CN115849924B - 一种钙长石-赛隆轻质砖及其制备工艺 - Google Patents
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
本发明涉及一种钙长石‑赛隆轻质砖及其制备工艺,以粘土、碳酸钙、活性氧化铝、赛隆粉、预烧结模板剂、铝酸钙水泥等为主要原料。本发明的钙长石‑赛隆轻质砖的体积密度为0.40~1.10g/cm3,1100~1300℃的平均导热系数为0.10~0.40W·m‑1·K‑1,耐压强度达到3.0~7.0MPa,加热永久线变化为‑0.10~‑0.50%。本发明的钙长石‑赛隆轻质砖制备工艺简单,对环境无害,生产成本低,生产周期短,具有巨大的应用潜力。
Description
技术领域
本发明属于无机非金属材料耐火材料技术领域,具体涉及一种钙长石-赛隆轻质砖及其制备工艺。
背景技术
工业窑炉砌体的蓄热损失和炉体表面散热损失,一般约占燃料消耗的24~45%。用热导率低、热容量小的轻质材料做炉体结构材料,可节省燃料消耗。传统上,耐火纤维、硅酸钙板是高效的超轻质绝热材料。低温时,耐火纤维、硅酸钙制品的导热系数尚可,但温度升高以后这些材料的导热系数显著变差。钙长石耐火砖具有密度小,热膨胀系数小,导热率低等特点,可替代工作温度在1000~1300℃的粘土砖、硅质、高铝质耐火材料,同时减少热量散失。因此,钙长石-赛隆轻质耐火砖成为热门的隔热耐火材料之一。隔热砖引入气孔的方式常有燃尽物法、多孔材料法、泡沫法。燃尽物法常产生贯穿气孔,保温效果降低;多孔法要预先制备多孔材料,制备复杂成本高。泡沫法制备的轻质砖孔径更小、闭气孔率更高、孔结构均匀、隔热效果更好,但脱模时间长、成形强度低、干燥后易开裂,搬运困难,制约其大规模应用。
为了解决干燥慢、强度低的问题,专利CN 112661487 A一种钙长石-赛隆轻质耐火砖的制备方法公开了将主料和添加剂组分分开混合,使主料组分中的石膏粉与添加剂的混溶性更好,利用石膏极易吸水,且发生化学反应快,泥浆快速凝固,实现快锁脱模,提升钙长石砖湿坯的湿固化效果,增强了钙长石砖湿坯的抗压强度。但采用石膏作为主要原料之一,其在煅烧后会排放二氧化硫,对环境造成污染、对设备造成腐蚀。另外,专利CN112661487A一种钙长石-赛隆轻质耐火砖的制备方法公开了5~20%的锯末和/或木粉作为造孔剂,其在高温燃烧后也会产生磷、硫等有害气体,同时随着林木资源开发的限制,锯末或木粉的来源及其不稳定,限制了产品的大规模生产,同时锯末或木粉在使用之前需要进行陈腐3~6个月,占用生产场地。专利CN112028609A一种废料制备的钙长石-赛隆轻质耐火材料及其制备方法公开了采用钙长石砖废料代替了石膏,虽然能够提高原料的利用率,但是干燥时间太长,干燥时间需要96~120h,相比采用石膏作的干燥时间极大地延长了,需要大量的模具和场地进行堆放,不利用大规模生产。另外CN112028609A一种废料制备的钙长石-赛隆轻质耐火材料及其制备方法公开了原料需预先球磨到1000~2000目左右的粒径,需要大球磨机长时间的研磨,导致球磨效率低,能耗大、成本高的弊端。
发明内容
本发明的一种钙长石-赛隆轻质砖的原料配比以质量份计为:
所述的粘土为高岭土、膨润土、活性白土中的一种,其粒径为0.147~0.044mm;
所述的碳酸钙为轻质碳酸钙,粒径为0.147~0.044mm;
所述的赛隆粉粒径为0.147~0.044mm;
所述的预烧结模板剂为氧化钙、氧化铝、氧化硅经过1150~1250℃预烧结得到的颗粒,颗粒粒径为1~10μm;进一步,所述的制备预烧结模板剂的氧化钙、氧化铝、氧化硅配比范围为1:(1.8~1.9):(2~2.2);
进一步,所述的氧化钙可以选自碳酸钙作为原料来源,氧化铝可以选自刚玉作为原料来源,氧化硅可以选自硅灰或硅微粉作为原料来源;
将上述原料混合均匀后,外加所述原料0.1~1份的速凝剂、0.1~0.5份的分散剂、1~4份高效植物性发泡剂和30~50份的水,置于高速搅拌机中,高速搅拌5~15min后获得均匀的泥浆;泥浆浇注成型,在20~40℃养护0.5~2h后脱模、干燥,并于1250~1350℃的条件下烧成3~6h,即可快速制备出钙长石-赛隆轻质砖。
所述的速凝剂为磷酸二氢铝:镁砂为(3~5):1比例混合物。
所述的分散剂为聚羧酸类分散剂、无机盐类分散剂和萘系分散剂中的一种。
所述的高效植物性发泡剂为椰油酰胺丙基羟磺酸甜菜碱、十二烷基二甲基甜菜碱的一种或两种混合物。
本发明原料中赛隆粉有助于改进钙长石的脆性,提高钙长石-赛隆轻质砖的强度,且极大了提高了产品的抗热震性能。加入预烧结模板剂能够显著提高高温烧成过程中钙长石相的生成效率,有利于晶粒生长的均匀性和一致性,防止由于钙长石成核剂太少导致的形核难和晶粒异常长大,从而大幅度改善烧结体的微观组织形貌缺陷。加入莫来石纤维,防止坯体的裂纹和提高产品的强度。通过引进速凝剂,使得产品能够在较短的时间内脱模、干燥,极大了缩短了生产周期;通过引进磷酸二氢铝和镁砂,使产品在成型过程中结构更加均匀,坯体结构快速固化,形成稳定的结构。本发明的钙长石-赛隆轻质砖的体积密度为0.40~1.10g/cm3,1100~1300℃的平均导热系数为0.10~0.40W·m-1·K-1,耐压强度达到3.0~7.0MPa,加热永久线变化为-0.10~-0.50%。
本发明的优点有:
(1)环境友好。本发明原料中不含有害物质,煅烧过程也不会排放有害气体,属于环保型轻质材料。同时,本发明采用高效的植物性发泡剂作为造孔剂,配合有机的泡沫稳定剂,能够实现高倍率的发泡。与锯末或木粉相比,1体积的高效植物性发泡剂与100体积的锯末或木粉造孔效果相当。且高效植物性发泡剂是以植物高分子材料为原料,经一系列化学反应生成,燃烧后无有害气体排放,所以本发明技术更加环保。
(2)生产原料不受限制,工艺流程简单,生产方便。具有更长久的发展空间。本发明将原料混合均匀、加入添加剂和水,混合均匀成泥浆,向泥浆中添加泡沫,搅拌均匀,浇注成型,干燥烧成即可制备出轻质材料。本发明工艺简单,便于质量控制,产品质量更加稳定。
(3)本发明的脱模干燥时间仅需0.5~2h,适合大规模的工业化生产。烧制后钙长石-赛隆轻质砖隔热效果好、抗热震性能高、使用寿命长、使用范围广的。
具体实施方式
实施例1
一种钙长石-赛隆轻质砖的原料配比以质量份计为:
所述的粘土为高岭土、膨润土、活性白土中的一种,其粒径为0.147~0.044mm;
所述的碳酸钙为轻质碳酸钙,粒径为0.147~0.044mm;
所述的赛隆粉粒径为0.147~0.044mm;
所述的预烧结模板剂为氧化钙、氧化铝、氧化硅经过1150~1250℃预烧结得到的颗粒,颗粒粒径为1~10μm;进一步,所述的制备预烧结模板剂的氧化钙、氧化铝、氧化硅配比范围为1:1.8:2;
进一步,所述的氧化钙可以选自碳酸钙作为原料来源,氧化铝可以选自刚玉作为原料来源,氧化硅可以选自硅灰或硅微粉作为原料来源;
将上述原料混合均匀后,外加所述原料1份的速凝剂、0.5份的分散剂、4份高效植物性发泡剂和50份的水,置于高速搅拌机中,高速搅拌15min后获得均匀的泥浆;泥浆浇注成型,在40℃养护0.5后脱模、干燥,并于1350℃的条件下烧成3h,即可快速制备出钙长石-赛隆轻质砖。
所述的速凝剂为磷酸二氢铝:镁砂为5:1比例混合物。
所述的分散剂为聚羧酸类分散剂。
所述的高效植物性发泡剂为椰油酰胺丙基羟磺酸甜菜碱。
实施例1钙长石-赛隆轻质砖的体积密度为1.1g/cm3,1100~1300℃的平均导热系数为0.4W·m-1·K-1,耐压强度达到5.9MPa,加热永久线变化为-0.50%。
实施例2
一种钙长石-赛隆轻质砖的原料配比以质量份计为:
所述的粘土为高岭土、膨润土、活性白土中的一种,其粒径为0.147~0.044mm;
所述的碳酸钙为轻质碳酸钙,粒径为0.147~0.044mm;
所述的赛隆粉粒径为0.147~0.044mm;
所述的预烧结模板剂为氧化钙、氧化铝、氧化硅经过1150~1250℃预烧结得到的颗粒,颗粒粒径为1~10μm;进一步,所述的制备预烧结模板剂的氧化钙、氧化铝、氧化硅配比范围为1:1.9:2.2;
进一步,所述的氧化钙可以选自碳酸钙作为原料来源,氧化铝可以选自刚玉作为原料来源,氧化硅可以选自硅灰或硅微粉作为原料来源;
将上述原料混合均匀后,外加所述原料0.1份的速凝剂、0.1份的分散剂、1份高效植物性发泡剂和30份的水,置于高速搅拌机中,高速搅拌5min后获得均匀的泥浆;泥浆浇注成型,在20℃养护2h后脱模、干燥,并于1250℃的条件下烧成6h,即可快速制备出钙长石-赛隆轻质砖。
所述的速凝剂为磷酸二氢铝:镁砂为3:1比例混合物。
所述的分散剂为萘系分散剂。
所述的高效植物性发泡剂为十二烷基二甲基甜菜碱。
实施例2钙长石-赛隆轻质砖的体积密度为0.42g/cm3,1100~1300℃的平均导热系数为0.13W·m-1·K-1,耐压强度达到1.5MPa,加热永久线变化为-0.18%。
实施例3
一种钙长石-赛隆轻质砖的原料配比以质量份计为:
所述的粘土为高岭土、膨润土、活性白土中的一种,其粒径为0.147~0.044mm;
所述的碳酸钙为轻质碳酸钙,粒径为0.147~0.044mm;
所述的赛隆粉粒径为0.147~0.044mm;
所述的预烧结模板剂为氧化钙、氧化铝、氧化硅经过1150~1250℃预烧结得到的颗粒,颗粒粒径为1~10μm;进一步,所述的制备预烧结模板剂的氧化钙、氧化铝、氧化硅配比范围为1:1.85:2.1;
进一步,所述的氧化钙可以选自碳酸钙作为原料来源,氧化铝可以选自刚玉作为原料来源,氧化硅可以选自硅灰或硅微粉作为原料来源;
将上述原料混合均匀后,外加所述原料0.6份的速凝剂、0.3份的分散剂、3份高效植物性发泡剂和40份的水,置于高速搅拌机中,高速搅拌10min后获得均匀的泥浆;泥浆浇注成型,在30℃养护1h后脱模、干燥,并于1300℃的条件下烧成4h,即可快速制备出钙长石-赛隆轻质砖。
所述的速凝剂为磷酸二氢铝:镁砂为4:1比例混合物。
所述的分散剂为无机盐类分散剂。
所述的高效植物性发泡剂为椰油酰胺丙基羟磺酸甜菜碱和十二烷基二甲基甜菜碱两种混合物。
实施例3钙长石-赛隆轻质砖的体积密度为0.8g/cm3,1100~1300℃的平均导热系数为0.33W·m-1·K-1,耐压强度达到4.6MPa,加热永久线变化为-0.45%。
Claims (1)
1.一种钙长石-赛隆轻质砖,其特征在于,原料配比以质量份计为:
粘土粉10~40份;
碳酸钙粉15~30份;
活性氧化铝粉3~5份;
莫来石纤维3~10份;
赛隆粉3~10份;
硅酸盐水泥 2~5份;
预烧结模板剂 1~2份;
所述的粘土为高岭土、膨润土、活性白土中的一种,其粒径为0.147~0.044mm;
所述的碳酸钙为轻质碳酸钙,粒径为0.147~0.044mm;
所述的赛隆粉粒径为0.147~0.044mm;
所述的预烧结模板剂为氧化钙、氧化铝、氧化硅经过1150~1250℃预烧结得到的颗粒,颗粒粒径为1~10μm;
制备所述的预烧结模板剂的氧化钙、氧化铝、氧化硅配比范围为1:(1.8~1.9):(2~2.2);
所述的钙长石-赛隆轻质砖的制备方法:将原料混合均匀后,外加所述原料0.1~1份的速凝剂、0.1~0.5份的分散剂、1~4份高效植物性发泡剂和30~50份的水,置于高速搅拌机中,高速搅拌5~15min后获得均匀的泥浆;泥浆浇注成型,在20~40℃养护0.5~2h后脱模、干燥,并于1250~1350℃的条件下烧成3~6h,即可快速制备出钙长石-赛隆轻质砖;所述的速凝剂为磷酸二氢铝:镁砂为(3~5):1比例混合物;所述的分散剂为聚羧酸类分散剂、无机盐类分散剂和萘系分散剂中的一种;所述的高效植物性发泡剂为椰油酰胺丙基羟磺酸甜菜碱、十二烷基二甲基甜菜碱的一种或两种混合物。
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