一種鋯剛玉莫來石質結構隔熱一體化複合磚及製備方法
2023-06-05 06:58:51 1
專利名稱：一種鋯剛玉莫來石質結構隔熱一體化複合磚及製備方法
技術領域：
本發明屬於耐火材料技術領域，尤其涉及一種耐火複合磚及製備方法。
背景技術：
隨著水泥生產新技術的不斷出現，水泥生產主機設備向大型化方向發展，增加產量、提高質量、節能降耗、降低成本成為生產管理中增加效益的關鍵。迴轉窯主要由窯筒體、 耐火磚及傳動設備等組成。在生產過程中，物料中的熱量通過輻射和傳導作用傳遞給窯皮、 耐火磚和窯筒體，傳遞到窯筒體的熱量再通過輻射和對流的方式散發到大氣中。由於導熱係數和材料的厚度決定溫降的多少，耐火磚和窯筒體的導熱係數較大，無論幹法還是溼法， 迴轉窯筒體的熱損失都佔兩者熱耗的四分之一左右，造成了能源的巨大浪費。目前，耐火磚是直接砌築在窯筒體上，不能很好的降溫節能，另外，迴轉窯的極限安全溫度在410°C左右， 如果接近或超過這個溫度，將會存在安全隱患。現有的耐火磚和隔熱磚大大都為單一結構，使用時需將各種性能的磚配合使用， 若在相對固定不動的設備上，如隧道窯、倒閻窯，配合使用都能滿足要求；但在一些相對運動的設備上，如迴轉窯，配合使用就很難滿足要求。一些廠家和研究單位對此進行了研究和攻關，並推出了一些重質和輕質相結合的複合磚，但由於輕質部分結構強度過低，無法滿足使用要求而沒有大範圍推廣，還是以重質磚為主。以海螺集團loooot/d的迴轉窯為例，前過渡帶使用尖晶石磚、燒成帶使用鎂鉻磚，由於尖晶石磚和燒成帶使用的鎂鉻磚的導熱係數大(彡2. 7W/m*K)，使得窯筒體外壁溫度較高(大約在380°C左右，高溫時能達420°C)。 筒體外壁溫度較高，一方面使窯筒體散熱增加，從而加大熟料熱耗，引起熟料單位成本增加；另一方面極易使筒體受熱膨脹，致使窯中部託輪瓦溫度升高，尤其是在使用後期或夏季給設備的正常運行帶來較大隱患。胴體過熱增加了機械設備的損壞機率、加速了筒體變形， 而筒體變形又加速了內襯的機械破壞，其結果是掉磚、停窯，影響水泥迴轉窯的運轉率。因此若能在該部位使用耐火、隔熱雙重功能的複合磚不僅使過渡帶部位的胴體溫度降低，減少散熱損失，而且也有利於設備維護，提高設備運轉率。若在所有高溫部位均使用複合不同部位結構特點的複合磚，則很好地解決了目前存在的問題。
發明內容
為了克服已有迴轉窯用鋯剛玉莫來石磚導熱係數大，本發明的目的在於一種提供具有耐磨性好、耐火度高、結構強度好及保溫隔熱性能好的鋯剛玉莫來石質結構隔熱一體化複合磚及製備方法。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種鋯剛玉莫來石質結構隔熱一體化複合磚，包括緻密鋯剛玉莫來石質重質工作層，以及以輕質骨料和粉料為原料製備的輕質隔熱層，由重質工作層和輕質隔熱層複合而成，重質工作層和輕質隔熱層的長度尺寸比例為1 5 3 1。進一步，所述重質工作層的化學組分質量百分含量如下A1203%為40 83%，SiO2%為12 25%，&02%為5 40%，其餘為原料引入的其他成分。優選的，所述重質工作層由單斜氧化鋯、莫來石、電熔剛玉、蘇州泥、電熔鋯剛玉莫來石、礬土基鋯剛玉莫來石和燒結剛玉莫來石中的一種或幾種組成。所述輕質骨料為氧化鋁空心球、鎂鋁空心球、剛玉空心球、鉻剛玉空心球、鋯剛玉空心球中的一種或幾種的混合物。所述輕質隔熱層中，各種種類的輕質骨料化學組分質量百分含量如下1)氧化鋁空心球，其中Al2O3大於98% ；2)鎂鋁空心球，其中Al2O3為0. 1 99. 9 %，MgO為0. 1 99. 9%；3)剛玉空心球，其中Al2O3大於93%；4)鉻剛玉空心球，其中Al2O3為70 99. 9%， Cr2O3為0. 1 30% ；5)鋯剛玉空心球，其中Al2O3為90 99. 9%, ZrO2為0. 1 10%。一種鋯剛玉莫來石質結構隔熱一體化複合磚的製備方法，所述製備方法的步驟如下(1)重質工作層配料所述重質工作層中，成分質量百分含量為Al2O3ZrO2 %為5 30 %，其餘為原料引入的其他成分；先將不大於325目粉料按比例配好後在球磨機中混合均勻，再在其餘骨料顆粒與外加結合劑混合均勻後加入混合好的粉料攪拌均勻備用；(2)輕質隔熱層配料採用的輕質骨料為氧化鋁空心球、剛玉空心球、鎂鋁空心球、鉻剛玉空心球、鋯剛玉空心球中的一種或幾種的混合物，先把輕質骨料稱量好，把輕質骨料按比例和外加結合劑混合均勻，然後按比例加入粉料攪拌均勻備用；(3)成型完成配料之後，用隔板把成型模具的料腔隔成兩部分，緻密工作層和輕質隔熱層的長度尺寸比例為1 5 3 1，加料後抽出隔板，採用振動加壓或機壓成型；(4)燒成成型後的坯體取出經80 150°C烘乾後裝窯於1600 1700°C保溫3 8小時燒成。進一步，所述步驟(3)中，成型過程在振動壓機、摩擦壓機或油壓機上進行。所述步驟(1)中，重質工作層採用的原料顆粒級配為不小於Imm顆粒35 45%， 小於Imm顆粒25 35%，325目細粉25 35%，外加結合劑3 5% ；在配料時先將不大於325目粉料按比例配好後在球磨機中混合均勻，再在其餘骨料顆粒與外加結合劑混合均勻後加入混合好的粉料，攪拌時間為10 30分鐘。所述步驟O)中，所述輕質隔熱層採用的輕質骨料粒徑為0. 2 5mm，自然堆積密度0. 6 1. Og/cm3,輕質隔熱層中原料質量配比為輕質骨料55 70%，不大於325目細粉 30 45 %，外加結合劑6 10 %，在配料時先把輕質骨料按比例和外加結合劑混合均勻，然後按比例加入粉料，攪拌時間為10 30分鐘。所用的外加結合劑為鋁膠、矽膠、硫酸鋁溶液、紙漿廢液、木質磺酸鹽溶液、甲基纖維素溶液中的一種。本發明的具有的有益效果是在不降低材料使用壽命的情況下，抗磨損、抗剝落性能優良、導熱係數低和結構強度高，直接用於窯爐的砌築施工方便，產品具有節約能耗，降低材料消耗和減少迴轉窯耐火材料用量的作用，並且能夠延長設備使用壽命。
圖1是鋯剛玉莫來石質結構隔熱一體化複合磚的結構圖。圖中1、重質工作層，2、輕質隔熱層。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步說明。參照圖1，一種鋯剛玉莫來石質結構隔熱一體化複合磚，包括緻密鋯剛玉莫來石質重質工作層1，以及以輕質骨料和粉料為原料製備的輕質隔熱層2，由重質工作層1和輕質隔熱層2複合而成，重質工作層1和輕質隔熱層2的長度尺寸比例為1 5 3 1。所述重質工作層的化學組分質量百分含量如下A1203%為40 83%，Si02%為 12 25%，為5 40%，其餘為原料引入的其他成分。所述重質工作層由單斜氧化鋯、莫來石、電熔剛玉、蘇州泥、電熔鋯剛玉莫來石、礬土基鋯剛玉莫來石和燒結剛玉莫來石中的一種或幾種組成。所述輕質骨料為氧化鋁空心球、鎂鋁空心球、剛玉空心球、鉻剛玉空心球、鋯剛玉空心球中的一種或幾種的混合物。所述輕質隔熱層中，各種種類的輕質骨料化學組分質量百分含量如下1)氧化鋁空心球，其中Al2O3大於98% ；2)鎂鋁空心球，其中Al2O3為0. 1 99. 9 %，MgO為0. 1 99. 9%；3)剛玉空心球，其中Al2O3大於93%；4)鉻剛玉空心球，其中Al2O3為70 99. 9%， Cr2O3為0. 1 30% ；5)鋯剛玉空心球，其中Al2O3為90 99. 9%, ZrO2為0. 1 10%。所用的外加結合劑為鋁膠、矽膠、硫酸鋁溶液、紙漿廢液、木質磺酸鹽溶液、甲基纖維素溶液中的一種。實施例1 本實施例重質工作層所採用的原料及其質量百分含量為(1)大於Imm單斜氧化鋯3% ；(2)大於 Imm 莫來石 36 % ；(3)小於Imm電熔剛玉3% ；(4)小於Imm單斜氧化鋯2% ；(5)小於 Imm 莫來石 27 % ；(6)325 目蘇州泥 3% ；(7)325目莫來石；(8)外加結合劑硫酸鋁溶液5 %。按上述配比所得重質工作層Al2O3的質量百分含量為64. 4%, SiO2的質量百分含量為25. 0%, ZrO2的質量百分含量為5. 0%，其餘為原料引入的其他成分。輕質工作層所採用的原料及其質量百分含量為氧化鋁空心球21%，鉻剛玉空心球34%，325目電熔剛玉粉27% ；325目莫來石粉18%，外加結合劑硫酸鋁溶液10%，所用氧化鋁空心球中Al2O3的質量百分含量為98. 7%，鉻剛玉空心球中Al2O3的質量百分含量為 84%, Cr2O3的質量百分含量為13%。製備工藝包括以下步驟(1)配料
重質工作層的配料工藝為先將不大於325目莫來石和蘇州泥按比例配好後在球磨機中混合均勻，然後在其餘骨料顆粒與結合劑混合均勻後加入混合好的粉料，攪拌27分鐘後備用；輕質隔熱層的配料工藝為將氧化鋁空心球和鉻剛玉空心球與結合劑按比例混合均勻，然後按比例加入325目電熔剛玉粉和325目莫來石粉攪拌19分鐘備用。(2)成型完成配料之後，用隔板把成型模具的料腔隔成兩部分，重質工作層和高強輕質隔熱層的長度尺寸比例為1 3，加料後抽出隔板，採用振動加壓成型。(3)燒成成型後的坯體取出經150°C烘乾後裝窯於1700°C保溫5小時燒成。實施例2 本實施例重質工作層所採用的原料及其質量百分含量為大於1謹燒結剛玉莫來石砂41 % ；不大於Imm燒結剛玉莫來石砂27% ；325目燒結剛玉莫來石粉；不大於325目蘇州泥3% ；外加結合劑木質磺酸鹽溶液3%按上述配比所得重質工作層Al2O3的質量百分含量為40. 0%，SiO2的質量百分含量為23. 1%, ZrO2的質量百分含量為13. 6%，其餘為原料引入的其他成分。輕質工作層所採用的原料及其質量百分含量為鎂鋁空心球33%，鋯剛玉空心球 37%，α-Al2O3微粉17%;325目莫來石粉19%。外加結合劑木質磺酸鹽溶液7%，所用鋯剛玉空心球中各成分質量百分含量為Al20392%，Zr027% ；鎂鋁空心球中Mg073%，Α120#6%。製備工藝包括以下步驟(1)配料重質工作層的配料工藝為先將不大於325目蘇州泥和325目燒結剛玉莫來石粉按比例配好後在球磨機中混合均勻，然後在其餘骨料顆粒與結合劑混合均勻後加入混合好的粉料，攪拌30分鐘後備用；輕質隔熱層的配料工藝為將鋁鎂空心球和鋯剛玉空心球與結合劑按比例混合均勻，然後按比例加入α-Al2O3微粉和325目莫來石粉攪拌17分鐘備用。(2)成型完成配料之後，用隔板把成型模具的料腔隔成兩部分，重質工作層和高強輕質隔熱層的長度尺寸比例為5 1，加料後抽出隔板，採用油壓機加壓成型。(3)燒成成型後的坯體取出經130°C烘乾後裝窯於1650°C保溫3小時燒成。實施例3 本實施例重質工作層所採用的原料及其質量百分含量為(1)大於Imm電熔剛玉莫來石砂39% ；(2)小於Imm燒結剛玉莫來石砂33% ；(3)325目燒結剛玉莫來石粉25% ；(4)小於325目蘇州泥3% ；(5)外加結甲基纖維素溶液4%
按上述配比所得重質工作層Al2O3的質量百分含量為61. 3%, SiO2的質量百分含量為16. 3%, ZrO2的質量百分含量為19. 4%，其餘為原料引入的其他成分。輕質工作層所採用的原料及其質量百分含量為剛玉空心球62%，325目柱紅石 23% ；325目焦寶石15%。外加結合劑紙漿廢液10%。製備工藝包括以下步驟(1)配料重質工作層的配料工藝為先將325目蘇州泥和莫來石粉按比例配好後在球磨機中混合均勻，然後在其餘骨料顆粒與結合劑混合均勻後加入混合好的粉料，攪拌23分鐘後輕質隔熱層的配料工藝為將剛玉空心球與結合劑按比例混合均勻，然後按比例加入柱紅石和焦寶石攪拌18分鐘備用。(2)成型完成配料之後，用隔板把成型模具的料腔隔成兩部分，重質工作層和高強輕質隔熱層的長度尺寸比例為3 2，加料後抽出隔板，採用振動加壓成型。(3)燒成成型後的坯體取出經120°C烘乾後裝窯於1650°C保溫3小時燒成。實施例4 本實施例重質工作層所採用的原料及其質量百分含量為(1)大於Imm礬土基剛玉莫來石砂37% ；(2)小於Imm燒結剛玉莫來石砂31% ；(3) 325目礬土基剛玉莫來石粉四% ；(4)不大於325目蘇州泥3% ；(5)外加結甲基纖維素溶液4%按上述配比所得重質工作層Al2O3的質量百分含量為66. 0%，SiO2的質量百分含量為20. 4%, ZrO2的質量百分含量為10. 7%，其餘為原料引入的其他成分。輕質工作層所採用的原料及其質量百分含量為氧化鎂空心球21%，鎂鋁空心球 43%，高鋁微粉沈％和紅柱石10%，外加木質磺酸鹽溶液6%。所用氧化鎂空心球中的MgO 為95%，鎂鋁空心球中Mg073%, A120326%o製備工藝包括以下步驟(1)配料重質工作層的配料工藝為先將325目蘇州泥和礬土基剛玉莫來石粉按比例配好後在球磨機中混合均勻，然後在其餘骨料顆粒與結合劑混合均勻後加入混合好的粉料，攪拌W分鐘後備用；輕質隔熱層的配料工藝為將氧化鎂空心球、鎂鋁空心球與結合劑按比例混合均勻，然後按比例加入柱紅石和高鋁微粉攪拌17分鐘備用。(2)成型完成配料之後，用隔板把成型模具的料腔隔成兩部分，重質工作層和高強輕質隔熱層的長度尺寸比例為4 3，加料後抽出隔板，採用振動加壓成型。(3)燒成成型後的坯體取出經130°C烘乾後裝窯於1630°C保溫3小時燒成。
權利要求
1.一種鋯剛玉莫來石質結構隔熱一體化複合磚，其特徵在於包括緻密鋯剛玉莫來石質重質工作層，以及以輕質骨料和粉料為原料製備的輕質隔熱層，由重質工作層和輕質隔熱層複合而成，重質工作層和輕質隔熱層的長度尺寸比例為1 5 3 1。
2.根據權利要求1所述的鋯剛玉莫來石質結構隔熱一體化複合磚，其特徵在於所述重質工作層的化學組分質量百分含量如下=Al2O3%為40 83%，SiO2%為12 25%， ZrO2%為5 40 %，，其餘為原料引入的其他成分。
3.根據權利要求1或2所述的鋯剛玉莫來石質結構隔熱一體化複合磚，其特徵在於 所述重質工作層由單斜氧化鋯、莫來石、電熔剛玉、蘇州泥、電熔鋯剛玉莫來石、礬土基鋯剛玉莫來石和燒結剛玉莫來石中的一種或幾種組成。
4.根據權利要求1或2所述的鋯剛玉莫來石質結構隔熱一體化複合磚，其特徵在於 所述輕質骨料為氧化鋁空心球、鎂鋁空心球、剛玉空心球、鉻剛玉空心球、鋯剛玉空心球中的一種或幾種的混合物。
5.根據權利要求4所述的鋯剛玉莫來石質結構隔熱一體化複合磚，其特徵在於所述輕質隔熱層中，各種種類的輕質骨料化學組分質量百分含量如下1)氧化鋁空心球，其中 Al2O3大於98%；2)鎂鋁空心球，其中Al2O3為0. 1 99. 9%，MgO為0. 1 99. 9%；3)剛玉空心球，其中Al2O3大於93% ；4)鉻剛玉空心球，其中Al2O3為70 99. 9%, Cr2O3為0. 1 30% ；5)鋯剛玉空心球，其中Al2O3為90 99. 9%，ZrO2為0. 1 10%。
6.一種如權利要求1所述的鋯剛玉莫來石質結構隔熱一體化複合磚的製備方法，其特徵在於所述製備方法的步驟如下(1)重質工作層配料所述重質工作層中，成分質量百分含量為Al2O3ZrO2 %為5 30 %，其餘為原料引入的其他成分；先將不大於325目粉料按比例配好後在球磨機中混合均勻，再在其餘骨料顆粒與外加結合劑混合均勻後加入混合好的粉料攪拌均勻備用；(2)輕質隔熱層配料採用的輕質骨料為氧化鋁空心球、剛玉空心球、鎂鋁空心球、鉻剛玉空心球、鋯剛玉空心球中的一種或幾種的混合物，先把輕質骨料稱量好，把輕質骨料按比例和外加結合劑混合均勻，然後按比例加入粉料攪拌均勻備用；(3)成型完成配料之後，用隔板把成型模具的料腔隔成兩部分，緻密工作層和輕質隔熱層的長度尺寸比例為1 5 3 1，加料後抽出隔板，採用振動加壓或機壓成型；(4)燒成成型後的坯體取出經80 150°C烘乾後裝窯於1600 1700°C保溫3 8小時燒成。
7.根據權利要求6所述的鋯剛玉莫來石質結構隔熱一體化複合磚的製備方法，其特徵在於所述步驟(3)中，成型過程在振動壓機、摩擦壓機或油壓機上進行。
8.根據權利要求6或7所述的鋯剛玉莫來石結構隔熱一體化複合磚的製備方法，其特徵在於所述步驟(1)中，重質工作層採用的原料顆粒級配為不小於Imm顆粒35 45%， 小於Imm顆粒25 35%，325目細粉25 35%，外加結合劑3 5% ；在配料時先將不大於325目粉料按比例配好後在球磨機中混合均勻，再在其餘骨料顆粒與外加結合劑混合均勻後加入混合好的粉料，攪拌時間為10 30分鐘。
9.根據權利要求6或7所述的鋯剛玉莫來石質結構隔熱一體化複合磚的製備方法，其特徵在於所述步驟O)中，所述輕質隔熱層採用的輕質骨料粒徑為0. 2 5mm，自然堆積密度0. 6 1. Og/cm3,輕質隔熱層中原料質量配比為輕質骨料55 70%，不大於325目細粉30 45%，外加結合劑6 10%，在配料時先把輕質骨料按比例和外加結合劑混合均勻，然後按比例加入粉料，攪拌時間為10 30分鐘。
10.根據權利要求6或7中所述的鋯剛玉莫來石質結構隔熱一體化複合磚的製備方法， 其特徵在於所用的外加結合劑為鋁膠、矽膠、硫酸鋁溶液、紙漿廢液、木質磺酸鹽溶液、甲基纖維素溶液中的一種。
全文摘要
一種鋯剛玉莫來石質結構隔熱一體化複合磚，包括緻密鋯剛玉莫來石質重質工作層，以及以輕質骨料和粉料為原料製備的輕質隔熱層，由重質工作層和輕質隔熱層複合而成，重質工作層和輕質隔熱層的長度尺寸比例為1～5∶3～1。以及提供一種鋯剛玉莫來石質結構隔熱一體化複合磚的製備方法。本發明耐磨性好、耐火度高、結構強度好及保溫隔熱性能好。
文檔編號C04B35/66GK102285813SQ20111015070
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月6日 優先權日2011年6月6日
發明者王家邦 申請人:浙江大學