鋁礬土複合耐火磚及其製備方法和應用與流程
2023-07-23 18:52:16
本發明屬於耐火材料
技術領域：
，具體的說，涉及了一種鋁礬土複合耐火磚及其製備方法和應用。
背景技術：
：在現代碳素工業中，用焙燒爐生產陽極碳塊已經十分普遍，碳素焙燒爐的主要任務是焙燒電解鋁用陽極碳塊。現有技術的焙燒爐火道牆由粘土磚砌築而成，燃料在火道內進行燃燒，並通過高載荷紅柱石複合耐火磚材料將熱量傳遞給臨近料箱內的陽極碳塊，陽極碳塊在不接觸火焰的氣氛中焙燒。所以，耐火材料在陽極焙燒爐中除了要經受長期的高溫、高壓外，還要承受周期性的溫度變化，因此，對耐火材料的要求是高溫蠕變率低，荷重軟化溫度高、比較好的熱震穩定性。而在我國目前的市場上，碳素焙燒爐用耐火材料生產雖然已非常普遍，但是，無論是粘土質耐火材料還是高鋁質耐火材料或一般的蠕變耐火材料都存在荷重軟化點不高、熱震穩定性差、長時間使用蠕變率大等缺點，會導致火道牆過早的出現變形，損壞，陽極碳塊生產受到很大影響。為了解決以上存在的問題，人們一直在尋求一種理想的技術解決方案。技術實現要素：本發明的目的是針對現有技術的不足，從而提供一種具有較高的熱震性、較高的荷重軟化溫度和較好的熱穩定性的鋁礬土複合耐火磚。為了實現上述目的，本發明所採用的技術方案是：一種鋁礬土複合耐火磚，包括主料和添加劑，所述主料包括下述質量百分數的原料：鋁礬土熟料大顆粒20%～35%、鋁礬土熟料小顆粒15%～30%、結合粘土細粉5%～15%、鋁礬土熟料細粉15%～30%和紅柱石微粉5%～20%；所述添加劑的質量為所述主料質量的4.5%～5.5%。基於上述，所述主料包括下述質量百分數的原料：鋁礬土熟料大顆粒30%、鋁礬土熟料小顆粒27%、結合粘土細粉10%、鋁礬土熟料細粉28%和紅柱石微粉5%。基於上述，所述鋁礬土熟料大顆粒的粒度為1mm～3mm；所述鋁礬土熟料小顆粒的粒度小於1mm。基於上述，所述紅柱石微粉的粒度小於0.043mm。基於上述，所述結合粘土細粉的粒度小於0.074mm、所述鋁礬土熟料細粉的粒度小於0.074mm。基於上述，所述添加劑為紙漿水。其中，所述主料包括骨料和細料，所述鋁礬土複合耐火磚以原料中的鋁礬土熟料大顆粒、鋁礬土熟料小顆粒為骨料，以結合粘土細粉、鋁礬土熟料細粉和紅柱石微粉為細料，通過所述鋁礬土熟料細粉進行混合。本發明還提供一種所述的鋁礬土複合耐火磚的製備方法，包括以下步驟：（1）按照上述質量百分數的原料計算，將鋁礬土熟料大顆粒、鋁礬土熟料小顆粒及添加劑進行混碾製得預製泥料；然後向所述預製泥料中加入結合粘土細粉、鋁礬土熟料細粉和紅柱石微粉並進行混碾製得混碾泥料；（2）將所述混碾泥料壓製成磚坯，所述磚坯經乾燥、煅燒後製得所述鋁礬土複合耐火磚。基於上述，所述步驟（2）包括：將所述混碾泥料壓製成磚坯，並將所述磚坯在溫度為60℃～130℃條件下進行乾燥24小時～36小時；然後將乾燥後的所述磚坯在1450℃～1480℃的溫度下進行煅燒10小時～24小時，從而製得所述鋁礬土複合耐火磚。本發明還提供一種上述鋁礬土複合耐火磚的應用，所述鋁礬土複合耐火磚應用於碳素焙燒爐中。本發明所提供的鋁礬土複合耐火磚原料中各成分的性能作用如下：鋁礬土熟料：是指鋁礬土礦物經過煅燒後的物料，其主要成分為水鋁石和高鋁矽石，具有較高的耐燒性能，常用來製備各種高鋁磚，是冶金工業和其它工業廣泛使用的耐火或防腐材料。紅柱石：晶體屬正交（斜方）晶系的島狀結構矽酸鹽礦物，紅柱石在磚坯煅燒過程中會發生不可逆的晶體轉化形成具有良好的莫來石網絡的莫來石，從而使其具有1800℃以上的耐火性能，且耐驟冷驟熱、機械強度大、抗熱衝擊力和抗渣性強、荷重轉化點高，並具有極高的化學穩定性和極強的抗化學腐蝕性，從而使得製備的所述鋁礬土複合耐火磚具有高荷軟、低蠕變、高抗熱震性能。結合粘土：結合粘土主要為高嶺石、氧化矽與氧化鋁，色白而耐火，為配製瓷土之主要原料，是一種高可塑性粘土。結合粘土細粉的性能受諸多因素影響，與礦物成分、礦物性能、礦物結晶特徵、礦物的顆粒大小、電解質類型、粘土的成因規律和加工工藝等因素有密切的關係。本案中選取氧化鋁含量為34%～37%、氧化鐵小於1.5%的優質結合粘土，利用其較好的粘結性和可塑性使得各顆粒和微粉之間粘結緊密且使得鋁礬土複合耐火磚坯成型性更強。本發明相對現有技術具有突出的實質性特點和顯著的進步，具體的說，本發明將不同粒度的鋁礬土熟料、紅柱石、結合粘土和鋁礬土熟料進行混合，使得製備的磚坯各個部位成分配比搭配一致，保證了煅燒所得的鋁礬土複合耐火磚各部位性能的一致性，同時原料中含有大量稜角突出的粒度料，增大了臨界粒度，為鋁礬土複合耐火磚提供了牢固的骨架結構使其在使用過程中不易產生變形。同時，分別利用鋁礬土熟料、紅柱石、結合粘土的耐燒特性和較好的成型性及紅柱石在煅燒過程形成的具有抗熱衝擊力、抗渣性強、荷重轉化點高的莫來石，使得製備的鋁礬土複合耐火磚具有高荷軟、低蠕變、高抗熱震性能，從而提高了應用所述鋁礬土複合耐火磚砌築火道牆的碳素焙燒爐使用壽命。且該方法採用的原料易得、成分搭配合理，製備步驟簡單。具體實施方式下面通過具體實施方式，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。實施例1本實施例提供一種鋁礬土複合耐火磚，它包括骨料、細料和紙漿水，其中，所述紙漿水的質量為所述骨料和所述細料總質量的4.5%；所述骨料和所述細料包括下述質量百分數的原料：鋁礬土熟料大顆粒30%、鋁礬土熟料小顆粒27%、結合粘土細粉10%、鋁礬土熟料細粉28%和紅柱石微粉5%。其中，所述鋁礬土熟料大顆粒的粒度為1mm～3mm、所述鋁礬土熟料小顆粒的粒度小於1mm、所述紅柱石微粉的粒度小於0.043mm、所述結合粘土細粉的粒度小於0.074mm、所述鋁礬土熟料細粉的粒度小於0.074mm。各原料中的化學成分如表1所示。表1、各原料主要化學成分原料Al2O3Fe2O3K2O+NaO燒失量紅柱石微粉55%～58%≤1.1%≤1.0%--鋁礬土熟料大顆粒、小顆粒、細粉≥80%≤1.5%≤0.6%--結合粘土細粉34%～37%≤1.5%≤0.5%11%～13%本實施例還提供一種所述鋁礬土複合耐火磚的製備方法，具體製備步驟包括：分別將鋁礬土熟料、紅柱石、結合粘土進行粉碎製得上述粒度的原料。將上述質量百分數的所述鋁礬土熟料大顆粒、所述鋁礬土熟料小顆粒和所紙漿水進行混碾3分鐘～5分鐘製得預製泥料；然後向所述預製泥料中加入所述結合粘土細粉、所述鋁礬土熟料細粉和所述紅柱石微粉並進行混碾10分鐘～20分鐘，製得混碾泥料。採用壓力噸位大於315噸的制磚機將所述混碾泥料壓製成磚坯，然後將所述磚坯放入隧道式乾燥洞中進行乾燥24小時，其中控制所述隧道式乾燥洞的進口溫度為60℃、出口溫度為130℃；將乾燥後的所述磚坯裝入燃氣隧道窯中在1470℃的溫度下進行煅燒10小時，從而製得所述鋁礬土複合耐火磚。經檢測，本實施例製得的所述鋁礬土複合耐火磚密度為2.52g/cm3。由本實施例提供的製備方法製備的鋁礬土複合耐火磚，可應用於砌築碳素焙燒爐火道牆。實施例2本實施例提供一種鋁礬土複合耐火磚，具體原料成分與實施例1大致相同，不同之處在於，本實施例中所述紙漿水的質量為所述骨料和所述細料總質量的5%，所述骨料和所述細料包括下述質量百分數的原料：鋁礬土熟料大顆粒31%、鋁礬土熟料小顆粒28%、結合粘土細粉15%、鋁礬土熟料細粉20%和紅柱石微粉6%。本實施例所述的鋁礬土複合耐火磚的製備方法與實施例1中的製備方法大致相同，不同之處在於：將所述混碾泥料壓製成磚坯，然後將所述磚坯放入隧道式乾燥洞中進行乾燥24小時，其中控制所述隧道式乾燥洞的進口溫度為60℃、出口溫度為130℃；將乾燥後的所述磚坯裝入燃氣隧道窯中在1470℃的溫度下進行煅燒10小時，從而製得所述鋁礬土複合耐火磚。經檢測，本實施例製得的所述鋁礬土複合耐火磚密度為2.51g/cm3。由本實施例提供的製備方法製備的鋁礬土複合耐火磚，可應用於砌築碳素焙燒爐火道牆。實施例3本實施例提供一種鋁礬土複合耐火磚，具體原料成分與實施例1大致相同，不同之處在於，本實施例中，所述紙漿水的質量為所述骨料和所述細料總質量的5.5%，所述骨料和所述細料包括下述質量百分數的原料：鋁礬土熟料大顆粒30%、鋁礬土熟料小顆粒27%、結合粘土細粉20%、鋁礬土熟料細粉18%和紅柱石微粉5%。本實施例所述的鋁礬土複合耐火磚的製備方法與實施例1中的製備方法大致相同，不同之處在於：將所述混碾泥料壓製成磚坯，然後將所述磚坯放入隧道式乾燥洞中進行乾燥24小時，其中控制所述隧道式乾燥洞的進口溫度為60℃、出口溫度為130℃；然後將乾燥後的磚坯在1470℃的溫度下進行煅燒20小時，從而製得所述鋁礬土複合耐火磚。經檢測，本實施例製得的所述鋁礬土複合耐火磚密度為2.47g/cm3。由本實施例提供的製備方法製備的鋁礬土複合耐火磚，可應用於砌築碳素焙燒爐火道牆。鋁礬土複合耐火磚性能檢測：分別對實施例1～3製備的鋁礬土複合耐火磚中Al2O3、Fe2O3含量、顯氣孔率、常溫耐壓強度和1350℃高溫抗折強度性能進行檢測，並在0.2MPa壓力、1280℃煅燒25小時的蠕變率進行檢測，檢測結果如表2所示。表2、鋁礬土複合耐火磚性能檢測從上表中可以看出：實施例1～3提供的鋁礬土複合耐火磚的軟化點大於1450℃、常溫耐壓強度大於70MPa、蠕變率絕對值小於0.4%、顯氣孔率介於17%～18%之間、熱膨脹率小於0.7%，因此所述鋁礬土複合耐火磚各項性能指標符合GB/T3994-2013規定的指標，所述鋁礬土複合耐火磚具有載荷軟化溫度高、低蠕變、高抗熱震的性能，能應用於砌築碳素焙燒爐火道牆來焙燒生產陽極碳塊。最後應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制；儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本發明的具體實施方式進行修改或者對部分技術特徵進行等同替換；而不脫離本發明技術方案的精神，其均應涵蓋在本發明請求保護的技術方案範圍當中。當前第1頁1 2 3