本發(fā)明屬于硅酸鋁磚技術領域。具體涉及一種不燒粘土結合硅酸鋁磚及其制備方法。

背景技術：

高鋁磚、粘土磚是兩種常用的硅酸鋁質耐火材料，因其耐火度高、價格低廉、抗熔渣侵蝕性強和高溫機械強度大，廣泛應用于水泥、鋼鐵、玻璃等行業(yè)，如高爐襯體、熱風爐爐體、電爐爐頂、鼓風爐爐缸、反射爐和回轉窯內襯，以及澆注系統用的塞頭、水口磚等。

高鋁磚、粘土磚一般在1300℃以上經長時間保溫燒成，因此，不僅能耗大和生產成本高，且高溫導致的熱島效應和燃料所產生的碳排放極大地增加了環(huán)境負荷，嚴重影響我國節(jié)能降耗目標的實現。

目前常用的不燒高鋁質磚多以磷酸鹽作結合劑，并添加少量軟質粘土，雖然制品常溫強度較高，但由于磷酸鹽結合劑自身晶型多變，受溫度和結合劑配比及PH值影響極大，質量不穩(wěn)定；并且磷酸鹽結合劑在混料過程中需分次分量加入，工藝較為復雜。另外磷酸鹽對金屬構件有一定腐蝕影響，用后的磷酸鹽制品處理不當則會引起水體富營養(yǎng)化，產生赤潮現象。另一方面，粘土僅僅作為添加成分加入，并未起到良好的結合作用。

現有的粘土磚采用軟質粘土作結合劑，通常還需添加紙漿廢液配合使用，雖能共同提高其結合強度，但紙漿廢液中常含有亞硫酸鹽、硫化鈉等雜質，對粘土磚的耐火度和荷重軟化溫度有一定影響。

技術實現要素：

本發(fā)明旨在克服現有技術缺陷，目的是提供一種不燒粘土結合硅酸鋁磚的制備方法，用該方法制備的不燒粘土結合硅酸鋁磚常溫強度大、耐火度高、熱震穩(wěn)定性好、荷重軟化溫度高和體積收縮率低。

為實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案的步驟是：

步驟一、將5~25份質量的水與2~10份質量的軟質粘土置于行星球磨機中，以600~1000r/min的轉速研磨4~6h，得到泥漿。

步驟二、將30~40份質量的熟料細粉與1~20份質量的軟質粘土置于振動磨中，混磨2~3h，得到預混粉料。

步驟三、將50~55份質量的熟料粗顆粒和10~15份質量的熟料中顆?；旌?，加入輪碾機中，攪拌1~2min；再加入所述泥漿，攪拌2~3min；然后加入所述預混粉料，攪拌3~5min，得到混合泥料。

步驟四、將所述混合泥料困料6~8h，機壓成型，制得生坯；再將所述生坯在110~120℃條件下干燥24~30h，即得不燒粘土結合硅酸鋁磚。

所述熟料為高鋁礬土熟料、或為粘土熟料；其中：高鋁礬土熟料中的Al₂O₃含量≥60wt%，粘土熟料中的SiO₂≥45wt%和Al₂O₃含量≥46wt%；所述熟料粗顆粒為粒徑小于3mm且大于等于1mm的熟料，所述熟料中顆粒為粒徑小于1mm且大于等于0.088mm的熟料，所述熟料細粉為粒徑小于0.088mm的熟料。

所述軟質粘土為蒙脫土、累托石、廣西白泥和高嶺土中的一種或兩種，所述軟質粘土的粒徑小于0.088mm。

所述機壓成型的壓強為150~200MPa。

由于采用上述技術方案，本發(fā)明與現有技術相比具有如下積極效果：

本發(fā)明采用的軟質粘土屬于層狀硅酸鹽礦物，易吸水膨脹，在高速的球磨處理過程中，層間結構在剪切力作用下被破壞，形成剝離的單一片層、或片層聚集體，剝離的粘土片層呈納米尺度均勻分布，粘土片層由于橋氧斷裂，硅氧鍵、分子鍵和OH^-離子等價鍵裸露，活性點增多，表面能增高，粒子遷移加快，在110~120℃干燥過程中，水分揮發(fā)，即與高鋁礬土熟料或粘土熟料中的Al₂O₃、SiO₂等形成價鍵結合，產生強度。同時，均勻分布的納米片體，在應力作用時，起到裂紋偏轉和分散的效果，從而增強增韌。高溫使用時，這些納米片體原位生成細小的莫來石或方石英等晶相，均勻分布在制品中，可緩解應力，提高制品熱震穩(wěn)定性；而制品中晶粒較大的剛玉相和莫來石相形成骨架結構、或莫來石相和方石英相形成骨架結構，相互交織，有利于提高荷重軟化溫度、強度及耐火度。

本發(fā)明所制備的不燒粘土結合硅酸鋁磚，經檢測：耐壓強度為20~40MPa，0.2MPa荷重軟化開始溫度為1300~1550℃，1200~1500℃×3h燒后體積收縮率為0.1~0.7%。

因此，本發(fā)明制備的不燒粘土結合硅酸鋁磚具有常溫強度大、耐火度高、熱震穩(wěn)定性好、荷重軟化溫度高和體積收縮率低的特點。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發(fā)明作進一步的描述，并非對其保護范圍的限制。

本具體實施方式中，所述軟質粘土的粒徑小于0.088mm，實施例中不再贅述。

實施例1

一種不燒粘土結合硅酸鋁磚及其制備方法。本實施例所述制備方法的步驟是：

步驟一、將5~10份質量的水與2~7份質量的軟質粘土置于行星球磨機中，以600~700r/min的轉速研磨4~6h，得到泥漿。

步驟二、將30~34份質量的熟料細粉與1~3份質量的軟質粘土置于振動磨中，混磨2~3h，得到預混粉料。

步驟三、將50~52份質量的熟料粗顆粒和10~12份質量的熟料中顆粒混合，加入輪碾機中，攪拌1~2min；再加入所述泥漿，攪拌2~3min；然后加入所述預混粉料，攪拌3~5min，得到混合泥料。

步驟四、將所述混合泥料困料6~8h，機壓成型，制得生坯；再將所述生坯在110~120℃條件下干燥24~30h，即得不燒粘土結合硅酸鋁磚。

本實施例所述熟料為高鋁礬土熟料，高鋁礬土熟料中的Al₂O₃含量≥60wt%；所述熟料粗顆粒為粒徑小于3mm且大于等于1mm的高鋁礬土熟料，所述熟料中顆粒為粒徑小于1mm且大于等于0.088mm的高鋁礬土熟料，所述熟料細粉為粒徑小于0.088mm的高鋁礬土熟料。

本實施例所述軟質粘土為蒙脫土。

本實施例所述機壓成型的壓強為150~170MPa。

本實施例所制備的不燒粘土結合硅酸鋁磚，經檢測：耐壓強度為30~34MPa；0.2MPa荷重軟化開始溫度為1450~1500℃；1200~1500℃×3h燒后體積收縮率為0.3~0.5%。

實施例2

一種不燒粘土結合硅酸鋁磚及其制備方法。本實施例所述制備方法的步驟是：

步驟一、將10~15份質量的水與3~8份質量的軟質粘土置于行星球磨機中，以700~800r/min的轉速研磨4~6h，得到泥漿。

步驟二、將32~36份質量的熟料細粉與2~4份質量的軟質粘土置于振動磨中，混磨2~3h，得到預混粉料。

步驟三、將51~53份質量的熟料粗顆粒和11~13份質量的熟料中顆粒混合，加入輪碾機中，攪拌1~2min；再加入所述泥漿，攪拌2~3min；然后加入所述預混粉料，攪拌3~5min，得到混合泥料。

步驟四、將所述混合泥料困料6~8h，機壓成型，制得生坯；再將所述生坯在110~120℃條件下干燥24~30h，即得不燒粘土結合硅酸鋁磚。

本實施例中：所述熟料同實施例1；所述軟質粘土為累托石；所述機壓成型的壓強為160~180MPa。

本實施例所制備的不燒粘土結合硅酸鋁磚，經檢測：耐壓強度為36~40MPa；0.2MPa荷重軟化開始溫度為1500~1550℃；1200~1500℃×3h燒后體積收縮率為0.4~0.6%。

實施例3

一種不燒粘土結合硅酸鋁磚及其制備方法。本實施例所述制備方法的步驟是：

步驟一、將15~20份質量的水與4~9份質量的軟質粘土置于行星球磨機中，以800~900r/min的轉速研磨4~6h，得到泥漿。

步驟二、將34~38份質量的熟料細粉與3~5份質量的軟質粘土置于振動磨中，混磨2~3h，得到預混粉料。

步驟三、將52~54份質量的熟料粗顆粒和12~14份質量的熟料中顆?；旌希尤胼喣霗C中，攪拌1~2min；再加入所述泥漿，攪拌2~3min；然后加入所述預混粉料，攪拌3~5min，得到混合泥料。

步驟四、將所述混合泥料困料6~8h，機壓成型，制得生坯；再將所述生坯在110~120℃條件下干燥24~30h，即得不燒粘土結合硅酸鋁磚。

本實施例中：所述熟料同實施例1；本實施例所述軟質粘土為廣西白泥和高嶺土的混合物；所述機壓成型的壓強為170~190MPa。

本實施例所制備的不燒粘土結合硅酸鋁磚，經檢測：耐壓強度為32~38MPa；0.2MPa荷重軟化開始溫度為1480~1540℃；1200~1500℃×3h燒后體積收縮率為0.5~0.7%。

實施例4

一種不燒粘土結合硅酸鋁磚及其制備方法。本實施例所述制備方法的步驟是：

步驟一、將20~25份質量的水與5~10份質量的軟質粘土置于行星球磨機中，以900~1000r/min的轉速研磨4~6h，得到泥漿。

步驟二、將36~40份質量的熟料細粉與4~6份質量的軟質粘土置于振動磨中，混磨2~3h，得到預混粉料。

步驟三、將53~55份質量的熟料粗顆粒和13~15份質量的熟料中顆?；旌?，加入輪碾機中，攪拌1~2min；再加入所述泥漿，攪拌2~3min；然后加入所述預混粉料，攪拌3~5min，得到混合泥料。

步驟四、將所述混合泥料困料6~8h，機壓成型，制得生坯；再將所述生坯在110~120℃條件下干燥24~30h，即得不燒粘土結合硅酸鋁磚。

本實施例中：所述熟料同實施例1；所述軟質粘土為蒙脫土和高嶺土的混合物；所述機壓成型的壓強為180~200MPa。

本實施例所制備的不燒粘土結合硅酸鋁磚，經檢測：耐壓強度為34~40MPa；0.2MPa荷重軟化開始溫度為1490~1550℃；1200~1500℃×3h燒后體積收縮率為0.4~0.7%。

實施例5

一種不燒粘土結合硅酸鋁磚及其制備方法。本實施例所述制備方法除步驟二、熟料和軟質粘土外，其余同實施例1：

步驟二、將30~34份質量的熟料細粉與5~11份質量的軟質粘土置于振動磨中，混磨2~3h，得到預混粉料。

本實施例所述熟料為粘土熟料，粘土熟料中：SiO₂≥45wt%，Al₂O₃含量≥46wt%；所述熟料粗顆粒為粒徑小于3mm且大于等于1mm的粘土熟料，所述熟料中顆粒為粒徑小于1mm且大于等于0.088mm的粘土熟料，所述熟料細粉為粒徑小于0.088mm的粘土熟料。

本實施例所述軟質粘土為廣西白泥。

本實施例所制備的不燒粘土結合硅酸鋁磚，經檢測：耐壓強度為20~24MPa，0.2MPa荷重軟化開始溫度為1300~1350℃，1200~1500℃×3h燒后體積收縮率為0.1~0.2%。

實施例6

一種不燒粘土結合硅酸鋁磚及其制備方法。本實施例所述制備方法除步驟二、熟料和軟質粘土外，其余同實施例2：

步驟二、將32~36份質量的熟料細粉與8~14份質量的軟質粘土置于振動磨中，混磨2~3h，得到預混粉料。

本實施例中：所述熟料同實施例5；所述軟質粘土為高嶺土。

本實施例所制備的不燒粘土結合硅酸鋁磚，經檢測：耐壓強度為26~30MPa，0.2MPa荷重軟化開始溫度為1350~1400℃，1200~1500℃×3h燒后體積收縮率為0.3~0.4%。

實施例7

一種不燒粘土結合硅酸鋁磚及其制備方法。本實施例所述制備方法除步驟二、熟料和軟質粘土外，其余同實施例3：

步驟二、將34~38份質量的熟料細粉與11~17份質量的軟質粘土置于振動磨中，混磨2~3h，得到預混粉料。

本實施例中：所述熟料同實施例5；所述軟質粘土為蒙脫土和累托石的混合物。

本實施例所制備的不燒粘土結合硅酸鋁磚，經檢測：耐壓強度為22~28MPa，0.2MPa荷重軟化開始溫度為1320~1380℃，1200~1500℃×3h燒后體積收縮率為0.1~0.3%。

實施例8

一種不燒粘土結合硅酸鋁磚及其制備方法。本實施例所述制備方法除步驟二、熟料和軟質粘土外，其余同實施例4：

步驟二、將36~40份質量的熟料細粉與14~20份質量的軟質粘土置于振動磨中，混磨2~3h，得到預混粉料。

本實施例中：所述熟料同實施例5；所述軟質粘土為累托石和廣西白泥的混合物。

本實施例所制備的不燒粘土結合硅酸鋁磚，經檢測：耐壓強度為24~30MPa，0.2MPa荷重軟化開始溫度為1340~1400℃，1200~1500℃×3h燒后體積收縮率為0.2~0.4%。

本具體實施方式與現有技術相比具有如下積極效果：

本具體實施方式采用的軟質粘土屬于層狀硅酸鹽礦物，易吸水膨脹，在高速的行星球磨處理過程中，層間結構在剪切力作用下被破壞，形成剝離的單一片層、或片層聚集體，剝離的粘土片層呈納米尺度均勻分布，粘土片層由于橋氧斷裂，硅氧鍵、分子鍵和OH^-離子等價鍵裸露，活性點增多，表面能增高，粒子遷移加快，在110~120℃干燥過程中，水分揮發(fā)，即與高鋁礬土熟料或粘土熟料中的Al₂O₃、SiO₂等形成價鍵結合，產生強度。同時，均勻分布的納米片體，在應力作用時，起到裂紋偏轉和分散的效果，從而增強增韌。高溫使用時，這些納米片體原位生成細小的莫來石或方石英等晶相，均勻分布在制品中，可緩解應力，提高制品熱震穩(wěn)定性；而制品中晶粒較大的剛玉相和莫來石相形成骨架結構、或莫來石相和方石英相形成骨架結構，相互交織，有利于提高荷重軟化溫度、強度及耐火度。

本具體實施方式所制備的不燒粘土結合硅酸鋁磚，經檢測：耐壓強度為20~40MPa，0.2MPa荷重軟化開始溫度為1300~1550℃，1200~1500℃×3h燒后體積收縮率為0.1~0.7%。

因此，本具體實施方式制備的不燒粘土結合硅酸鋁磚具有常溫強度大、耐火度高、熱震穩(wěn)定性好、荷重軟化溫度高和體積收縮率低的特點。