CN117623789A - 一种微膨胀耐高温绝热板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微膨胀耐高温绝热板及其制备方法，以质量百分比计，原料组成包括：低温膨胀蛭石30％～75％，蓝晶石和/或红柱石5％～30％，预混合粉5％～20％，结合剂15％～40％；低温膨胀蛭石为不完全膨胀蛭石，由原矿蛭石于400～600℃膨胀1～2分钟获得；以原料的总质量为100％计，预混合粉的组成包括：防爆纤维微粉1％～5％，分散剂1％～3％，轻烧镁微粉1％～10％，硅微粉1％～5％，外加剂1％～5％；外加剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸铝、氟硅酸钠、氟硅酸钾中的至少一种；结合剂为添加了氧化铝和/或氧化锆纤维的改性硅酸钠和/或硅酸钾溶液。制备方法：将原料混匀后模压成型，120～300℃干燥2～4h得微膨胀耐高温绝热板。
Description
技术领域
本发明涉及隔热耐火材料领域，具体涉及一种微膨胀耐高温绝热板及其制备方法。
背景技术
越来越多的保温隔热耐火材料被用于热工设备的保温层。目前，广泛应用保温隔热耐火材料的工业领域包括冶金、有色、化工、石油等，在钢铁冶金和有色领域应用最多，占比约70％左右。
市面上在用的隔热耐火材料种类繁多，如石棉纤维制品、轻质粘土砖、多孔莫来石砖、硅酸钙板及蛭石板等。这些隔热耐火材料各有其自身的缺点，石棉制品强度和耐火度不够高，且含有害物质；轻质粘土砖和莫来石砖导热系数不够低，保温性能不够；硅酸钙板虽然使用前期具有优异的保温性，但使用温度和强度均不高，使用后期易压缩粉化，保温效果会大幅下降。
蛭石板目前来说是比较理想的隔热耐火材料。公开号为CN 115893984A的专利说明书公开了一种可用于铝电解槽保温层的陶瓷蛭石隔热板，是由以下质量百分比的原料组成：55～65％蛭石混料、4～25％球状硅微粉、8～45％硅质粘土、3～6％钠基膨润土、1～4％锂云母粉、0.5～3％硼酸粉末、1～9％木质素磺酸钙和0.01～0.05％的分散剂。公开号为CN105777156 A的专利说明书公开了一种以无机胶为粘接剂的轻质耐火保温蛭石板材，首先将磷酸、氢氧化铝、铝粉、硅酸铝、水按一定比例混合均匀，加热条件下制得无机胶，然后将无机胶加膨润土、用水稀释后，与膨胀蛭石按照一定比例进行配料，搅拌均匀，将混合物放入模具中，经预压、热压成型、脱模、修边处理后得到轻质保温板。
然而，蛭石板也有其缺点，由于其使用的是常规的850-1100℃温度下完全膨化的蛭石，这种蛭石杂质含量高，在900℃以上即会产生较大的烧结收缩，即导致其使用温度不够高，最高连续使用温度约1100℃，且该温度下收缩率大，可达4％以上，易产生使用安全风险。
此外，在隔热耐火材料的制备工艺方面，其中烘烤工序是能耗比例最大的部分，一般制品烘烤时间都在10小时以上，因此如果能缩短烘烤时间，节能降耗也是十分有意义的。
发明内容
针对上述技术问题以及本领域存在的不足之处，本发明提供了一种微膨胀耐高温绝热板，具有高温体积稳定性好，不收缩，耐用温度高，强度高以及保温性好等特点，制作速度快、效率高、能耗低，可以用作混铁车、铁水包、钢包、转炉、RH以及中间包等高温热工设备的保温层甚至永久层。
一种微膨胀耐高温绝热板，以质量百分比计，原料组成包括：
所述低温膨胀蛭石为不完全膨胀蛭石，由原矿蛭石于400～600℃膨胀1～2分钟获得；
以所述原料的总质量为100％计，所述预混合粉的组成包括：
所述外加剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸铝、氟硅酸钠、氟硅酸钾中的至少一种；
所述结合剂为添加了氧化铝和/或氧化锆纤维的改性硅酸钠和/或硅酸钾溶液。
所述原料中如果直接使用原矿蛭石，产品应用过程中膨胀过大，不利于实际应用。
本发明采用不完全膨胀蛭石，可以使得产品在使用中900℃以下的低温阶段具有一定的持续微膨胀，而所引入的蓝晶石和/或红柱石则可以保证产品在900℃以上的中高温阶段保持一定的微膨胀。
在一实施例中，所述的微膨胀耐高温绝热板，所述低温膨胀蛭石的粒度可不大于1mm。
在一实施例中，所述的微膨胀耐高温绝热板，所述蓝晶石和/或红柱石的粒度可不大于1mm。
本发明采用防爆纤维微粉，即防爆纤维长度为微米级，一方面杜绝了普通毫米或厘米级纤维易结团和团聚的缺点，另一方面烘烤过程中可以快速分解，产生微米级气孔通道，保证产品达到快烘和提升保温性的目的；所添加的分散剂可为纤维专用的烷基叔胺磷酸盐，具有十分优良的分散效果；所添加的轻烧镁微粉和硅微粉能够形成镁硅水结合效应，提高产品强度；所引入的外加剂能够起到分散和促进固化的作用，保证产品具有良好的半成品和成品强度；采用预混合粉的形式可以保证其能够充分与其他主原料混合均匀。
本发明采用预混合粉，因为预混合粉里的组成都是微粉，不容易混合均匀，所以要先预混合，微粉混合均匀后再加入骨料中进一步混合。
在一实施例中，所述预混合粉的制备方法包括：将防爆纤维微粉、分散剂、轻烧镁微粉、硅微粉和外加剂球磨混合均匀得到所述预混合粉。进一步的，所述球磨混合的时间可为10～20分钟。
本发明的结合剂为经过改性的硅酸钾和/或硅酸钠溶液，能够更均匀的分散到物料中，更充分的与混合粉反应，形成交织结构，进一步提高产品强度。
以所述原料的总质量为100％计，所述结合剂中所述氧化铝和/或氧化锆纤维的用量占比可为1％～3％。
在一实施例中，所述的微膨胀耐高温绝热板，所述氧化铝和/或氧化锆纤维的直径可为微米级。
在一实施例中，所述结合剂的制备方法包括：将直径为微米级的氧化铝和/或氧化锆纤维加入模数为2～4的硅酸钠和/或硅酸钾溶液中，40～80℃搅拌得到所述结合剂。40～80℃搅拌可以保证溶液具有较低的粘度，氧化铝和/或氧化锆纤维更容易分散，温度过低，溶液粘度较高，氧化铝和/或氧化锆纤维分散困难。
本发明还提供了所述的微膨胀耐高温绝热板的制备方法，将低温膨胀蛭石、蓝晶石和/或红柱石、预混合粉以及结合剂混匀后模压成型，120～300℃干燥2～4h得所述微膨胀耐高温绝热板。
在一实施例中，所述的微膨胀耐高温绝热板的制备方法，所述模压的压力可为3～50MPa。
本发明与现有技术相比，有益效果有：
本发明所引入的低温膨胀蛭石是一种不完全膨胀蛭石，与蓝晶石和/或红柱石一起使用，能够确保产品在使用过程中的低温及中高温阶段均具有持续的微膨胀，不会产生过大的收缩而影响砌体的结构从而产生安全风险。
本发明采用镁硅水与硅酸钾和/或硅酸钠双无机盐结合体系，使得产品具有高强度。
微米防爆纤维的引入，能够大幅提高产品的烘烤速度，节能降耗，同时形成的微米气孔通道也能进一步提高产品的保温性能。
纤维改性结合剂的使用使得产品内部形成充分的交织结构，进一步提高产品的强度。
与普通蛭石板相比，本发明的微膨胀耐高温绝热板由于具有持续微膨胀，耐用温度可达1300℃以上，且强度高，保温性随着其微膨胀以及其内部微米级气孔的形成会越来越好，而不会出现后期保温性下降的情况，更适合使用于混铁车、铁水包、钢包、转炉、RH及中间包等高温热工设备作为保温层或永久层。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
表1展示了各实施例、对比例的原料组成和用量(单位：质量份)。
表1
表1中：
完全膨胀蛭石由原矿蛭石于950℃膨胀2分钟获得；
低温膨胀蛭石由原矿蛭石于500℃膨胀1分钟获得；
分散剂为烷基叔胺磷酸盐；
各实施例、对比例的预混合粉通过将表1中各自对应原料组成球磨混合10分钟得到；
改性硅酸钠通过将直径为微米级的氧化铝纤维加入模数为2～4的硅酸钠溶液中，40～80℃搅拌得到。改性硅酸钠中氧化铝纤维的质量含量为10％(以改性硅酸钠总质量为100％计)；
改性硅酸钾通过将直径为微米级的氧化锆纤维加入模数为2～4的硅酸钾溶液中，40～80℃搅拌得到。改性硅酸钾中氧化锆纤维的质量含量为10％(以改性硅酸钾总质量为100％计)；
未改性硅酸钠为模数为2～4的硅酸钠溶液。
各实施例、对比例的绝热板制备方法包括：将除预混合粉和结合剂(即改性硅酸钠、改性硅酸钾或未改性硅酸钠)之外的所有原料混合1分钟，然后与预混合粉一起混合搅拌2分钟，再与结合剂混合搅拌5分钟，所得产物在20MPa下模压成型，200℃干燥4h，得绝热板。
各实施例、对比例的绝热板的理化性能及使用相关参数对比见表2。
表2
从表2的结果可以看出：
按实施例1和实施例2制得的微膨胀耐高温绝热板，其强度较高，1100℃和1300℃烧后呈微膨胀，热导率也较低；
对比例1采用完全膨胀蛭石，强度低，低温阶段收缩过大，热导率也有所提高，适用温度较低；
对比例2没有添加红柱石或蓝晶石，高温阶段收缩率过大，热导率偏高，保温性较差，只适用于900℃以下使用；
对比例3采用普通结合剂，强度过低，且各温度阶段膨胀率和热导率有所提高，最高使用温度仅1100℃；
对比例4采用3～10mm防爆纤维，在本发明短烘烤时间的工艺下，达不到完全烘透的目的，产品强度过低，使用过程中容易发生断裂。
实施例1和实施例2制得的微膨胀耐高温绝热板在铁水包和混铁车中使用，其钢壳温度较对比例下降了30～80℃，铁水温降减少10～40℃，且使用下线时状态良好，无收缩和粉化现象，取得了优异的节能减排效果。
此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种微膨胀耐高温绝热板，其特征在于，以质量百分比计，原料组成包括：
所述低温膨胀蛭石为不完全膨胀蛭石，由原矿蛭石于400～600℃膨胀1～2分钟获得；
以所述原料的总质量为100％计，所述预混合粉的组成包括：
所述外加剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸铝、氟硅酸钠、氟硅酸钾中的至少一种；
所述结合剂为添加了氧化铝和/或氧化锆纤维的改性硅酸钠和/或硅酸钾溶液。
2.根据权利要求1所述的微膨胀耐高温绝热板，其特征在于，所述低温膨胀蛭石的粒度不大于1mm。
3.根据权利要求1所述的微膨胀耐高温绝热板，其特征在于，所述蓝晶石和/或红柱石的粒度不大于1mm。
4.根据权利要求1所述的微膨胀耐高温绝热板，其特征在于，所述分散剂为烷基叔胺磷酸盐。
5.根据权利要求1所述的微膨胀耐高温绝热板，其特征在于，所述预混合粉的制备方法包括：将防爆纤维微粉、分散剂、轻烧镁微粉、硅微粉和外加剂球磨混合均匀得到所述预混合粉。
6.根据权利要求5所述的微膨胀耐高温绝热板，其特征在于，所述球磨混合的时间为10～20分钟。
7.根据权利要求1所述的微膨胀耐高温绝热板，其特征在于，以所述原料的总质量为100％计，所述结合剂中所述氧化铝和/或氧化锆纤维的用量占比为1％～3％。
8.根据权利要求1所述的微膨胀耐高温绝热板，其特征在于，所述结合剂的制备方法包括：将直径为微米级的氧化铝和/或氧化锆纤维加入模数为2～4的硅酸钠和/或硅酸钾溶液中，40～80℃搅拌得到所述结合剂。
9.根据权利要求1～8任一项所述的微膨胀耐高温绝热板的制备方法，其特征在于，将低温膨胀蛭石、蓝晶石和/或红柱石、预混合粉以及结合剂混匀后模压成型，120～300℃干燥2～4h得所述微膨胀耐高温绝热板。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述模压的压力为3～50MPa。
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2023
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