專(zhuān)利名稱(chēng)：一種輕質(zhì)尖晶石質(zhì)耐火磚及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)窯爐用一種輕質(zhì)尖晶石質(zhì)耐火磚及其制備方法，屬于耐火材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
工業(yè)窯爐是工業(yè)生產(chǎn)中的主要耗能設(shè)備，每年能耗數(shù)量巨大，尤其在冶金、建材、 陶瓷、玻璃、化工及機(jī)電企業(yè)中的熱加工過(guò)程中，工業(yè)窯爐的能耗可占總能耗的40-70% 。然 而各種工業(yè)窯爐的熱損失一般都很大，在大多數(shù)情況下，它們的熱效率都較低，能源利用率 在30%左右。因此，迫切需要優(yōu)質(zhì)的隔熱保溫耐火材料，以降低大量能量的散熱損失和蓄熱 損失，達(dá)到節(jié)能減排的目的。 目前應(yīng)用于各種窯爐內(nèi)襯的隔熱材料主要有耐火纖維、Al203-Si02系輕質(zhì)耐火材
料以及氧化鋁空心球磚等，其中耐火纖維和Al203-Si02系輕質(zhì)耐火材料主要應(yīng)用于中低溫
的工業(yè)窯爐環(huán)境，而160(TC以上的高溫窯爐中大量使用的是氧化鋁空心球磚。 氧化鋁空心球磚的制造工藝過(guò)程需要經(jīng)歷三次能耗過(guò)程，第一次能耗是利用鋁礬
土礦物制備氧化鋁的過(guò)程中所需能耗；第二次能耗是用工業(yè)氧化鋁在電爐中熔煉吹制而制
成氧化鋁空心球所需能耗；第三次能耗是氧化鋁空心球磚制品燒成過(guò)程所需能耗。這三次
能耗過(guò)程造成了大量的能源消耗，氧化鋁及氧化鋁空心球的價(jià)格較高，使氧化鋁空心球磚
的生產(chǎn)成本比較高。另外，氧化鋁空心球磚的密度較大，一般在1. 5g/cn^左右，其蓄熱能力
較強(qiáng)，同時(shí)傳熱速率較快，散熱損失較大，使其在使用過(guò)程增大了窯爐的熱量損耗，造成了
大量的熱量浪費(fèi)，增大了能源消耗。因此，制備一種低能耗和低成本的輕質(zhì)耐高溫隔熱保溫
材料就顯得十分迫切。 鎂鋁尖晶石(MgAl204)具有熔點(diǎn)高，熱膨脹系數(shù)低，抗渣侵蝕能力強(qiáng)等一系列優(yōu) 點(diǎn)，而且是可以人工合成的。以菱鎂礦和氧化鋁為原料合成鎂鋁尖晶石質(zhì)輕質(zhì)耐高溫材料， 具有密度小、熱傳導(dǎo)率低、抗熱震性能優(yōu)良等特性，可以滿(mǎn)足100(TC 180(TC高溫環(huán)境中 尤其是大于150(TC的高溫窯爐的使用要求，是一種理想的隔熱保溫耐火材料。它可以替代 輕質(zhì)氧化鋁空心球磚做多種高溫窯爐和高溫電爐的爐襯，由于鎂鋁尖晶石質(zhì)輕質(zhì)耐高溫材 料比氧化鋁空心球磚的密度小、成本低、生產(chǎn)過(guò)程能耗少的優(yōu)勢(shì)，可以顯著地降低生產(chǎn)過(guò)程 和使用過(guò)程的能量損耗。 現(xiàn)有的有關(guān)多孔輕質(zhì)尖晶石質(zhì)耐火磚的專(zhuān)利和文獻(xiàn)報(bào)道分析介紹如下 1、"一種多孔尖晶石質(zhì)陶瓷材料及其制備方法(CN200610019551. 8)"的技術(shù)，其使
用菱鎂礦粉和Al (OH) 3粉，，其采用的成形方法為機(jī)壓或搗打，在配料工藝過(guò)程中尚未采用
添加燒失劑造孔技術(shù)方法降低磚坯的體積密度，燒成溫度為1600°C 180(TC，燒成溫度較
高，所制備的多孔尖晶石陶瓷材料密度較大，耗能較大，不利于制備密度較小導(dǎo)熱系數(shù)低的
尖晶石隔熱保溫耐火磚。 2、"一種鎂-鋁輕質(zhì)保溫耐火材料及其制備方法"(CN200410013257. 7)的技術(shù)，所 生成的輕質(zhì)保溫材料屬于堿性輕質(zhì)耐火材料，但其使用原料為菱鎂礦粉、輕燒氧化鎂粉、高鋁礬土粉、A1(0H)3粉、可燒失物粉，燒成溫度為1300°C 150(TC，制品雜質(zhì)含量相對(duì)較高， 燒成溫度較低，密度較大，制品的使用溫度低，導(dǎo)致制品在使用過(guò)程中耗能較大，不利于窯 爐的節(jié)能隔熱保溫。 3、有一篇在《北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)》雜志2005(11)發(fā)表的題為"凝膠注模成型剛 玉-尖晶石多孔陶瓷的制備"的論文，作者為劉佐才和陳穎。論文介紹了采用凝膠注模成型 法制備剛玉-尖晶石多孔陶瓷的過(guò)程，描述了以板狀剛玉和富鋁尖晶石為主要原料，添加 有機(jī)單體、交聯(lián)劑、催化劑、引發(fā)劑等，以及制備的多孔的剛玉-尖晶石材料的性能。該論文 選用的原料是采用預(yù)先合成的尖晶石材料，工藝過(guò)程步驟多，制備過(guò)程能耗高，制成的材料 密度較大，使用過(guò)程耗能也較大，不利于工業(yè)窯爐的節(jié)能降耗。 4、有一篇在《材料與冶金學(xué)報(bào)》雜志2004(2)發(fā)表的題為"添加輕燒氧化鎂對(duì)鎂鋁 尖晶石輕質(zhì)耐火材料燒結(jié)性能的影響"的論文，作者為孫麗楓和于景坤。論文描述了以工業(yè) 氧化鋁、重?zé)趸V、輕燒氧化鎂、成孔劑和結(jié)合劑為原料，制備輕質(zhì)鎂鋁尖晶石材料。探討 了添加輕燒氧化鎂對(duì)鎂鋁尖晶石輕質(zhì)耐火材料燒結(jié)性能的影響。該論文選用的鎂源是重?zé)?和輕燒氧化鎂，成本相對(duì)較高，工藝過(guò)程步驟多，制備過(guò)程能耗高，不利于制備過(guò)程的節(jié)能。
所以，總體而言，發(fā)明開(kāi)發(fā)一種低導(dǎo)熱系數(shù)高強(qiáng)度且具有突出的密度小優(yōu)勢(shì)的輕 質(zhì)尖晶石質(zhì)耐火磚非常迫切，將其推廣應(yīng)用必然會(huì)對(duì)我國(guó)高溫窯爐行業(yè)節(jié)能減排產(chǎn)生巨大 的作用，具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對(duì)目前窯爐內(nèi)襯用氧化鋁空心球磚存在成本高、能耗巨大等突出 問(wèn)題，利用鎂鋁尖晶石耐高溫性能好、熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)，提出一種輕質(zhì)尖晶石質(zhì)隔熱保 溫耐火磚及其制備方法，來(lái)達(dá)到制備高效節(jié)能、長(zhǎng)壽命的高溫工業(yè)窯爐內(nèi)襯用輕質(zhì)耐火磚 的目的，從而為高溫工業(yè)的節(jié)能減排做出貢獻(xiàn)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下 本發(fā)明是一種輕質(zhì)尖晶石質(zhì)耐火磚，其特征在于該輕質(zhì)尖晶石質(zhì)耐火磚主要用 于工業(yè)窯爐的隔熱保溫耐火材料，該耐火磚的主要物相為尖晶石相；該耐火磚的體積密度 《1. 26g/cm3。 本發(fā)明制備過(guò)程中配料時(shí)各原料的加入量及質(zhì)量要求如下菱鎂礦中要求 MgC03 > 98. 0%，0. lmm 0. 3mm，工業(yè)氧化鋁中要求Y _A1203 > 96. 0%，0. lmm 0. 3mm。配 料中菱鎂礦和工業(yè)氧化鋁的質(zhì)量比例在O. 84 1. 42之間，配料中1%0)3+y-Al203 >95. 0% (質(zhì)量百分比例)。 本發(fā)明提出的一種輕質(zhì)尖晶石質(zhì)耐火磚及其制備方法，其特征在于其制備方 法為首先將菱鎂礦和工業(yè)氧化鋁按一定比例配料，混合均勻，然后一起磨細(xì)到O. lmm 0. 3mm;將從磨機(jī)中取出的混合粉料再加入占總配料的0. 1 17.0%燒失造孔劑(燒失造 孔劑可以選擇為木屑鋸末或其它植物粉末或聚苯乙烯球或焦炭粉或煤炭粉或活性碳等其 中的一種或幾種可以在大于100(TC燒失的物質(zhì)作為燒失造孔劑，其粒徑《5.0mm) —起攪 拌混合，混合均勻后再加入11 40%的可飲用水?dāng)嚢瑁玫降哪嗔喜捎谜駝?dòng)澆注成形方法 成形(也可用擠泥機(jī)擠出成形或澆注成形)。成形后的濕坯在室溫下自然干燥3 48h， 然后在干燥窯中于115 30(TC進(jìn)行烘干0. 5 48h。將干燥好的磚坯裝入窯爐中燒成，最終燒成溫度1380 159(TC，將燒成出窯冷卻后的磚坯按要求尺寸進(jìn)行切割，即得到本 發(fā)明的輕質(zhì)尖晶石質(zhì)耐火磚，這是一種具有導(dǎo)熱系數(shù)低強(qiáng)度高隔熱保溫效果好的隔熱保溫 耐火磚。該輕質(zhì)尖晶石質(zhì)耐火磚的相關(guān)性能達(dá)到體積密度《1.26g/cm 40(TC導(dǎo)熱系數(shù) 《0. 70w/m k，抗折強(qiáng)度^ 2. OMPa。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明 本發(fā)明的原料和配方為菱鎂礦中要求MgC03 > 98.0%，0. lmm 0. 3mm ;工 業(yè)氧化鋁中要求Y-A1203 > 96.0%，0. lmm 0.3mm，也可用a _A1203代替，加入量和 質(zhì)量要求不變。配料中菱鎂礦和工業(yè)氧化鋁的質(zhì)量比例在0. 84 1. 42之間，配料中 MgC03+ y -A1203 > 95. 0% (質(zhì)量百分比例)。 本發(fā)明提出的一種多孔輕質(zhì)隔熱保溫耐火材料及其制備方法，其特征在于其 制備方法為首先將菱鎂礦和工業(yè)氧化鋁按一定比例配料，混合均勻，然后一起磨細(xì)到 0. lmm 0. 3mm ;將從磨機(jī)中取出的混合粉料再加入占總配料的0. 1 17. 0%燒失造孔劑 (燒失造孔劑可以選擇為木屑鋸末或其它植物粉末或聚苯乙烯球或焦炭粉或煤炭粉或活性 碳等其中的一種或幾種可以在大于100(TC燒失的物質(zhì)作為燒失造孔劑，其粒徑《5. Omm) 一起攪拌混合，混合均勻后再加入11 40%的可飲用水?dāng)嚢瑁玫降哪嗔喜捎谜駝?dòng)澆注成 形方法成形(也可用擠泥機(jī)擠出成形或澆注成形)。成形后的濕坯在室溫下自然干燥3 48h，然后在干燥窯中于115 30(TC進(jìn)行烘干0. 5 48h。將干燥好的磚坯裝入窯爐中燒 成，最終燒成溫度1380 159(TC，將燒成出窯冷卻后的磚坯按要求尺寸進(jìn)行切割，即得到 本發(fā)明的輕質(zhì)尖晶石質(zhì)耐火磚，這是一種具有導(dǎo)熱系數(shù)低強(qiáng)度高隔熱保溫效果好的隔熱保 溫耐火磚。 —種輕質(zhì)尖晶石質(zhì)耐火磚的制備工藝流程為 原料一配料一干法球磨混合一加造孔劑一加水?dāng)嚢枰徽駝?dòng)澆注成形或擠出成形 —磚坯干燥一磚坯燒成一磚坯切割加工一檢驗(yàn)一耐火磚成品
實(shí)施例1
原料及配比菱鎂礦加入量為45wt. X，要求MgC03^98. 0%，0. lmm 0. 3mm;工業(yè)氧化鋁加入 量55wt. % ，要求y -A1203含量大于96wt. % ， 0. lmm 0. 3mm ;
配料、磨細(xì) 首先將各種原料按照上述的比例裝入磨機(jī)中磨細(xì)到0. lmm 0. 3mm， 0. 3mm孔徑篩 的篩余量小于2. Owt. %。
加造孔劑攪拌成形 加入占總配料的3. 0%聚苯乙烯球(要求其粒徑《3. Omm)作為造孔劑，將球磨好 的混合料與造孔劑一起攪拌混合10分鐘，再加入10%的可飲用水?dāng)嚢?分鐘，得到的泥料 用加壓振動(dòng)澆注成形。
干燥 成形后的濕坯在室溫下自然干燥12h，然后在干燥窯中先于115t:干燥4h，再于 20(TC烘干8h，使生坯的含水率《3. 0%。
5
燒成 將干燥好的磚坯裝入窯中燒成，最終燒成溫度1530°C 。燒成制度為70(TC保溫3h，
1530。C保溫6h。 加工、檢驗(yàn) 將燒成后的磚坯按要求尺寸進(jìn)行切割即得到相應(yīng)的輕質(zhì)尖晶石質(zhì)隔熱保溫耐火 磚。 燒結(jié)后輕質(zhì)尖晶石質(zhì)隔熱保溫耐火磚的主晶相為尖晶石相，具有密度小的結(jié)構(gòu)特 征。 所得制品的主要性能指標(biāo)如下 適宜使用溫度150(TC ;體積密度O. 78g/cm、氣孔率53X ;常溫抗折強(qiáng)度
1. 2MPa ;常溫耐壓強(qiáng)度1. 5MPa ;40(TC導(dǎo)熱系數(shù)為0. 56w/m k。
實(shí)施例2 原料及配比 菱鎂礦加入量為45wt. % ，要求MgC03 > 98. 0 % ， 0. lmm 0. 3mm ; a -A1203加入量 55wt. % ，要求a -A1203含量大于98wt. % ， 0. 1mm 0. 3mm ;
配料、球磨 首先將各種原料按照上述的比例裝入球磨機(jī)球磨12h，將原料磨細(xì)到小于 0. lmm 0. 3mm， 0. 3mm孔徑篩的篩余量小于2. Owt. % 。
加造孔劑攪拌成形 加入占總配料質(zhì)量8.0%的造孔劑(2.0%的聚苯乙烯球和6.0%的木屑鋸末，要 求其粒徑《3. Omm)，將球磨好的混合料與造孔劑一起攪拌混合10分鐘，再加入25%的可飲 用水?dāng)嚢?分鐘，得到的泥料用振動(dòng)澆注成形得到坯體。
干燥 成形后的濕坯在室溫下自然干燥30h，然后在干燥窯中先于13(TC干燥4h，再于 22(TC烘干8h，使生坯的含水率《2. 0%。
燒成 將干燥好的磚坯裝入窯中燒成，最終燒成溫度1560°C 。燒成制度為70(TC保溫3h，
1560。C保溫5h。 加工、檢驗(yàn) 將燒成后的磚坯按要求尺寸進(jìn)行切割即得到相應(yīng)的輕質(zhì)尖晶石質(zhì)隔熱保溫耐火 磚。 燒結(jié)后輕質(zhì)尖晶石質(zhì)隔熱保溫耐火磚的主晶相為尖晶石相，具有密度小、強(qiáng)度高、 導(dǎo)熱系數(shù)低的特征。 所得制品的主要性能指標(biāo)如下 適宜使用溫度160(TC ;體積密度1. 11g/cm3 ;氣孔率51% ;常溫抗折強(qiáng)度大于
2. 4MPa ;400。C導(dǎo)熱系數(shù)為0. 67w/m k。
實(shí)施例3 原料及配比菱鎂礦加入量為48wt. X，要求MgC03^98. 0%，0. lmm 0. 3mm;工業(yè)氧化鋁加入
6量52wt. % ，要求y -A1203含量大于96wt. % ， 0. 1mm 0. 3mm ;
配料、球磨 首先將各種原料按照上述的比例裝入球磨機(jī)球磨12h，將原料磨細(xì)到0. 1mm 0. 3mm， 0. 3mm孔徑篩的篩余量小于2. Owt. % 。
加造孔劑攪拌成形 加入占總配料的2.2%的聚苯乙烯球、1.0%焦炭粉和4.0%的木屑鋸末(要求其 粒徑《3. Omm)作為造孔劑，將混合料與造孔劑一起攪拌混合15分鐘，再加入28%的可飲用 水?dāng)嚢?5分鐘，得到的泥料用振動(dòng)澆注成形得到坯體。
干燥 成形后的濕坯在室溫下自然干燥12h，然后在干燥窯中先于15(TC干燥24h，再于 22(TC烘干8h，使生坯的含水率《3. 0%。
燒成 將干燥好的磚坯裝入窯中燒成，最終燒成溫度1590°C 。燒成制度為65(TC保溫3h，
1590。C保溫5h。 加工、檢驗(yàn) 將燒成后的磚坯按要求尺寸進(jìn)行切割即得到相應(yīng)的輕質(zhì)尖晶石質(zhì)隔熱保溫耐火 磚。 燒結(jié)后輕質(zhì)尖晶石質(zhì)隔熱保溫耐火磚的主晶相為尖晶石相，具有密度小、強(qiáng)度高、 導(dǎo)熱系數(shù)低的特征。 所得制品的主要性能指標(biāo)如下 適宜使用溫度170(TC ;體積密度1.20g/cm、氣孔率45X ;常溫抗折強(qiáng)度 3. 7MPa ;400。C導(dǎo)熱系數(shù)為0. 81w/m k。
權(quán)利要求
本發(fā)明是一種輕質(zhì)尖晶石質(zhì)耐火磚，其特征在于該輕質(zhì)尖晶石質(zhì)耐火磚主要用于工業(yè)窯爐的隔熱保溫耐火材料，該輕質(zhì)耐火磚的主要物相為尖晶石相；該輕質(zhì)耐火磚的體積密度≤1.26g/cm3。
2. 如權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)尖晶石質(zhì)耐火磚，其制備方法為首先將菱鎂礦和工業(yè)氧 化鋁按一定比例配料，混合均勻，然后一起磨細(xì)到0. 1mm 0. 3mm ;將從磨機(jī)中取出的混合 粉料再加入占總配料的0. 1 17. 0%燒失造孔劑，燒失造孔劑可以選擇為木屑鋸末或其它 植物粉末或聚苯乙烯球或焦炭粉或煤炭粉或活性碳其中的一種或幾種，其粒徑《5. 0mm。一 起攪拌混合，混合均勻后再加入11 40%的可飲用水?dāng)嚢瑁玫降哪嗔喜捎谜駝?dòng)澆注成形 方法成形，也可用擠泥機(jī)擠出成形。成形后的濕坯在室溫下自然干燥3 48h，然后在干燥 窯中于115 30(TC進(jìn)行烘干0. 5 48h。將干燥好的磚坯裝入窯爐中燒成，最終燒成溫度 1380 159(TC，將燒成出窯冷卻后的磚坯按要求尺寸進(jìn)行切割，即得到本發(fā)明的輕質(zhì)尖晶 石質(zhì)耐火磚，這是一種具有導(dǎo)熱系數(shù)低強(qiáng)度高隔熱保溫效果好的隔熱保溫耐火磚。
3. 如權(quán)利要求2所述的菱鎂礦和工業(yè)氧化鋁，其特征在于菱鎂礦中要求 MgC03 > 98. 0%，0. lmm 0. 3mm，工業(yè)氧化鋁中要求y _A1203 > 96. 0%，0. lmm 0. 3mm。配 料中工業(yè)氧化鋁和菱鎂礦的質(zhì)量比例在O. 84 1. 42之間，配料中1%0)3+y-A1203 >95. 0% (質(zhì)量百分比例)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種工業(yè)窯爐用輕質(zhì)尖晶石質(zhì)隔熱保溫耐火材料，屬于耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。它具有輕質(zhì)、導(dǎo)熱系數(shù)低、強(qiáng)度高、隔熱保溫效果好的特點(diǎn)。本發(fā)明以菱鎂礦和工業(yè)氧化鋁等原料通過(guò)組分設(shè)計(jì)和調(diào)控、添加有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合造孔劑、半干振動(dòng)澆注成型、調(diào)濕可控干燥、高溫引氣造孔、一步原位反應(yīng)燒結(jié)、切割加工等工藝過(guò)程，制備一種輕質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)低強(qiáng)度高隔熱保溫效果好的尖晶石質(zhì)隔熱保溫耐火材料。該發(fā)明涉及的隔熱保溫耐火材料的主要物相為尖晶石相；其主要化學(xué)成分是MgO+Al2O3。所述的隔熱保溫耐火材料是一種高效節(jié)能、長(zhǎng)壽命的高溫窯爐內(nèi)襯用輕質(zhì)耐火磚，它可以替代目前使用的氧化鋁空心球磚作為多種工業(yè)窯爐的耐火材料爐襯。
文檔編號(hào)C04B35/66GK101734937SQ20091024300
公開(kāi)日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者冀新友, 劉艷改, 衛(wèi)李賢, 張健, 房明浩, 黃朝暉 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)