莫來石晶種誘導生產高抗熱震性隔熱材料的方法
2023-06-14 21:16:11
專利名稱：莫來石晶種誘導生產高抗熱震性隔熱材料的方法
技術領域：
本發明屬於材料領域，具體涉及一種莫來石晶種誘導生產高抗熱震性隔熱材料的方法。
背景技術：
莫來石，其化學組成為3A1203 · 2Si02。莫來石具有耐火度高，熱導率低，抗熱震性好，抗化學侵蝕、抗蠕變性好，荷重軟化溫度高，體積穩定性好等優點。在生產莫來石耐火材料時，為了防止過量的SiO2結晶轉化產生裂紋影響製品的性能，故一般配料時使Al2O3成分過量。這樣生產出的莫來石製品中通常含有10 20%的剛玉(Al2O3)相。雖然剛玉相有利於提高材料的高溫強度，但是對於需要經受頻繁的快速冷熱循環的環境而言，剛玉相與莫來石相間的熱膨脹差異(Al2O3的熱膨脹係數為7. 2 8. 0X10_6/°C，莫來石熱膨脹係數約為5. IXlO-V0C )較大，有可能造成很高的熱應力，導致耐火材料製品開裂。因此，要減少材料中Al2O3晶相的含量，通常的方法是提高原料中S^2的加入量，保證與Al2O3充分反應，形成莫來石相。但莫來石耐火材料按理論組成配料時，往往會有無法與Al2O3充分反應的SW2晶體殘留在材料中。在SiA晶體發生結晶轉變時，會伴隨著體積變化，使材料強度下降，也會對抗熱震性造成不利影響。因此，亟需開發出新的技術，既能消除耐火材料中過多的Al2O3晶體，提高莫來石相含量，又不會產生游離SiO2等對材料抗熱震性不利的組分，即在保證高隔熱效率以及必要的機械強度的同時，提高材料的抗熱震性能。那麼，如何獲得儘可能高的莫來石相含量， 減少殘留的Al2O3和SiA晶相，從而提高材料的抗熱震性，就成了目前需要重點研究解決的關鍵問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種莫來石晶種誘導生產高抗熱震性隔熱材料的方法。本發明在研究過程中發現，隔熱耐火材料的抗熱震穩定性與其微觀結構密切相關。在隔熱耐火材料中都存在著一定大小、數量的微裂紋，在熱應力的作用下，這些裂紋會發生擴展蔓延，同時也可能生成新的裂紋，這對材料的熱穩定性非常不利。這一現象在晶粒較大的材料中更為顯著。由於裂紋大都沿著晶界擴展，因此在細晶材料中，裂紋的擴展路徑更長，擴展所需能量更高，這就有利於提高材料的韌性，從而改善其抗熱震性。另一方面，長柱狀的晶粒可以使裂紋在擴展過程中發生分叉、偏轉，還能產生裂紋橋聯、晶粒拔出或斷裂等，而這些都增加了裂紋擴展所需消耗的能力，從而提高了材料的機械性能和抗熱震性。因此，要獲得具有優良抗熱震性能的莫來石耐火材料，就需要對其晶體生長進行控制，抑制晶粒過分長大，同時促進長柱狀莫來石晶體的形成和生長，形成類似於纖維增韌的微觀結構。針對上述關鍵問題，本發明通過在配方中加入適量的莫來石晶種，促進燒成過程中莫來石晶體的形成和長大來提高材料中莫來石相的含量。本發明的目的是通過以下方式實現的
一種莫來石晶種誘導生產高抗熱震性隔熱材料的方法，其特徵在於該方法包括以下步驟a)混泥取莫來石晶種3 15wt% (優選3 5wt% )、高嶺土 20 、矽線石5 15wt%、煅燒α-氧化鋁20 40wt%、剛玉砂20 40%和造孔劑6 15wt% (上述原料重量之和為100% )，攪拌混合3 5min後，再加入上述材料25 40襯％的水攪拌混合得到泥料；b)練泥抽出泥料中的空氣，擠製成泥段，在密閉環境中陳腐；C)成型將陳腐後的泥料擠壓成型得到坯體；d)乾燥將坯體在溫度為60 120°C，溼度小於75%的條件下乾燥18 M小時後，再將坯體在溫度為100 200°C，溼度小於45%條件下乾燥18 M小時，乾燥後的坯體含水率在8wt%以下；e)燒成將經過乾燥後的坯體進行燒成，即得；其中，所述的莫來石晶種是由以下方法製備得到的將高嶺土、氧化鋁及造孔劑按照25-35 75-65 3_5的重量比在溫度為1200_1500°C的條件下預燒結後，破碎、球磨，用 NaOH溶液洗滌，去除殘餘的玻璃相和其他雜相，再用清水過濾，乾燥，球磨，過篩。所述「a)，，步驟中加水攪拌時間可為20 30min。所述「b) 」步驟中陳腐的條件為密閉環境下放置6 12小時。所述「e) 」步驟中燒成溫度為1570-1650°C，高溫段恆溫時間為6-12小時。NaOH 溶液的質量百分比濃度優選為5-15%。優選採用NaOH溶液洗滌的次數為2 4次，再用清水過濾3 5遍。莫來石晶種製備過程中預燒結的時間是3 6小時，最後過篩的目數是60-100 目。本發明所用的造孔劑為幹鋸末，含水率小於10%。生產過程中球磨材料直至能通過篩。 本發明所述的「 ％，，均為質量百分含量，所用原料均市售可得。與現有技術比較本發明的有益效果一方面本發明在原料中加入了 3-15wt%的莫來石晶種，通過分散性控制技術，使其均勻分布於原料中，在適當的工藝參數下進行成型、乾燥和燒成後，特別是通過控制乾燥方式和乾燥速度，製備出了具有柱狀莫來石晶體微觀結構的莫來石耐火材料(微觀結構照片如圖1所示)，並且材料中具有大量的0. 5微米左右的納微孔。因此，本發明莫來石晶種誘導生產高抗熱震性隔熱材料方法促進了基體材料內柱狀晶的形成，使得孔隙尺寸及分布更加合理，明顯提高了材料的強度和韌性並能獲得優異的抗熱震穩定性。通過本發明方法獲得的材料，能夠經受反覆的冷熱循環衝擊，特別適用於各種存在急冷急熱工況的同時又有一定保溫要求的工業爐。
圖1為本發明所製備出的具有柱狀莫來石晶體微觀結構的材料的微觀結構照片。圖2為本發明所製備出的材料的X射線衍射圖。
具體實施例方式實施例1
a)混泥取莫來石晶種5wt%、高嶺土 25wt%、矽線石8wt%、煅燒α -氧化鋁 20wt%，剛玉砂30wt% (以上原料均通過100目篩)、幹鋸末12wt% (幹鋸末含水率低於 10 %，通過6目篩)，按比例先進行^iin的攪拌混合，再加入上述材料重量35wt %的水攪拌 25min得到混合均勻的泥料；所述的莫來石晶種是由以下方法製備得到的將高嶺土、氧化鋁及造孔劑幹鋸末(含水率低於10% )按照30 70 5的重量比在溫度為1300°C的條件下預燒結5小時後，破碎、球磨通過100目篩，用質量百分比濃度為10%的NaOH溶液洗滌 2 4次，再用清水過濾3 5遍，乾燥，球磨，過100目篩。b)練泥按照常規方法，抽出泥料中的空氣，擠製成泥段，在常溫密閉環境中陳腐 10小時。c)成型按照常規方法，將陳腐後的泥料投入自動成型機中在常溫下擠壓成型得到坯體；擠出速度為每小時3. 5-4噸。d)乾燥在乾燥窯中，將坯體在溫度為100°C，溼度為小於75%的條件下進行初步乾燥20小時後，再將坯體在溫度為150°C，溼度為小於45%條件下進行20小時深度乾燥， 乾燥後的坯體含水率在8wt %以下。e)燒成將乾燥後的坯體在隧道窯內進行燒成，燒成氣氛為空氣，燒成溫度為 1620°C，高溫段恆溫時間為8小時，燒成後得到產品。實施例2a)混泥取莫來石晶種3wt%、高嶺土 20wt%、矽線石12wt%、煅燒α -氧化鋁 33wt%，剛玉砂20wt% (以上原料均通過100目篩)、幹鋸末12wt% (含水率低於10%，通過6目篩)，按比例先進行5min的攪拌混合，再加入上述材料重40wt %的水攪拌20min得到混合均勻的泥料；所述的莫來石晶種是由以下方法製備得到的將高嶺土、氧化鋁及造孔劑幹鋸末(含水率低於10%)按照25 75 3的重量比在溫度為1500°C的條件下預燒結3小時後，破碎、球磨通過100目篩，用質量百分比濃度為15%的NaOH溶液洗滌2 4 次，再用清水過濾3 5遍，乾燥，球磨，過60目篩。b)練泥按照常規方法，抽出泥料中的空氣，擠製成泥段，在常溫密閉環境中陳腐 12小時。c)成型按照常規方法，將陳腐後的泥料投入自動成型機中在常溫下擠壓成型得到坯體；擠出速度為每小時3. 5-4. 5噸。d)乾燥在乾燥窯中，將坯體在溫度為120°C，溼度為小於75%的條件下進行初步乾燥18小時後，再將坯體在溫度為200°C，溼度為小於45%條件下進行M小時深度乾燥， 乾燥後的坯體含水率在8wt %以下。e)燒成將乾燥後的坯體在隧道窯內按常規步驟進行燒成；燒成氣氛為空氣，燒成溫度為1650°C，高溫段恆溫時間為6小時，燒成後得到產品。實施例3a)混泥取莫來石晶種15wt%、高嶺土、矽線石5wt%、煅燒α -氧化鋁 20wt%，剛玉砂20wt% (以上原料均通過100目篩)、幹鋸末6wt% (幹鋸末含水率低於 10 %，通過6目篩)，按比例先進行:3min的攪拌混合，再加入上述材料重量25wt %的水攪拌 30min得到混合均勻的泥料；所述的莫來石晶種是由以下方法製備得到的將高嶺土、氧化鋁及造孔劑幹鋸末(含水率低於10%)按照35 65 4的重量比在溫度為1200°C的條件下預燒結6小時後，破碎、球磨通過100目篩，用質量百分比濃度為5%的NaOH溶液洗滌 2 4次，再用清水過濾3 5遍，乾燥，球磨，過60目篩。b)練泥按照常規方法，抽出泥料中的空氣，擠製成泥段，在密閉環境中陳腐6小時。c)成型按照常規方法，將陳腐後的泥料投入自動成型機中在常溫下擠壓成型得到坯體；擠出速度為每小時3. 5-4. 5噸。d)乾燥在乾燥窯中，將坯體在溫度為60°C，溼度為小於75%的條件下進行初步乾燥M小時後，再將坯體在溫度為100°c，溼度為小於45%條件下進行深度18小時乾燥， 乾燥後的坯體含水率在8wt%以下。e)燒成將乾燥後的坯體在隧道窯內進行燒成。燒成氣氛為空氣，燒成溫度為 1570°C，高溫段恆溫時間為12小時，燒成後得到產品。實施例4a)混泥取莫來石晶種15wt%、高嶺土 20wt%、矽線石15wt%、煅燒α -氧化鋁 20wt%，剛玉砂20wt% (以上原料均通過100目篩)、幹鋸末10wt% (含水率低於10%，通過6目篩)，按比例先進行^iin的攪拌混合，再加入上述材料重量30wt%的水攪拌25min 得到混合均勻的泥料；所述的莫來石晶種是由以下方法製備得到的將高嶺土、氧化鋁及造孔劑幹鋸末(含水率低於10%)按照30 70 4的重量比在溫度為1300°C的條件下預燒結5小時後，破碎、球磨通過100目篩，用質量百分比濃度為10%的NaOH溶液洗滌2 4次，再用清水過濾3 5遍，乾燥，球磨，過100目篩。b)練泥按照常規方法，抽出泥料中的空氣，擠製成泥段，在密閉環境中陳腐10小時。c)成型按照常規方法，將陳腐後的泥料投入自動成型機中在常溫下擠壓成型得到坯體；擠出速度為每小時3. 5-4. 5噸；d)乾燥在乾燥窯中，將坯體在溫度為80°C，溼度為小於75%的條件下進行初步乾燥22小時後，再將坯體在溫度為160°C，溼度為小於45%條件下進行深度22小時乾燥， 乾燥後的坯體含水率在8wt%以下。乾燥窯利用隧道窯排氣餘熱進行乾燥。通過調節進氣閥門，控制乾燥窯內溫度，對坯體進行乾燥。e)燒成將乾燥後的坯體在隧道窯內進行燒成。燒成氣氛為空氣，燒成溫度為 1600°C，高溫段恆溫時間為10小時，燒成後得到產品。對比例a)混泥取高嶺土 30wt %、矽線石8wt %、煅燒α -氧化鋁30wt %，剛玉砂20wt % (以上原料均通過100目篩)、幹鋸末12wt% (含水率低於10%，通過6目篩)，按比例先進行^iin的幹混，再加入上述材料重量35wt%的水攪拌25min得到混合均勻的泥料；b)練泥按照常規方法，抽出泥料中的空氣，擠製成泥段，在密閉環境中陳腐10小時；c)成型按照常規方法，將陳腐後的泥料投入自動成型機中在常溫下擠壓成型得到坯體；擠出速度為每小時3. 5-4. 5噸；d)乾燥將坯體放在烘房中在溫度為60°C左右，溼度小於75%的條件下進行初步乾燥2 3天後，再將坯體在溫度為150°C，溼度為小於45%條件下進行30小時深度乾燥，乾燥後的坯體含水率在10wt%以下。e)燒成將乾燥後的坯體在隧道窯內進行燒成；燒成氣氛為空氣，燒成溫度為 1570°C，高溫段恆溫時間為8小時，燒成後得到產品。下表為本發明高抗熱震性隔熱材料與現有隔熱耐火材料的主要技術指標對比表
權利要求
1.一種莫來石晶種誘導生產高抗熱震性隔熱材料的方法，其特徵在於該方法包括以下步驟a)混泥取莫來石晶種3 15wt%、高嶺土20 、矽線石5 15wt%、煅燒 α -氧化鋁20 40wt%、剛玉砂20 40%和造孔劑6 15wt%，攪拌混合3 5min後， 再加入上述材料25 40wt%的水攪拌混合得到泥料；b)練泥抽出泥料中的空氣，擠製成泥段，在密閉環境中陳腐；c)成型將陳腐後的泥料擠壓成型得到坯體；d)乾燥將坯體在溫度為60 120°C，溼度小於75%的條件下乾燥18 M小時後， 再將坯體在溫度為100 200°C，溼度小於45%條件下乾燥18 M小時，乾燥後的坯體含水率在8wt%以下；e)燒成將經過乾燥後的坯體進行燒成，即得；其中，所述的莫來石晶種是由以下方法製備得到的將高嶺土、氧化鋁及造孔劑按照 25-35 75-65 3_5的重量比在溫度為1200-1500°C的條件下預燒結後，破碎、球磨，用 NaOH溶液洗滌，再用清水過濾，乾燥，球磨，過篩。
2.根據權利要求1所述的莫來石晶種誘導生產高抗熱震性隔熱磚的方法，其特徵在於所述「a) 」步驟中加水攪拌時間為20 30min。
3.根據權利要求1所述的莫來石晶種誘導生產高抗熱震性隔熱磚的方法，其特徵在於所述「b) 」步驟中陳腐的條件為密閉環境下放置6 12小時。
4.根據權利要求1所述的莫來石晶種誘導生產高抗熱震性隔熱磚的方法，其特徵在於所述「e) 」步驟中燒成溫度為1570-1650°C，高溫段恆溫時間為6_12小時。
5.根據權利要求1所述的莫來石晶種誘導生產高抗熱震性隔熱磚的方法，其特徵在於莫來石晶種製備過程中預燒結的時間是3 6小時。
6.根據權利要求1所述的莫來石晶種誘導生產高抗熱震性隔熱磚的方法，其特徵在於所述的造孔劑為幹鋸末，含水率小於10%。
7.根據權利要求1所述的莫來石晶種誘導生產高抗熱震性隔熱磚的方法，其特徵在於莫來石晶種製備過程中最後過篩的目數是60-100目。
8.根據權利要求1所述的莫來石晶種誘導生產高抗熱震性隔熱磚的方法，其特徵在於所述「e)，，步驟中NaOH溶液的質量百分比濃度為5_15%。
9.根據權利要求1所述的莫來石晶種誘導生產高抗熱震性隔熱磚的方法，其特徵在於所述「e) 」步驟中採用NaOH溶液洗滌的次數為2 4次，再用清水過濾3 5遍。
全文摘要
本發明公開了一種莫來石晶種誘導生產高抗熱震性隔熱材料的方法，該方法將莫來石晶種3～15wt％、高嶺土20～35wt％、矽線石5～15wt％、煅燒α-氧化鋁20～40wt％、剛玉砂20～40％和造孔劑6～15wt％混合製備得到泥料後，依次經過練泥、成型、乾燥和燒成。本發明莫來石晶種誘導生產高抗熱震性隔熱材料方法促進了基體材料內柱狀晶的形成，所得材料明顯提高了強度和韌性並具有優異的抗熱震穩定性。
文檔編號C04B35/185GK102173836SQ20111002911
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月27日 優先權日2011年1月27日
發明者殷波, 殷駿 申請人:宜興摩根熱陶瓷有限公司