專利名稱：一種高強莫來石質輕質耐火材料的制備方法
技術領域：
本發明涉及耐火材料技術領域，具體涉及一種高強莫來石質輕質耐火材料的制備方法。
背景技術：
輕質耐火磚是一種體積密度低、氣孔率高(45% 85% )、熱導率低的保溫隔熱材料，主要用于工業窯爐的保溫隔熱，能夠降低爐體質量，節省燃料消耗，按使用溫度主要分為三大類，低溫輕質耐火磚(< 900°C ):如硅藻土磚、石棉磚、膨脹珍珠巖磚等；中溫輕質耐火磚(900 1200°C )如蛭石、輕質硅磚、輕質粘土磚等；高溫輕質耐火磚(> 1200°C ) 如輕質莫來石磚、輕質剛玉磚、氧化鋁空心球磚等。目前莫來石質輕質耐火磚的體積密度在 0. 6 1. Og/cm3, 350°C熱導率小于0. 4ff/ (m -K)，也有報道制備的莫來石質耐火磚的體積密度在0. 4g/cm3以下，但是往往在追求輕質的同時無法滿足強度的需求，一般抗折強度比較低。中國專利CN1557762公開的利用鋁型材廠工業污泥研制輕質莫來石保溫耐火材料的方法，所制得的輕質莫來石質耐火磚體積為0. 6 1. Og/cm3，而抗折強度僅為0. 7 3MPa，比強度不超過3MPa/ (g/cm3)。中國專利CN1559985公開的一種堇青石一莫來石輕質耐火磚及其制備方法，所制得的莫來石輕質耐火磚體積密度為0. 9g/cm3，抗折強度為1. 35MPa,比強度僅為1. 5MPa/(g/cm3)。輕質耐火材料在大幅度降低體積密度的同時材料的抗折強度也急劇下降，導致比強度減小。ZrO2的加入雖然可以提高材料的抗折強度，但同時也急劇增大了材料體積密度，嚴重損傷其比強度。需要合適的比強度必須協調密度與強度。因此，雖然輕質耐火磚的低密度、低熱導率的特點決定了它在工業窯爐應用上的不可替代性，但是輕質低密度與強度是又是相互矛盾的，并且在工業應用上會存在生產成本的問題。亟需一種能協調密度與強度，具有合適的比強度的輕質耐火材料。
發明內容
本發明的目的在于提供一種高強輕質的莫來石質耐火材料的制備方法，通過該方法制備得到的莫來石質耐火材料實現低密度與高強度的協調，進而提高莫來石質耐火材料的比強度，該莫來石質耐火材料可在溫度> 1350°C的條件下使用。本發明目的是通過以下方式實現的一種高強莫來石質輕質耐火材料的制備方法，該方法以蘇州土、魯山土、藍晶石、 硅微粉、莫來石粉以及磚回料熟粉為基料，和木屑研磨均勻，再添加磷酸二氫鋁溶液，磷酸二氫鋁溶液用量為基料質量的3 20% (以基料的總質量為100%基準)；攪拌研磨均勻， 造粒，取造粒后的材料成型，成型壓力為40 60MPa，再在1400 1450°C條件下保溫燒成。 燒成的材料的密度范圍為1. 051 1. 42g/cm3。所述的成型方式為干壓成型、擠出成型或塑壓成型，優選干壓成型。優選成型后先以2 3°C /min的速率升溫至500°C，再以3 5°C /min的速率升溫至1000°C，最后以100 150°C /h的速率升溫至1400 1450°C。在1400 1450°C條
3件下保溫燒成時間為1 濁。所加入的磷酸二氫鋁溶液的用量優選為基料質量的15 20%，所使用的磷酸二氫鋁溶液的質量濃度為70 80%。本發明在基料中添加木屑作為燃盡物，木屑的用量可以為基料質量的10 50% (以基料的總質量為100%為基準)，優選占基料總質量的20 50%。木屑細度不做要求，20 100目為優。本發明所采用的基料優選組成(以基料各組分之和為100%計)為20 30wt% 蘇州土、10 20 {%魯山土、3 6wt%的藍晶石、3 微粉、10 15wt%莫來石粉、30 40wt% 140目磚回料熟粉。磚回料熟粉的成分組成(以磚回料熟粉各組分之和為 100%計)為 Al2O力4 78wt%，Si&20 44wt ^Je2O3O. 5 Iwt %、Nei2O 0. 5 Iwt %及雜質0. 5 4wt%。其中，Al2O3和SiO2中莫來石相占78 85wt% (以Al2O3和SiO2之和為100%計)。磚回料熟粉可來源于蘇州土、魯山土、藍晶石、硅微粉與莫來石粉按照常規方法燒成的耐火磚再破碎后得到的粉料。磚回料熟粉優選其成分組成為Al203>32wt% SiO2,0. 7wt% Fe203>0. 7wt% Na2O以及2. 6wt%雜質；其中，Al2O3和SiR中莫來石相范圍78 85wt% (以Al2O3和SiR 之和為100%計)。本發明所述材料均市售可得。本發明在常規耐火材料基料的基礎上，添加一定比例用量的磷酸二氫鋁溶液和木屑，并在成型時控制成型壓力。其中，以木屑作為燒失料，燃盡后能夠留下均勻分布的、彌散的、非規則形狀的孔隙，能緩沖制品熱脹冷縮過程中所產生的應力，使制品熱震穩定性提高，并且留下的均勻孔隙實現了輕質低密度的要求。加入磷酸二氫鋁溶液作為高溫粘結劑， 通過磷酸鹽的聚合作用和多縮聚合作用，使得材料結構中的膠結粘附作用增強，材料強度增加。與現有技術比較本發明的有益效果本發明利用木屑作為燃盡物提高耐火磚的高氣孔率，降低材料體積密度，添加一定量的磷酸二氫鋁溶液作為高溫粘結劑，改變了耐火材料內部結構，使得平均抗折強度有顯著的提高，并且控制成型壓力實現輕輕質與高強的協調。本發明在不增加成本的基礎上，保證輕質耐火磚的低密度的同時顯著提高其強度。
具體實施例方式以下通過具體實施例對本發明做進一步闡述，不應理解為對本發明總的技術方案的限定。實施例1基料組成為(以基料的質量為100%計)20襯％蘇州土、20襯％魯山土、6襯％的藍晶石、6襯％硅微粉、10wt%莫來石粉、38wt% 140目磚回料熟粉。其中，磚回料熟粉中(以磚回料熟粉為100%計)成分組成為Mwt%Al203、32wt% SiO2,0. 7wt% Fe203>0. 7wt % Na2O 以及 2. 6wt% 雜質；在 Al2O3 和 SiO2 中莫來石相范圍在 78 85wt%。(1)配料基料與20 100目木屑質量比為50 20。(2)研磨將配好的混合粉料研磨均勻。(3)造粒混合均勻的粉料添中加濃度為70 SOwt%、用量為基料質量的15%的磷酸二氫鋁水溶液繼續攪拌研磨均勻，造粒。3/4頁(4)成型取適量造粒后的粉料于模具中，常規干壓成型，調整成型壓力為58MPa。 成型后的試條長80mm、寬18mm、高5. 7mm。(5)高溫燒成燒成時，先以2 3°C/min的速率升溫至500°C，再以3 5°C/min 的速率升溫至1000°c，最后以100 150°C /h的速率升溫至1400°C，在溫度1400°C條件下保溫燒成Ih。燒成后得到的試條長78mm、寬18mm、高5. 2mm。實施例2基料組成為(以基料的質量為100%計)30襯％蘇州土、10襯％魯山土、3襯％的藍晶石、3襯％硅微粉、15wt%莫來石粉、39wt% 140目磚回料熟粉。其中，磚回料熟粉中(以磚回料熟粉為100%計)成分組成為Mwt%Al203、32wt% SiO2,0. 7wt% Fe203>0. 7wt% Na2O 以及 2. 6wt%雜質，Al2O3 和 SiO2 中莫來石相范圍在 78 85wt%。(1)配料基料與木屑質量比為50 25。(2)研磨將配好的混合粉料研磨均勻。(3)造粒混合均勻的粉料添加濃度為70 SOwt%，用量為基料質量的15%的磷酸二氫鋁水溶液繼續攪拌研磨均勻，造粒。(4)成型取適量造粒后的粉料于模具中，常規干壓成型，調整成型壓力為50MPa。 成型后的試條長80mm、寬18mm、高5. 6mm。(5)高溫燒成燒成時，先以2 3°C /min的速率升溫至500°C，再以3 5°C /min 的速率升溫至1000°c，最后以100 150°C /h的速率升溫至1400°C，在溫度1400°C條件下保溫燒成池。燒成后得到的試條長78mm、寬18mm、高5. 1mm。實施例3基料組成為(以基料的質量為100%計)25襯％蘇州土、15襯％魯山土、5襯％的藍晶石、5襯％硅微粉、15wt%莫來石粉、140目磚回料熟粉。其中，磚回料熟粉中(以磚回料熟粉為100%計)成分組成為56wt% Al203、40wt% SiO2,0. 6wt% Fe203>0. 7wt% Na2O 以及 2. 7wt%雜質，Al2O3 和 SiO2 中莫來石相范圍在 78 85wt%。(1)配料基料與木屑質量比為50 22.5。(2)研磨將配好的混合粉料研磨均勻。(3)造粒混合均勻的粉料添加濃度為70 SOwt %，用量為基料質量15 %的磷酸二氫鋁水溶液繼續攪拌研磨均勻，造粒。(4)成型取適量造粒后的粉料于模具中，常規干壓成型，調整成型壓力為50MPa。 成型后的試條長80mm、寬18mm、高5. 7mm。(5)高溫燒成燒成時，先以2 3°C /min的速率升溫至500°C，再以3 5°C /min 的速率升溫至1000°c，最后以100 150°C /h的速率升溫至1450°C，在溫度1450°C條件下保溫燒成Ih。燒成后得到的試條長78mm、寬18mm、高5. 0mm。對比例為按照實施例2方法制備得到的高強莫來石質輕質耐火材料，僅不同的是制備過程中不添加磷酸二氫鋁溶液。實施例4 9為按照實施例1方法制備得到的材料，制備過程中，實施例按表1所
5述調整木屑與基料的質量比、成型壓力及磷酸二氫鋁溶液的用量。對按照實施例1-9及對比例方法制備得到的材料采用耐火磚行業常規方法進行性質檢測。具體方法為常溫下，取干燥試條，將稱量得到的試條干重與試條的體積(長* 寬*高)之比計算密度；利用三點彎曲法測試試條抗彎強度。具體測試結果見表1。表1實施例1-9及對比例方法制備得到的材料性能測試結果表
權利要求
1.一種高強莫來石質輕質耐火材料的制備方法，該方法以蘇州土、魯山土、藍晶石、硅微粉、莫來石粉以及磚回料熟粉為基料，其特征在于將基料和木屑研磨均勻，再添加磷酸二氫鋁溶液，磷酸二氫鋁溶液用量為基料質量的3 20% ；攪拌研磨均勻，造粒，取造粒后的材料成型，成型壓力為40 60MPa，再在1400 1450°C條件下保溫燒成。
2.根據權利要求1所述的高強莫來石質輕質耐火材料的制備方法，其特征在于所述的成型后，先以2 3°C /min的速率升溫至500°C，再以3 5°C /min的速率升溫至1000°C， 最后以100 150°C /h的速率升溫至1400 1450°C。
3.根據權利要求1所述的高強莫來石質輕質耐火材料的制備方法，其特征在于1400 1450°C條件下保溫燒成時間為1 2h。
4.根據權利要求1所述的高強莫來石質輕質耐火材料的制備方法，其特征是所加入的磷酸二氫鋁溶液的用量為基料質量的15 20%。
5.根據權利要求1所述的高強莫來石質輕質耐火材料的制備方法，其特征是所使用的磷酸二氫鋁溶液的質量濃度為70 80%。
6.根據權利要求1所述的高強莫來石質輕質耐火材料的制備方法，其特征是木屑的用量為基料質量的10 50%。
7.根據權利要求1所述的高強莫來石質輕質耐火材料的制備方法，其特征是基料組成為20 州土、10 2(^1%魯山土、3 6wt%的藍晶石、3 微粉、10 15wt%莫來石粉、30 40wt% 140目磚回料熟粉。
8.根據權利要求1所述的高強莫來石質輕質耐火材料的制備方法，其特征是所述的磚回料熟粉的組成為 Al2O力4 78wt%、Si&20 44￥ %、 ^2030. 5 lwt%、Na200. 5 lwt% 及雜質0. 5 4wt%。
9.根據權利要求1所述的高強莫來石質輕質耐火材料的制備方法，其特征是所述的成型為干壓成型、擠出成型或塑壓成型。
10.根據權利要求9所述的高強莫來石質輕質耐火材料的制備方法，其特征是所述的成型為干壓成型。
全文摘要
本發明公開了一種高強莫來石質輕質耐火材料的制備方法，該方法以蘇州土、魯山土、藍晶石、硅微粉、莫來石粉以及磚回料熟粉為基料，和木屑研磨均勻，再添加磷酸二氫鋁溶液，其用量為基料質量的3～20wt％；攪拌研磨均勻，造粒，取造粒后的材料成型，成型壓力為40～60MPa，再在1400～1450℃條件下保溫燒成。通過該方法制備得到的莫來石質輕質耐火材料在保證成本不增加的前提下，解決比重與強度這一矛盾，從而改進其力學性能。
文檔編號C04B35/66GK102503494SQ20111035552
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月11日 優先權日2011年11月11日
發明者殷波, 顧雷 申請人:宜興摩根熱陶瓷有限公司