一種用於迴轉窯的耐高溫磚CFM及其製備方法、迴轉窯與流程
2023-04-30 08:31:31 2
本發明涉及建材領域，尤其是涉及一種用於迴轉窯的耐高溫磚及其製備方法、迴轉窯。
背景技術：
隨著迴轉窯特別是如水泥迴轉窯的大型化，迴轉窯內氣流溫度越來越高，由於現有的窯體材料導熱係數高，直接導致窯體表面溫度也隨著大幅升高，這不僅直接對迴轉窯造成高溫破壞，而且保溫效果差，造成熱量浪費，無法滿足人們對生產成本、節能、環保等方面的要求。
簡單的添加部分微孔骨料不能有效降低熱導率、而複合結構因材質、密度、使用環境的溫度不同，造成磚體膨脹不一致而開裂。重質部分開裂剝落後輕質部分無法滿足使用要求，因而壽命不長，並且生產過程工藝複雜。
有鑑於此，特提出本發明。
技術實現要素：
本發明的第一目的在於提供一種用於迴轉窯的耐高溫磚，所述的材料解決了熱傳導係數高等問題。
本發明的第二目的在於提供上述用於迴轉窯的耐高溫磚的製備方法，所述的製備方法路線簡單、條件溫和，容易推廣。
本發明的第三目的在於提供一種迴轉窯，所述的迴轉窯耐高溫，熱傳導係數低，保溫效果好，可以提高熱量利用率，達到節能、環保生產的目的。
為了實現以上目的，本發明提供了以下技術方案：
本專利發明的解決方案是(CFM方案)：
根據耐火磚工藝過程中大骨料、細骨料、基質部分物料形態的不同及在磚體中承擔的主要功能不同，區別於複合磚空間結構利用，從原料特性上充分利用其性能，因體裁衣，將各種物料主要特點結合到一起。
骨料大顆粒部分(Coares particles,，簡稱C)：採用高強微孔骨料，保證磚體強度的前提下主要實現其低導熱性能，低彈性模量性能，。
骨料細顆粒部分(Fine aggregates,，簡稱F)：採用空心球狀骨料，進一步保證低導熱性能，並因其球形結構來優化抗侵蝕性能，抗熱震性能，抗剪切應力性能，。
基質部分(Matrix,，簡稱M)：採用合適的微粉保證悲憤填膺體的掛窯皮性能，抗侵蝕性能。
將上述三種功能的物料加入矢量的結合劑，經混合，成型，燒結而得到能降低迴轉窯高溫帶簡體溫度的無鉻環保節能，而壽命又長的耐火磚。
具體方案如下：
一種用於迴轉窯的耐高溫磚CFM，主要由以下材料混合燒結而成：
按重量計，大顆粒骨料30-45％，細顆粒骨料10-15％，基質餘量；
所述大顆粒骨料的粒徑為1mm-4mm，並且含10-100wt％的微孔尖晶石；
所述細顆粒骨料的粒徑為1mm以下，並且含10-100wt％的尖晶石空心球。
與現有技術相比，本發明的創新點在於利用不同粒徑以及孔隙率的原料製成磚，而且引入輕質骨料—微孔尖晶石和尖晶石空心球，這樣不僅提高了磚的孔隙率，以降低導熱係數和彈性模量，以及提高抗熱震性和抗剪切力；而且不同級別骨料組合互補不僅沒有因為孔隙率提高使材料強度降低，反而提高了磚的強度；另外，本發明所採用的三種原料的兼容性好，容易混勻，因此製成的磚膨脹係數分布均勻，減小了膨脹開裂現象。
本發明所述大顆粒骨料的粒徑可以是1mm-4mm，或者1mm-3mm，或者1mm-2mm。
本發明所述細顆粒骨料的粒徑可以是0.1-1mm，或者0.01-1mm，或者0.01-0.1mm。
本發明所述基質主要為滿足掛窯皮性能，為多種礦石組合而成，例如鎂鐵砂、改性水泥、鐵鋁礦等。
以上配方是本發明的基本配方，在此基礎上可作進一步改進，例如：
優選地，按重量計，大顆粒骨料30-40％，細顆粒骨料12-15％，基質餘量。
該配方製成的磚的導熱係數更低，低於2.5W/m·℃(1000℃)。
優選地，所述大顆粒骨料還含有15-20wt％鎂砂。
優選地，所述微孔尖晶石為輕燒鎂、工業氧化鋁燒結而成的尖晶石；
優選地，所述尖晶石空心球為鎂鋁尖晶石空心球、鐵鋁尖晶石空心球、鎂鈣尖晶石空心球、鋁鈦尖晶石空心球中的一種或多種，優選鎂鋁尖晶石空心球與鐵鋁尖晶石空心球以1:1-3的質量比組合而成。
優選地，所述細顆粒骨料還可以包含15-40wt％的鎂鐵粉。
為了增強三種原料間的相容性和粘合性，促使三種原料在原子結構上更大程度地結合，還可以加入結合劑，所述結合劑可選用木質素、甲基纖維素、氯化鎂、磷酸二氫鋁中的一種或多種，優選木質素/甲基纖維素，更優選木質素與甲基纖維素以1:0.5-2的質量比組成；
按重量計，所述結合劑的用量為1-3％。
本發明上述的耐高溫磚既可以採用現有的工藝製成，但現有工藝不能最大程度發揮配方的優勢，優選採用以下以下方法製得：
按照配方，將所有原料混合、成型、燒結；
優選地，所述燒結的方法為在1500-1700℃下保持2-10小時。
優選地，所述燒結的方法為在1550-1700℃燒結。
如上文所述，本發明的耐高溫磚主要用於製作迴轉窯，尤其是迴轉窯的高溫段，但本發明對其用途並不作限制，其可以應用任意適用的領域。
綜上，與現有技術相比，本發明達到了以下技術效果：
(1)通過引入尖晶石空心球輕質原料，並與大顆粒骨料、基質組合，達到了降低導熱係數、提高強度的效果。
(2)引入特定類型、特定比例的結合劑提高磚的強度。
(3)提供的工藝能更大程度地發揮磚的配方優勢，同時使膨脹係數均勻分布，減少磚因膨脹係數分布不均勻導致的開裂現象。
(4)通過高強微孔尖晶石，空心球等輕質骨料大比例的引入，大大降低了磚的導熱係數而又犧牲磚的強度、耐磨性等。當傳統磚在100－120mm厚度時會因導熱係數高，「胴」體表面溫度過高而得拆除，而本產品因導熱係數低，耐磨性好，可以再繼續使用1－2個月。
具體實施方式
下面將結合具體實施方式對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，但是本領域技術人員將會理解，下列所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例，僅用於說明本發明，而不應視為限制本發明的範圍。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。實施例中未註明具體條件者，按照常規條件或製造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未註明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。
本發明的創新點在於利用不同粒徑以及孔隙率的原料製成磚，而且引入輕質骨料—微孔尖晶石和尖晶石空心球，這樣不僅提高了磚的孔隙率，以降低導熱係數和彈性模量，以及提高抗熱震性和抗剪切力；而且不同級別骨料組合互補不僅沒有因為孔隙率提高使材料強度降低，反而提高了磚的強度；另外，本發明所採用的三種原料的兼容性好，容易混勻，因此製成的磚膨脹係數分布均勻，減小了膨脹開裂現象。
在此基礎上，提供以下實施例。
實施例1
配方：
按重量計，大顆粒骨料30％，細顆粒骨料15％，基質餘量。
大顆粒骨料由10wt％鎂砂與90wt％的微孔尖晶石組成，粒徑範圍為1mm-3mm。微孔尖晶石為輕燒鎂、工業氧化鋁燒結而成的鎂鋁尖晶石。
細顆粒骨料由10wt％的鎂鐵粉與90wt％的尖晶石空心球組成，粒徑範圍為0.5-1mm。尖晶石空心球為鎂鋁尖晶石空心球與鐵鋁尖晶石空心球以1:1的質量比組合而成。
基質由鎂鐵砂、改性水泥以2：1的組成。
工藝：
(1)配料：按照上述配方將所有原料混合，再加入1％的甲基纖維素，攪拌。
(2)成型：將步驟(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)乾燥及燒結：
將步驟(2)的定型料經100℃乾燥後，再升溫至1850-1900℃燒結12小時。
實施例2
與實施例1的區別在於大顆粒骨料中微孔尖晶石的含量不同，配方為：
按重量計，大顆粒骨料40％，細顆粒骨料10％，基質餘量。
大顆粒骨料由20wt％鎂砂與80wt％的微孔尖晶石組成，粒徑範圍為3mm-4mm。微孔尖晶石為輕燒鎂、工業氧化鋁燒結而成的鎂鋁尖晶石。
細顆粒骨料由25wt％的鎂鐵粉與75wt％的尖晶石空心球組成，粒徑範圍為0.1mm-0.5mm。尖晶石空心球由鎂鋁尖晶石空心球與鐵鋁尖晶石空心球以1:3的質量比組合而成。
基質由鎂鐵砂、改性水泥以2：1的組成。
工藝：
(1)配料：按照上述配方將所有原料混合，再加入3％的甲基纖維素，攪拌。
(2)成型：將步驟(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)乾燥及燒結：
將步驟(2)的定型料經100℃乾燥後，再升溫至1700-1750℃燒結13小時。
實施例3
與實施例1的區別在於大顆粒骨料中微孔尖晶石的含量不同，配方為：
按重量計，大顆粒骨料35％，細顆粒骨料12％，基質餘量。
大顆粒骨料由100wt％的微孔尖晶石組成，粒徑範圍為2mm-4mm。微孔尖晶石為輕燒鎂、工業氧化鋁燒結而成的尖晶石。
細顆粒骨料由25wt％的鎂鐵粉與75wt％的尖晶石空心球組成，粒徑範圍為1mm-4mm。尖晶石空心球由鎂鋁尖晶石空心球與鐵鋁尖晶石空心球以1:2的質量比組合而成。
基質由鎂鐵砂、改性水泥以2：1的組成。
工藝：
(1)配料：按照上述配方將所有原料混合，再加入3％的甲基纖維素，攪拌。
(2)成型：將步驟(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)乾燥及燒結：
將步驟(2)的定型料經100℃乾燥後，再升溫至1800℃燒結12小時。
實施例4
與實施例1的區別在於細顆粒骨料中微孔尖晶石的含量不同，配方為：
按重量計，大顆粒骨料40％，細顆粒骨料15％，基質餘量。
大顆粒骨料由40wt％鎂砂與60wt％的微孔尖晶石組成，粒徑範圍為1mm-4mm。微孔尖晶石為輕燒鎂、工業氧化鋁燒結而成的尖晶石。
細顆粒骨料由40wt％的鎂鐵粉與60wt％的尖晶石空心球組成，粒徑範圍為1mm-4mm。尖晶石空心球為鎂鋁尖晶石空心球。
基質由鎂鐵砂、改性水泥以2：1的組成。
工藝：
(1)配料：按照上述配方將所有原料混合，再加入1％的甲基纖維素，攪拌。
(2)成型：將步驟(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)乾燥及燒結：
將步驟(2)的定型料經100℃乾燥後，再升溫至1800℃燒結12小時。
實施例5
與實施例1的區別在於細顆粒骨料中尖晶石空心球的含量與組成不同，配方為：
按重量計，大顆粒骨料30％，細顆粒骨料15％，基質餘量。
大顆粒骨料由15wt％鎂砂與85wt％的微孔尖晶石組成，粒徑範圍為1mm-3mm。微孔尖晶石為輕燒鎂、工業氧化鋁燒結而成的鎂鋁尖晶石。
細顆粒骨料由40wt％的鎂鐵粉與60wt％的尖晶石空心球組成，粒徑範圍為0.1mm-0.3mm。所述尖晶石空心球為鎂鋁尖晶石空心球與鐵鋁尖晶石空心球以1:2的質量比組合而成.
基質由鎂鐵砂、改性水泥以2：1的組成。
工藝：
(1)配料：按照上述配方將所有原料混合，再加入2％的甲基纖維素，攪拌。
(2)成型：將步驟(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)乾燥及燒結：
將步驟(2)的定型料經100℃乾燥後，再升溫至1800℃燒結12小時。
實施例6
與實施例1的區別在於結合劑的用量及組成不同，配方為：
按重量計，大顆粒骨料30％，細顆粒骨料15％，基質餘量。
大顆粒骨料由10wt％鎂砂與90wt％的微孔尖晶石組成，粒徑範圍為1mm-3mm。微孔尖晶石為輕燒鎂、工業氧化鋁燒結而成的鎂鋁尖晶石。
細顆粒骨料由15wt％的鎂鐵粉與85wt％的尖晶石空心球組成，粒徑範圍為0.5-1mm。尖晶石空心球為鎂鋁尖晶石空心球與鐵鋁尖晶石空心球以1:1的質量比組合而成。
基質由鎂鐵砂、改性水泥以2：1的組成。
工藝：
(1)配料：按照上述配方將所有原料混合，再加入2％的結合劑(木質素與甲基纖維素以1:0.5的質量比組成)，攪拌。
(2)成型：將步驟(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)乾燥及燒結：
將步驟(2)的定型料經100℃乾燥後，再升溫至1850℃燒結13小時。
實施例7
與實施例1的區別在於結合劑的用量及組成不同，配方為：
按重量計，大顆粒骨料30％，細顆粒骨料15％，基質餘量。
大顆粒骨料由10wt％鎂砂與90wt％的微孔尖晶石組成，粒徑範圍為1mm-3mm。微孔尖晶石為輕燒鎂、工業氧化鋁燒結而成的鎂鋁尖晶石。
細顆粒骨料由15wt％的鎂鐵粉與85wt％的尖晶石空心球組成，粒徑範圍為0.5-1mm。尖晶石空心球為鎂鋁尖晶石空心球與鐵鋁尖晶石空心球以1:1的質量比組合而成。
基質由鎂鐵砂、改性水泥以2：1的組成。
工藝：
(1)配料：按照上述配方將所有原料混合，再加入1％的結合劑(木質素與甲基纖維素以1:2的質量比組成)，攪拌。
(2)成型：將步驟(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)乾燥及燒結：
將步驟(2)的定型料經100℃乾燥後，再升溫至1800℃燒結12小時。
實施例8
與實施例1的區別在於燒結條件不同，配方為：
按重量計，大顆粒骨料30％，細顆粒骨料15％，基質餘量。
大顆粒骨料由10wt％鎂砂與90wt％的微孔尖晶石組成，粒徑範圍為1mm-3mm。微孔尖晶石為輕燒鎂、工業氧化鋁燒結而成的鎂鋁尖晶石。
細顆粒骨料由15wt％的鎂鐵粉與85wt％的尖晶石空心球組成，粒徑範圍為0.5-1mm。尖晶石空心球為鎂鋁尖晶石空心球與鐵鋁尖晶石空心球以1:1的質量比組合而成。
基質由鎂鐵砂、改性水泥以2：1的組成。
工藝：
(1)配料：按照上述配方將所有原料混合，再加入3％的甲基纖維素，攪拌。
(2)成型：將步驟(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)乾燥及燒結：
將步驟(2)的定型料經100℃乾燥後，再升溫至1700-1750℃燒結12小時。
實施例9
與實施例1的區別在於大顆粒骨料中微孔尖晶石的種類不同，配方為：
按重量計，大顆粒骨料30％，細顆粒骨料15％，基質餘量。
大顆粒骨料由10wt％鎂砂與90wt％的微孔尖晶石組成，粒徑範圍為1mm-3mm。微孔尖晶石為輕燒鎂、工業氧化鋁再添加尖晶石纖維燒結而成，具體為：輕燒鎂、工業氧化鋁以20:80的質量比混合成基體原料，然後加入5wt％的造孔劑，8wt％的結合劑，5wt％的尖晶石纖維。
造孔劑選用澱粉。
結合劑選用木質素。
尖晶石纖維選用MgAl2O4纖維。溼法研磨成預設粒徑的漿料。
(2)成型：將步驟(1)的漿料乾燥、定型。
(3)乾燥及燒結：將步驟(2)的成型物在100-150℃下乾燥20min，然後再在1650-1700℃下燒結3小時。
細顆粒骨料由15wt％的鎂鐵粉與85wt％的尖晶石空心球組成，粒徑範圍為0.5-1mm。尖晶石空心球為鎂鋁尖晶石空心球與鐵鋁尖晶石空心球以1:1的質量比組合而成。
基質由鎂鐵砂、改性水泥以2：1的組成。
工藝：
(1)配料：按照上述配方將所有原料混合，再加入3％的甲基纖維素，攪拌。
(2)成型：將步驟(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)乾燥及燒結：
將步驟(2)的定型料經100℃乾燥後，再升溫至1800℃燒結14小時。
檢測以上所有實施例所得磚的導熱係數、強度，結果如下表1所示。
強度的測試方法為：常溫下測量。
表1
最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。