專利名稱：一種高純高強輕質(zhì)莫來石耐火骨料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐火材料領(lǐng)域所用的一種耐火骨料，尤其涉及一種輕質(zhì)耐火材料用的 高純高強輕質(zhì)莫來石耐火骨料以及制備方法。
背景技術(shù)：
輕質(zhì)耐火材料根據(jù)使用溫度的不同可分兩大類。一是普通類，其使用溫度通常低 于1200°C ；另一類是高級隔熱材料，使用溫度通常高于1500°C，但價格昂貴、強度低，難以 廣泛應(yīng)用；而使用溫度在1200 1500°C之間的工業(yè)窯爐和熱工設(shè)備的背襯大都使用的是 定形制品，存在整體性不好、強度低、施工效率不夠高等不足。因此開發(fā)使用溫度在1200 1500°C，強度高、隔熱性良好的輕質(zhì)不定形耐火材料，這對于節(jié)能減耗、實現(xiàn)窯爐結(jié)構(gòu)輕型 化和簡化十分必要。因此能滿足這種輕質(zhì)不定形耐火材料所用的原料成為關(guān)鍵。然而，現(xiàn) 在所用的骨料普遍存在引入雜質(zhì)多、高溫體積穩(wěn)定性差、隔熱性能與強度不能兼顧等一些 缺點，從而難于滿足輕質(zhì)不定形耐火材料的發(fā)展需要。在國內(nèi)專利文獻CN 101265118A中表述了具有類似本發(fā)明的莫來石輕質(zhì)骨料，但 本發(fā)明與其有顯著的不同。首先是使用的原料不同，其次是生產(chǎn)過程截然不同，最終產(chǎn)品的 性能也有根本的不同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題存在的不足，提供一種純度高、高溫體積 穩(wěn)定性好、隔熱性好、高強度的輕質(zhì)莫來石耐火骨料以及它的制備方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是這種高純高強輕質(zhì)莫來石耐火骨料以天然硅石和工 業(yè)高純氧化鋁作為起始物料，外加入結(jié)合劑、添加劑和可在高溫下?lián)]發(fā)的碳質(zhì)燒失物。起始 物料的重量百分比為天然硅石20% 30%、工業(yè)高純氧化鋁70 80% ；外加的結(jié)合劑、 添加劑和碳質(zhì)燒失物的加入量分別占起始料總重量的百分比為結(jié)合劑4% 6%、添加劑 0. 3% 1. 0%和碳質(zhì)燒失物25% 35%。原料中所述的天然硅石，SiO2含量大于98% ；工業(yè)高純氧化鋁中，Al2O3的含量大于 98%;所用的結(jié)合劑為工業(yè)糊精；燒失物為無煙煤、炭黑或石墨；添加劑為羥甲基纖維素。起 始物料經(jīng)破粉碎后在筒磨機內(nèi)磨細混勻，混好的物料經(jīng)真空壓濾，通過練泥機與擠泥機使 物料成為具有規(guī)則形狀的坯體，坯體先經(jīng)自然干燥，再在干燥窯內(nèi)在100°C以上的溫度下充 分干燥。干燥后的坯體放于隧道窯內(nèi)在1300°C以上的溫度下煅燒，煅燒后得到的成品再經(jīng) 破碎成合適的粒度，就得到本發(fā)明的高純高強輕質(zhì)莫來石耐火骨料。本發(fā)明的原理在于利用Al2O3與SiO2在較高的溫度下發(fā)生反應(yīng)，形成一種性質(zhì)穩(wěn) 定、性能優(yōu)異的莫來石相，莫來石本身具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，低的熱膨脹性及優(yōu)良的高溫性 能，采用鋁硅系材料，合成輕質(zhì)莫來石原料，非常適合于用來制做隔熱材料。此外，在所采用 的起始物料中，加入了一定量的在高溫下可以燃燒而消耗掉的碳質(zhì)材料，從而可在所制得 的材料內(nèi)部產(chǎn)生大量的微氣孔，由于氣相材料的導(dǎo)熱系數(shù)要遠小于固相材料，因此也可以使所得到的莫來石骨料的導(dǎo)熱系數(shù)進一步降低。同時，由于莫來石骨料內(nèi)部的氣孔呈封閉的球形結(jié)構(gòu)，而具有球形結(jié)構(gòu)的物體其抗壓能力最強，故所制得的莫來石骨料還具有較高 耐壓強度。本發(fā)明還采用了更合理的濕法真空壓濾擠出成形工藝，大大減少了坯體內(nèi)部因 多余水分導(dǎo)致的大氣孔，使產(chǎn)物輕質(zhì)莫來石骨料內(nèi)部氣孔孔徑更為微小，根據(jù)傳熱學(xué)原理， 在高溫條件下，氣孔孔徑越小，越有利于導(dǎo)熱系數(shù)的降低，從而使材料有更優(yōu)異的隔熱保溫 性能，另外，氣孔孔徑減小也有利于材料強度的提高。這樣，本發(fā)明所制得的莫來石骨料有良好的隔熱能力、優(yōu)異的耐壓強度以及良好 的高溫體積穩(wěn)定性。本發(fā)明，高純高強輕質(zhì)莫來石耐火骨料的制備方法為步驟一、準備原料，把天然硅石、工業(yè)高純氧化鋁、無煙煤分別破粉碎，粒度要小于 200 目。步驟二、配制混合料，將按一定配比的天然硅石粉、工業(yè)高純氧化鋁、無煙煤及外 加劑糊精、添加劑羥甲基纖維素加入筒磨機后，再向筒磨機內(nèi)加入占全部料重約100 130%的水，用剛玉球作研磨介質(zhì)，進行研磨，全部物料在筒磨機內(nèi)磨12 36小時得到物料 粒度600-700目的料漿。步驟三、真空壓濾、練泥與擠泥，在真空壓濾機內(nèi)將料漿壓濾成餅狀。將壓濾好的 料餅在練泥機內(nèi)處理后，經(jīng)擠泥機擠成尺寸為230X114X65mm的坯體。步驟四、自然干燥和烘干，坯體在室溫條件下自然干燥24 72小時，將坯體在干 燥器內(nèi)100 200°C的溫度下干燥24 36小時。步驟五、煅燒和破碎，將干燥后的坯體于高溫窯內(nèi)在1300 1400°C下煅燒，升溫 速率為5°C /min，燒24 36小時后得到塊狀莫來石制品；將煅燒后的塊狀莫來石經(jīng)鄂式和 圓錐破碎機破碎就得到這種高純高強輕質(zhì)莫來石耐火骨料。所得到骨料的體積密度介于1. 1 1. 3g/cm3之間，氣孔率為50 70%，經(jīng)XRD分 析表明骨料中莫來石的含量高于60%，骨料內(nèi)部的氣孔孔徑主要處于ΙΟμπι以下，集中分 布在3 μ m左右，通過SEM分析表明，所制得的骨料內(nèi)部顆粒與氣孔間分布非常均勻。本發(fā)明的有益效果在于純度高，帶入的雜質(zhì)成分少，從而使最終得到的產(chǎn)物在高 溫下收縮變形小，高溫體積穩(wěn)定性好，有利于保持工業(yè)窯爐墻襯的整體結(jié)構(gòu)；利用濕法共磨 所配制物料，使物料間相互分散均勻，且粒度更??；通過真空壓濾擠壓成形，可排除坯體中 的大氣孔，可使得到的莫來石骨料內(nèi)部的氣孔更為微小，且均勻分布，不易出現(xiàn)聚集，能提 升材料的隔熱能力；且骨料內(nèi)部氣孔呈封閉的球形結(jié)構(gòu)，使骨料具有更高的耐壓強度。
具體實施例方式以下實施例詳細地說明了本發(fā)明。實施例1將天然硅石粉與Al2O3含量大于98%的工業(yè)氧化鋁按28 72的比例配制，外力口 無煙煤30%、糊精4%、羥甲基纖維素0.4% (均為占起始料總重量的百分比)。將上述原 料稱量好后，與研磨介質(zhì)剛玉球、水一起加入筒磨機內(nèi)。三者比例為，原料研磨介質(zhì)水 為1 1 1(質(zhì)量比)。筒磨機轉(zhuǎn)速設(shè)定為20r/m，共磨時間為24h。將共磨好的原料引入真空壓濾機內(nèi)進行壓濾，壓濾好的料漿經(jīng)練泥后投入擠泥機內(nèi)，擠出后切割得到方形坯體。坯體先放在室溫環(huán)境中進行自然干燥，時間為48h。之后，再 將自然干燥后的坯體在110°C的干燥器內(nèi)烘干24h。烘干后的坯體入窯進行高溫煅燒，升溫 速率為5°C /min，最高煅燒溫度為1350°C，保溫時間為36h。產(chǎn)品出窯后，經(jīng)破碎得到這種 高純高強輕質(zhì)莫來石骨料。 實施例2將天然硅石粉與Al2O3含量大于98%的工業(yè)氧化鋁按25 75的比例配制，外力口 30%的炭黑、5%的糊精、0.7%的羥甲基纖維素(均為占起始料的百分比)。將上述原料 稱量好后，與研磨介質(zhì)剛玉球、水一起加入筒磨機內(nèi)。三者比例為，原料研磨介質(zhì)水為 1:1: 1.2(質(zhì)量比)。筒磨機轉(zhuǎn)速設(shè)定為20r/m，共磨時間為24h。將共磨好的物料引入 真空壓濾機內(nèi)進行壓濾，壓濾好的料漿經(jīng)練泥后投入擠泥機內(nèi)，擠出后切割得到方形坯體。 坯體先放在室溫環(huán)境中進行自然干燥，時間為36h。之后，再將自然干燥后的坯體在110°C 的干燥器內(nèi)烘干36h。烘干后的坯體入窯進行高溫煅燒，升溫速率為5°C /min，最高煅燒溫 度為1400°C，保溫時間為24h。產(chǎn)品出窯后，經(jīng)破碎得到這種高純高強輕質(zhì)莫來石骨料。實施例3將天然硅石粉與Al2O3含量大于98%的工業(yè)氧化鋁按20 80的比例配制，外力口 28%的石墨、6%的糊精、0.7%的羥甲基纖維素(均為占起始料的百分比)。將上述原料 稱量好后，與研磨介質(zhì)剛玉球、水一起加入筒磨機內(nèi)。三者比例為，原料研磨介質(zhì)水為 1:1: 1.3(質(zhì)量比)。筒磨機轉(zhuǎn)速設(shè)定為24r/m，共磨時間為36h。將共磨好的物料引入 真空壓濾機內(nèi)進行壓濾，壓濾好的料漿經(jīng)練泥后投入擠泥機內(nèi)，擠出后切割得到方形坯體。 坯體先放在室溫環(huán)境中進行自然干燥，時間為72h。之后，再將自然干燥后的坯體在110°C 的干燥器內(nèi)烘干24h。烘干后的坯體入窯進行高溫煅燒，升溫速率為5°C /min，最高煅燒溫 度為1400°C，保溫時間為24h。產(chǎn)品出窯后，經(jīng)破碎得到這種高純高強輕質(zhì)莫來石骨料。
權(quán)利要求
一種高純高強輕質(zhì)莫來石耐火骨料，其特征在于選用天然硅石和工業(yè)高純氧化鋁為起始料，外加入結(jié)合劑、添加劑和碳質(zhì)燒失物，起始料的重量百分比為天然硅石20％～30％、工業(yè)氧化鋁70～80％；外加結(jié)合劑、添加劑和碳質(zhì)燒失物的加入量分別占起始料總重量的百分比為結(jié)合劑4％～6％、添加劑0.3％～1.0％和碳質(zhì)燒失物25％～35％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純高強輕質(zhì)莫來石耐火骨料，其特征在于結(jié)合劑為工業(yè) 糊精，燒失物為無煙煤、炭黑或石墨，添加劑為羥甲基纖維素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純高強輕質(zhì)莫來石耐火骨料，其特征在于工業(yè)氧化鋁中 Al2O3的含量大于98%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純高強輕質(zhì)莫來石耐火骨料的制備方法，其特征在于步 驟一、準備原料，把天然硅石、工業(yè)高純氧化鋁、無煙煤分別破粉碎，粒度要小于200目；步驟二、配制混合料，將按一定配比的天然硅石粉、工業(yè)高純氧化鋁、無煙煤及外加劑 糊精、添加劑羥甲基纖維素加入筒磨機后，再向筒磨機內(nèi)加入占全部料重約100 130% 的水，用剛玉球作研磨介質(zhì)，進行研磨，全部物料在筒磨機內(nèi)磨12 36小時得到物料粒度 600-700目的料漿；步驟三、真空壓濾、練泥與擠泥，在真空壓濾機內(nèi)將料漿壓濾成餅狀，將壓濾好的料餅 在練泥機內(nèi)處理后，經(jīng)擠泥機擠成尺寸為230 X 114 X 65mm的坯體；步驟四、自然干燥和烘干，坯體在室溫條件下自然干燥24 72小時，將坯體在干燥器 內(nèi)100 200°C的溫度下干燥24 36小時；步驟五、煅燒和破碎，將干燥后的坯體于高溫窯內(nèi)在1300 1400°C下煅燒，升溫速率 為5°C /min，燒24 36小時后得到塊狀莫來石制品；將煅燒后的塊狀莫來石經(jīng)鄂式和圓錐 破碎機破碎就得到這種高純高強輕質(zhì)莫來石耐火骨料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高純高強輕質(zhì)莫來石耐火骨料以及制備方法。這種骨料以天然硅石和工業(yè)高純氧化鋁為起始物料，外加入結(jié)合劑、添加劑和可在高溫下?lián)]發(fā)的碳質(zhì)燒失物，通過濕法共磨，真空壓濾成形，坯體干燥后進行煅燒，燒后產(chǎn)物經(jīng)破碎后得到該種高純高強輕質(zhì)莫來石耐火骨料。起始料的重量百分比為天然硅石20％～30％、工業(yè)高純氧化鋁70～80％；外加的結(jié)合劑、添加劑和碳質(zhì)燒失物的加入量分別占起始料總重量的百分比為結(jié)合劑4％～6％、添加劑0.3％～1.0％和碳質(zhì)燒失物25％～35％。這種輕質(zhì)莫來石耐火骨料具有純度高、高溫體積穩(wěn)定性好、隔熱性好、強度高等優(yōu)異的性能。
文檔編號C04B14/04GK101817688SQ20101015966
公開日2010年9月1日 申請日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者于仁紅, 周寧生, 孟慶新, 張三華, 畢玉保, 王慧芳, 胡書禾 申請人:河南科技大學(xué)