添加，相较于其直接添加的方式，优点至少有以下2个。
第一、可以进一步延后所述酚醛树脂微球的结合动作发生时机，使得镁铁尖晶石砖在烧制时期，仍然能够发生部分树脂结合效果。
第二、镁粉如果直接添加，则分布均匀的阻力较大，所需时间也更长，现在所述镁粉-酚醛树脂组合微球，跟随环氧树脂液一起流动分布，至少在分布前期可以获得一个均匀分布的基础。
当然，所述镁粉在酚醛树脂中的添加比例也不能太高，否则微球自身的球形结构就不稳定的。
进一步优选的技术方案在于：所述镁粉-酚醛树脂组合微球的直径为0.5-0.8mm。
进一步优选的技术方案在于：所述镁粉-酚醛树脂组合微球的添加重量，与环氧树脂液的添加重量之比为（0.15-0.25）∶1。
在本发明中，所述树脂结合剂必定是以所述环氧树脂液为主，保证镁铁尖晶石砖在烧制之前，就要充分结合。
进一步优选的技术方案在于：所述树脂结合剂的添加重量，占镁铁尖晶石砖原料总重量的18-22%。
在本发明中，由于所述树脂结合剂具有前期、后期分开式的结合动作，因此其添加比例可以相对较低，进一步提高所述镁铁尖晶石砖的致密效果，这也是可以提高其抗酸碱腐蚀性能的。
一种水泥窑专用高稳定性镁铁尖晶石砖的制备方法，依次包括以下步骤：
S1、将所述镁铁铝尖晶石颗粒粉碎至过325目筛的通过率≥95%，得到细颗粒料；
S2、在压砖机中添加所述高铁镁砂、高纯镁砂、树脂结合剂，以及细颗粒料，按所需砖型压制，得到湿砖；
S3、在干燥窑中，对所述湿砖进行干燥操作，得到砖中间产品；
S4、在隧道窑中，对所述砖中间产品进行烧制操作，最后取出冷却，得到最终的镁铁尖晶石砖产品。
进一步优选的技术方案在于：S2中，所述湿砖出料之后，静置2-4h，静置环境温度为45-60℃。
在本发明中，S2阶段主要以环氧树脂液的结合动作为主，此时静置操作就是给环氧树脂液留出结合时间，给镁粉-酚醛树脂组合微球留出均匀分布时间。
进一步优选的技术方案在于：S3中，所述干燥窑的窑内温度为150-180℃，干燥时间为8-9h。
现有技术中，湿砖可以直接进行烧制，但是本发明中的湿砖包含了镁粉-酚醛树脂组合微球，所述干燥操作可以进一步强化环氧树脂液的结合动作，而且给镁粉-酚醛树脂组合微球一个预软化的效果，期间所述镁粉-酚醛树脂组合微球也已经在进行结合动作了。
进一步优选的技术方案在于：S4中，所述隧道窑的窑内温度为1450-1500℃，烧制时间为45-75h。
在本发明中，1200-1500℃的条件下，所述树脂结合剂全部、充分结合，保证所述镁铁尖晶石砖具有更加全面的结合程度、结合强度，因此可以在酸碱性环境下相对长期地使用。
本发明具有以下优点。
第一，该镁铁尖晶石砖的原料组成，既有自身抗酸碱腐蚀性能突出的主体料，又有结合强度较高的树脂结合剂，最终保证该镁铁尖晶石砖在酸碱性环境中可以长期稳定使用。
第二，该树脂结合剂中的环氧树脂液主要用于前期结合，而酚醛树脂微球主要用于后期结合，保证树脂结合结构更加多样化，结合范围更加彻底、全面。
第三，该酚醛树脂微球为镁粉-酚醛树脂组合微球，而镁粉自身也是一种抗酸碱腐蚀性能突出的物料，两者结合，使得其后期结合动作更加稳定、可靠，还可以让镁粉的分布动作更加均匀。
第四，而在镁铁尖晶石砖的制备方法中，引入了湿砖压制后静置操作，保证环氧树脂液和镁粉-酚醛树脂组合微球具有更加充分的均匀分布时间、结合时间。
附图说明
图1为本发明中3个实施例各自的镁铁尖晶石砖平均性能测试结果表格。
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
一种水泥窑专用高稳定性镁铁尖晶石砖，原料组成为高铁镁砂、高纯镁砂、镁铁铝尖晶石颗粒，以及树脂结合剂，所述树脂结合剂为环氧树脂液，以及酚醛树脂微球。
所述环氧树脂液的环氧当量为2920g/mol。
所述酚醛树脂微球为镁粉-酚醛树脂组合微球，所述酚醛树脂的摩尔质量为3950g，所述镁粉的添加重量为酚醛树脂的7.5%。
所述镁粉-酚醛树脂组合微球的直径为0.5-0.6mm。所述镁粉-酚醛树脂组合微球的添加重量，与环氧树脂液的添加重量之比为0.15∶1。
所述树脂结合剂的添加重量，占镁铁尖晶石砖原料总重量的18.5%。
一种水泥窑专用高稳定性镁铁尖晶石砖的制备方法，依次包括以下步骤：
S1、将所述镁铁铝尖晶石颗粒粉碎至过325目筛的通过率≥95%，得到细颗粒料；
S2、在压砖机中添加所述高铁镁砂、高纯镁砂、树脂结合剂，以及细颗粒料，按所需砖型压制，得到湿砖；
S3、在干燥窑中，对所述湿砖进行干燥操作，得到砖中间产品；
S4、在隧道窑中，对所述砖中间产品进行烧制操作，最后取出冷却，得到最终的镁铁尖晶石砖产品。
S2中，所述湿砖出料之后，静置3h，静置环境温度为50℃。
S3中，所述干燥窑的窑内温度为155℃，干燥时间为8h。
S4中，所述隧道窑的窑内温度为1450℃，烧制时间为50h。
最后，取本实施例中的10块镁铁尖晶石砖进行如下项目的测试：
耐20%盐酸溶液（70℃、96h）、
耐30%氢氧化钠溶液（70℃、96h）、
常温耐压强度（MPa）、
热震稳定性（次、1100℃-水冷）、
热膨胀率（%、1400℃），
测试结果取平均值，具体结果见附图1。
实施例2
一种水泥窑专用高稳定性镁铁尖晶石砖，原料组成为高铁镁砂、高纯镁砂、镁铁铝尖晶石颗粒，以及树脂结合剂，所述树脂结合剂为环氧树脂液，以及酚醛树脂微球。
所述环氧树脂液的环氧当量为3005g/mol。
所述酚醛树脂微球为镁粉-酚醛树脂组合微球，所述酚醛树脂的摩尔质量为4201g，所述镁粉的添加重量为酚醛树脂的9.0%。
所述镁粉-酚醛树脂组合微球的直径为0.5-0.7mm。所述镁粉-酚醛树脂组合微球的添加重量，与环氧树脂液的添加重量之比为0.16∶1。
所述树脂结合剂的添加重量，占镁铁尖晶石砖原料总重量的19.0%。
一种水泥窑专用高稳定性镁铁尖晶石砖的制备方法，依次包括以下步骤：
S1、将所述镁铁铝尖晶石颗粒粉碎至过325目筛的通过率≥95%，得到细颗粒料；
S2、在压砖机中添加所述高铁镁砂、高纯镁砂、树脂结合剂，以及细颗粒料，按所需砖型压制，得到湿砖；
S3、在干燥窑中，对所述湿砖进行干燥操作，得到砖中间产品；
S4、在隧道窑中，对所述砖中间产品进行烧制操作，最后取出冷却，得到最终的镁铁尖晶石砖产品。
S2中，所述湿砖出料之后，静置3h，静置环境温度为55℃。
S3中，所述干燥窑的窑内温度为160℃，干燥时间为8h。
S4中，所述隧道窑的窑内温度为1480℃，烧制时间为60h。
最后，取本实施例中的10块镁铁尖晶石砖进行如下项目的测试：
耐20%盐酸溶液（70℃、96h）、
耐30%氢氧化钠溶液（70℃、96h）、
常温耐压强度（Mpa）、
热震稳定性 （次、1100℃-水冷）、
热膨胀率（%、1400℃），
测试结果取平均值，具体结果见附图1。
实施例3
一种水泥窑专用高稳定性镁铁尖晶石砖，原料组成为高铁镁砂、高纯镁砂、镁铁铝尖晶石颗粒，以及树脂结合剂，所述树脂结合剂为环氧树脂液，以及酚醛树脂微球。
所述环氧树脂液的环氧当量为3106g/mol。
所述酚醛树脂微球为镁粉-酚醛树脂组合微球，所述酚醛树脂的摩尔质量为4220g，所述镁粉的添加重量为酚醛树脂的9.5%。
所述镁粉-酚醛树脂组合微球的直径为0.6-0.7mm。所述镁粉-酚醛树脂组合微球的添加重量，与环氧树脂液的添加重量之比为0.20∶1。
所述树脂结合剂的添加重量，占镁铁尖晶石砖原料总重量的19.5%。
一种水泥窑专用高稳定性镁铁尖晶石砖的制备方法，依次包括以下步骤：
S1、将所述镁铁铝尖晶石颗粒粉碎至过325目筛的通过率≥95%，得到细颗粒料；
S2、在压砖机中添加所述高铁镁砂、高纯镁砂、树脂结合剂，以及细颗粒料，按所需砖型压制，得到湿砖；
S3、在干燥窑中，对所述湿砖进行干燥操作，得到砖中间产品；
S4、在隧道窑中，对所述砖中间产品进行烧制操作，最后取出冷却，得到最终的镁铁尖晶石砖产品。
S2中，所述湿砖出料之后，静置4h，静置环境温度为55℃。
S3中，所述干燥窑的窑内温度为180℃，干燥时间为8h。
S4中，所述隧道窑的窑内温度为1500℃，烧制时间为70h。
最后，取本实施例中的10块镁铁尖晶石砖进行如下项目的测试：
耐20%盐酸溶液（70℃、96h）、
耐30%氢氧化钠溶液（70℃、96h）、
常温耐压强度（Mpa）、
热震稳定性 （次、1100℃-水冷）、
热膨胀率（%、1400℃），
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)
1.一种水泥窑专用高稳定性镁铁尖晶石砖，其特征在于：原料组成为高铁镁砂、高纯镁砂、镁铁铝尖晶石颗粒，以及树脂结合剂，所述树脂结合剂为环氧树脂液，以及酚醛树脂微球。
2.根据权利要求1所述的一种水泥窑专用高稳定性镁铁尖晶石砖，其特征在于：所述环氧树脂液的环氧当量为2850-3200g/mol。
3.根据权利要求1所述的一种水泥窑专用高稳定性镁铁尖晶石砖，其特征在于：所述酚醛树脂微球为镁粉-酚醛树脂组合微球，所述酚醛树脂的摩尔质量为3500-4500g，所述镁粉的添加重量为酚醛树脂的7.5-10%。
4.根据权利要求3所述的一种水泥窑专用高稳定性镁铁尖晶石砖，其特征在于：所述镁粉-酚醛树脂组合微球的直径为0.5-0.8mm。
5.根据权利要求3所述的一种水泥窑专用高稳定性镁铁尖晶石砖，其特征在于：所述镁粉-酚醛树脂组合微球的添加重量，与环氧树脂液的添加重量之比为（0.15-0.25）∶1。
6.根据权利要求5所述的一种水泥窑专用高稳定性镁铁尖晶石砖，其特征在于：所述树脂结合剂的添加重量，占镁铁尖晶石砖原料总重量的18-22%。
7.一种如权利要求1所述的水泥窑专用高稳定性镁铁尖晶石砖的制备方法，其特征在于依次包括以下步骤：
S1、将所述镁铁铝尖晶石颗粒粉碎至过325目筛的通过率≥95%，得到细颗粒料；
S2、在压砖机中添加所述高铁镁砂、高纯镁砂、树脂结合剂，以及细颗粒料，按所需砖型压制，得到湿砖；
S3、在干燥窑中，对所述湿砖进行干燥操作，得到砖中间产品；
S4、在隧道窑中，对所述砖中间产品进行烧制操作，最后取出冷却，得到最终的镁铁尖晶石砖产品。
8.根据权利要求7所述的一种水泥窑专用高稳定性镁铁尖晶石砖的制备方法，其特征在于：S2中，所述湿砖出料之后，静置2-4h，静置环境温度为45-60℃。
9.根据权利要求7所述的一种水泥窑专用高稳定性镁铁尖晶石砖的制备方法，其特征在于：S3中，所述干燥窑的窑内温度为150-180℃，干燥时间为8-9h。
10.根据权利要求7所述的一种水泥窑专用高稳定性镁铁尖晶石砖的制备方法，其特征在于：S4中，所述隧道窑的窑内温度为1450-1500℃，烧制时间为45-75h。
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