一種高純高強輕質莫來石耐火骨料及製備方法
2023-10-04 05:42:09 1
專利名稱：一種高純高強輕質莫來石耐火骨料及製備方法
技術領域：
本發明涉及耐火材料領域所用的一種耐火骨料，尤其涉及一種輕質耐火材料用的 高純高強輕質莫來石耐火骨料以及製備方法。
背景技術：
輕質耐火材料根據使用溫度的不同可分兩大類。一是普通類，其使用溫度通常低 於1200°C ；另一類是高級隔熱材料，使用溫度通常高於1500°C，但價格昂貴、強度低，難以 廣泛應用；而使用溫度在1200 1500°C之間的工業窯爐和熱工設備的背襯大都使用的是 定形製品，存在整體性不好、強度低、施工效率不夠高等不足。因此開發使用溫度在1200 1500°C，強度高、隔熱性良好的輕質不定形耐火材料，這對於節能減耗、實現窯爐結構輕型 化和簡化十分必要。因此能滿足這種輕質不定形耐火材料所用的原料成為關鍵。然而，現 在所用的骨料普遍存在引入雜質多、高溫體積穩定性差、隔熱性能與強度不能兼顧等一些 缺點，從而難於滿足輕質不定形耐火材料的發展需要。在國內專利文獻CN 101265118A中表述了具有類似本發明的莫來石輕質骨料，但 本發明與其有顯著的不同。首先是使用的原料不同，其次是生產過程截然不同，最終產品的 性能也有根本的不同。
發明內容
本發明的目的是為了解決上述技術問題存在的不足，提供一種純度高、高溫體積 穩定性好、隔熱性好、高強度的輕質莫來石耐火骨料以及它的製備方法。本發明所採用的技術方案是這種高純高強輕質莫來石耐火骨料以天然矽石和工 業高純氧化鋁作為起始物料，外加入結合劑、添加劑和可在高溫下揮發的碳質燒失物。起始 物料的重量百分比為天然矽石20% 30%、工業高純氧化鋁70 80% ；外加的結合劑、 添加劑和碳質燒失物的加入量分別佔起始料總重量的百分比為結合劑4% 6%、添加劑 0. 3% 1. 0%和碳質燒失物25% 35%。原料中所述的天然矽石，SiO2含量大於98% ；工業高純氧化鋁中，Al2O3的含量大於 98%;所用的結合劑為工業糊精；燒失物為無煙煤、炭黑或石墨；添加劑為羥甲基纖維素。起 始物料經破粉碎後在筒磨機內磨細混勻，混好的物料經真空壓濾，通過練泥機與擠泥機使 物料成為具有規則形狀的坯體，坯體先經自然乾燥，再在乾燥窯內在100°C以上的溫度下充 分乾燥。乾燥後的坯體放於隧道窯內在1300°C以上的溫度下煅燒，煅燒後得到的成品再經 破碎成合適的粒度，就得到本發明的高純高強輕質莫來石耐火骨料。本發明的原理在於利用Al2O3與SiO2在較高的溫度下發生反應，形成一種性質穩 定、性能優異的莫來石相，莫來石本身具有較低的導熱係數，低的熱膨脹性及優良的高溫性 能，採用鋁矽系材料，合成輕質莫來石原料，非常適合於用來製做隔熱材料。此外，在所採用 的起始物料中，加入了一定量的在高溫下可以燃燒而消耗掉的碳質材料，從而可在所製得 的材料內部產生大量的微氣孔，由於氣相材料的導熱係數要遠小於固相材料，因此也可以使所得到的莫來石骨料的導熱係數進一步降低。同時，由於莫來石骨料內部的氣孔呈封閉的球形結構，而具有球形結構的物體其抗壓能力最強，故所製得的莫來石骨料還具有較高 耐壓強度。本發明還採用了更合理的溼法真空壓濾擠出成形工藝，大大減少了坯體內部因 多餘水分導致的大氣孔，使產物輕質莫來石骨料內部氣孔孔徑更為微小，根據傳熱學原理， 在高溫條件下，氣孔孔徑越小，越有利於導熱係數的降低，從而使材料有更優異的隔熱保溫 性能，另外，氣孔孔徑減小也有利於材料強度的提高。這樣，本發明所製得的莫來石骨料有良好的隔熱能力、優異的耐壓強度以及良好 的高溫體積穩定性。本發明，高純高強輕質莫來石耐火骨料的製備方法為步驟一、準備原料，把天然矽石、工業高純氧化鋁、無煙煤分別破粉碎，粒度要小於 200 目。步驟二、配製混合料，將按一定配比的天然矽石粉、工業高純氧化鋁、無煙煤及外 加劑糊精、添加劑羥甲基纖維素加入筒磨機後，再向筒磨機內加入佔全部料重約100 130%的水，用剛玉球作研磨介質，進行研磨，全部物料在筒磨機內磨12 36小時得到物料 粒度600-700目的料漿。步驟三、真空壓濾、練泥與擠泥，在真空壓濾機內將料漿壓濾成餅狀。將壓濾好的 料餅在練泥機內處理後，經擠泥機擠成尺寸為230X114X65mm的坯體。步驟四、自然乾燥和烘乾，坯體在室溫條件下自然乾燥24 72小時，將坯體在幹 燥器內100 200°C的溫度下乾燥24 36小時。步驟五、煅燒和破碎，將乾燥後的坯體於高溫窯內在1300 1400°C下煅燒，升溫 速率為5°C /min，燒24 36小時後得到塊狀莫來石製品；將煅燒後的塊狀莫來石經鄂式和 圓錐破碎機破碎就得到這種高純高強輕質莫來石耐火骨料。所得到骨料的體積密度介於1. 1 1. 3g/cm3之間，氣孔率為50 70%，經XRD分 析表明骨料中莫來石的含量高於60%，骨料內部的氣孔孔徑主要處於ΙΟμπι以下，集中分 布在3 μ m左右，通過SEM分析表明，所製得的骨料內部顆粒與氣孔間分布非常均勻。本發明的有益效果在於純度高，帶入的雜質成分少，從而使最終得到的產物在高 溫下收縮變形小，高溫體積穩定性好，有利於保持工業窯爐牆襯的整體結構；利用溼法共磨 所配製物料，使物料間相互分散均勻，且粒度更小；通過真空壓濾擠壓成形，可排除坯體中 的大氣孔，可使得到的莫來石骨料內部的氣孔更為微小，且均勻分布，不易出現聚集，能提 升材料的隔熱能力；且骨料內部氣孔呈封閉的球形結構，使骨料具有更高的耐壓強度。
具體實施例方式以下實施例詳細地說明了本發明。實施例1將天然矽石粉與Al2O3含量大於98%的工業氧化鋁按28 72的比例配製，外力口 無煙煤30%、糊精4%、羥甲基纖維素0.4% (均為佔起始料總重量的百分比)。將上述原 料稱量好後，與研磨介質剛玉球、水一起加入筒磨機內。三者比例為，原料研磨介質水 為1 1 1(質量比)。筒磨機轉速設定為20r/m，共磨時間為24h。將共磨好的原料引入真空壓濾機內進行壓濾，壓濾好的料漿經練泥後投入擠泥機內，擠出後切割得到方形坯體。坯體先放在室溫環境中進行自然乾燥，時間為48h。之後，再 將自然乾燥後的坯體在110°C的乾燥器內烘乾24h。烘乾後的坯體入窯進行高溫煅燒，升溫 速率為5°C /min，最高煅燒溫度為1350°C，保溫時間為36h。產品出窯後，經破碎得到這種 高純高強輕質莫來石骨料。 實施例2將天然矽石粉與Al2O3含量大於98%的工業氧化鋁按25 75的比例配製，外力口 30%的炭黑、5%的糊精、0.7%的羥甲基纖維素(均為佔起始料的百分比)。將上述原料 稱量好後，與研磨介質剛玉球、水一起加入筒磨機內。三者比例為，原料研磨介質水為 1:1: 1.2(質量比)。筒磨機轉速設定為20r/m，共磨時間為24h。將共磨好的物料引入 真空壓濾機內進行壓濾，壓濾好的料漿經練泥後投入擠泥機內，擠出後切割得到方形坯體。 坯體先放在室溫環境中進行自然乾燥，時間為36h。之後，再將自然乾燥後的坯體在110°C 的乾燥器內烘乾36h。烘乾後的坯體入窯進行高溫煅燒，升溫速率為5°C /min，最高煅燒溫 度為1400°C，保溫時間為24h。產品出窯後，經破碎得到這種高純高強輕質莫來石骨料。實施例3將天然矽石粉與Al2O3含量大於98%的工業氧化鋁按20 80的比例配製，外力口 28%的石墨、6%的糊精、0.7%的羥甲基纖維素(均為佔起始料的百分比)。將上述原料 稱量好後，與研磨介質剛玉球、水一起加入筒磨機內。三者比例為，原料研磨介質水為 1:1: 1.3(質量比)。筒磨機轉速設定為24r/m，共磨時間為36h。將共磨好的物料引入 真空壓濾機內進行壓濾，壓濾好的料漿經練泥後投入擠泥機內，擠出後切割得到方形坯體。 坯體先放在室溫環境中進行自然乾燥，時間為72h。之後，再將自然乾燥後的坯體在110°C 的乾燥器內烘乾24h。烘乾後的坯體入窯進行高溫煅燒，升溫速率為5°C /min，最高煅燒溫 度為1400°C，保溫時間為24h。產品出窯後，經破碎得到這種高純高強輕質莫來石骨料。
權利要求
一種高純高強輕質莫來石耐火骨料，其特徵在於選用天然矽石和工業高純氧化鋁為起始料，外加入結合劑、添加劑和碳質燒失物，起始料的重量百分比為天然矽石20％～30％、工業氧化鋁70～80％；外加結合劑、添加劑和碳質燒失物的加入量分別佔起始料總重量的百分比為結合劑4％～6％、添加劑0.3％～1.0％和碳質燒失物25％～35％。
2.根據權利要求1所述的高純高強輕質莫來石耐火骨料，其特徵在於結合劑為工業 糊精，燒失物為無煙煤、炭黑或石墨，添加劑為羥甲基纖維素。
3.根據權利要求1所述的高純高強輕質莫來石耐火骨料，其特徵在於工業氧化鋁中 Al2O3的含量大於98%。
4.根據權利要求1所述的高純高強輕質莫來石耐火骨料的製備方法，其特徵在於步 驟一、準備原料，把天然矽石、工業高純氧化鋁、無煙煤分別破粉碎，粒度要小於200目；步驟二、配製混合料，將按一定配比的天然矽石粉、工業高純氧化鋁、無煙煤及外加劑 糊精、添加劑羥甲基纖維素加入筒磨機後，再向筒磨機內加入佔全部料重約100 130% 的水，用剛玉球作研磨介質，進行研磨，全部物料在筒磨機內磨12 36小時得到物料粒度 600-700目的料漿；步驟三、真空壓濾、練泥與擠泥，在真空壓濾機內將料漿壓濾成餅狀，將壓濾好的料餅 在練泥機內處理後，經擠泥機擠成尺寸為230 X 114 X 65mm的坯體；步驟四、自然乾燥和烘乾，坯體在室溫條件下自然乾燥24 72小時，將坯體在乾燥器 內100 200°C的溫度下乾燥24 36小時；步驟五、煅燒和破碎，將乾燥後的坯體於高溫窯內在1300 1400°C下煅燒，升溫速率 為5°C /min，燒24 36小時後得到塊狀莫來石製品；將煅燒後的塊狀莫來石經鄂式和圓錐 破碎機破碎就得到這種高純高強輕質莫來石耐火骨料。
全文摘要
本發明公開了一種高純高強輕質莫來石耐火骨料以及製備方法。這種骨料以天然矽石和工業高純氧化鋁為起始物料，外加入結合劑、添加劑和可在高溫下揮發的碳質燒失物，通過溼法共磨，真空壓濾成形，坯體乾燥後進行煅燒，燒後產物經破碎後得到該種高純高強輕質莫來石耐火骨料。起始料的重量百分比為天然矽石20％～30％、工業高純氧化鋁70～80％；外加的結合劑、添加劑和碳質燒失物的加入量分別佔起始料總重量的百分比為結合劑4％～6％、添加劑0.3％～1.0％和碳質燒失物25％～35％。這種輕質莫來石耐火骨料具有純度高、高溫體積穩定性好、隔熱性好、強度高等優異的性能。
文檔編號C04B14/04GK101817688SQ20101015966
公開日2010年9月1日 申請日期2010年4月29日 優先權日2010年4月29日
發明者於仁紅, 周寧生, 孟慶新, 張三華, 畢玉保, 王慧芳, 胡書禾 申請人:河南科技大學