本發明涉及冶金行業用耐火材料及其制備方法，具體地屬于一種半重質干熄焦爐環形風道用耐火磚及制備方法。
背景技術：
國內干熄焦技術發展很快，影響干熄焦爐壽命的包括冷卻段、斜道、環形風道不同部位的均衡協調，環形風道由于鼓脹容易出現異常垮塌，每次檢修數十萬元，影響生產。與國內外的技術交流發現，國內外環形風道異常垮塌是行業難題，包括新日鐵在內都沒有徹底解決，每年都有3-5家焦化廠發生因為異常垮塌被迫檢修的事故。
環形風道的最大問題在于其爐襯裂紋、鼓脹和爐墻穿孔，這是行業內都存在的問題。其通常使用的磚為A級莫來石材質的磚，其密度在2.45-2.60g/cm3。莫來石磚雖然抗熱破壞性能比較好，但是在急冷急熱狀態下，其使用次數不會超過50次。面對一個干熄焦爐每天100多次的熄焦、排焦換熱過程，莫來石材質的磚容易因抗熱破壞性能不佳造成開裂、穿孔，使用周期縮短，不能滿足低成本穩定生產的需求。
本申請人經分析研究，如果能將磚的重量減輕，密度減小，則會使目前所用莫來石材質的磚所存在的問題得以解決。
經檢索，本申請人檢索到已公開技術制備并用于制做預制磚、隔熱磚、澆注料產品的空心球引入能莫來石磚的體系，則可以降低其體積密度，但對于密度太小，強度偏低，則難以在干熄焦爐環形風道中得到使用，需要進行進一步的試驗研究。
技術實現要素：
本發明的目的在于解決干熄焦爐環形風道內墻用耐火磚的材質問題，通過采用半重質材料，能克服環形風道用磚容易鼓脹、開裂、抗熱破壞性能差，導致檢修頻繁，成本增加的不足。
實現上述目的的措施：
一種半重質干熄焦爐環形風道用耐火磚，其組成原料及重量百分比含量為：粒度為5～3mm的莫來石骨料：16～25%，粒度小于3至1mm的莫來石骨料：15～30%，粒度小于1至0.074mm莫來石骨料：5～15%，粒度小于1至0.074mm的紅柱石：5～15%，粒度小于0.074mm的莫來石細粉10～30%；粒度小于0.074mm的紅柱石細粉3～10%，粒徑不超過3mm的空心球：5～20%，粒度小于0.045mm的高嶺土微粉1～8%，界面處理劑：0.01～2%，結合劑：2～5%；體積密度在1.8～2.25g/cm3。
其在于：所述空心球的使用溫度不低于1300℃；空心球中粒徑不超過1mm的不低于80%。
其在于：所述界面處理劑為水玻璃或硅溶膠或鋁溶膠或硅鋁溶膠。
其在于：所述結合劑為紙漿廢液或糊精或羥甲基纖維素或二種以上的混合物。
制備一種半重質干熄焦爐環形風道用耐火磚的方法，其步驟：
1）先將空心球與界面處理劑混合至潤濕狀態；
2）在步驟1）的混勻料中加入粒度小于0.074mm的莫來石細粉、粒度小于0.074mm的紅柱石細粉及粒度小于0.045mm的高嶺土微粉；
3）再將所有莫來石骨料、粒度小于1至0.074mm的紅柱石及粒徑不超過3mm的空心球、結合劑與步驟2）的料混勻；
4）常規壓制成型所需磚型；
5）進行烘干，烘干溫度控制在100~120℃，烘干時間不少于24個小時；
6）進行燒制，升溫至1300℃～1450℃，并在此溫度下保溫3～10h；燒制后磚的體積密度在1.8～2.25g/cm3；待用。
本發明中各組成原料及主要工藝的作用：
莫來石骨料：粒度為5～3mm：16～25%，粒度小于3至1mm：15～30%，粒度小于1至0.074mm：5～15%，作為骨料配合使用，利于提高材料的抗熱破壞性能。
紅柱石：膨脹劑、粒度小于1至0.074mm的細骨料，取值5～15%膨脹量比較合適。
莫來石細粉：基質的基礎組分，取值10～30%，基質組成比較穩定。
空心球：降低爐襯磚重量的耐火材料空心球，使用溫度不低于1300℃；空心球中粒徑不超過1mm的不低于80%。取值5～20%，利于磚的密度和質量的控制。
紅柱石細粉：基質的基礎組分，取值3～10%，基質組成燒成收縮小，增加膨脹量。
高嶺土微粉：促進燒結劑，容易促進基質的致密燒結，取值1～8%收縮小。
界面處理劑：利用界面處理劑的液相結合使得空心球與磚的基質界面能夠結合緊密，增加粘接強度。
結合劑：利用結合劑使得生坯獲得制磚的強度。
本發明之所以能夠獲得良好的性能，就在于它利用了空心球的重量輕，強度大，粒度小的特點，降低了環形風道的重量，減小了對斜煙道的壓力，由于空心球蓄熱效果好，可以減緩熱應力破壞，因此在環形風道的磚襯使用上，
本發明與現有技術相比，解決了干熄焦爐環形風道用磚容易產生鼓脹、開裂的現象，其耐壓強度達到60MPa以上，1300℃×3h重燒線變化率在±0.2%，磚的單重可以降低10%以上，預期使用周期由原來的3-5年提高5.5-8年，生產成本大幅減少。
具體實施方式
下面對本發明予以詳細描述：
實施例1
一種半重質干熄焦爐環形風道用耐火磚，其組成原料及重量百分比含量為：粒度為5～3mm的莫來石骨料：25%，粒度小于3至1mm的莫來石骨料：20%，粒度小于1至0.074mm莫來石骨料：8%，粒度小于1至0.074mm的紅柱石：8%，莫來石細粉15.5%，紅柱石細粉10%，粒徑不超過3mm的空心球：5%，其中小于1mm的空心球的比例占80%，高嶺土微粉5%，水玻璃0.5 %，紙漿廢液3%。
制備方法：
1）先將空心球與水玻璃混合至潤濕狀態；
2）在步驟1）的混勻料中加入粒度小于0.074mm的莫來石細粉、粒度小于0.074mm的紅柱石細粉及粒度小于0.045mm的高嶺土微粉；
3）再將所有莫來石骨料、粒度小于1至0.074mm的紅柱石及粒徑不超過3mm的空心球、紙漿廢液與步驟2）的料混勻；
4）常規壓制成型所需磚型；
5）進行烘干，烘干溫度為110℃，烘干時間在24小時；
6）進行燒制，升溫至1350℃時，在此溫度下保溫10小時；燒制后磚的體積密度在2.23g/cm3；待用。
經檢測，所制備的磚的耐壓強度達到72.5MPa，1300℃×3小時重燒線變化率為-0.1%，體積密度為2.23 g/cm3。
實施例2
一種半重質干熄焦爐環形風道用耐火磚，其組成原料及重量百分比含量為：粒度為5～3mm的莫來石骨料：16%，粒度小于3至1mm的莫來石骨料：30%，粒度小于1至0.074mm莫來石骨料：5%，粒度小于1至0.074mm的紅柱石：5%，莫來石細粉20%，紅柱石細粉8%，粒徑不超過3mm的空心球：10%，其中小于1mm的空心球的比例占95%，超細高嶺土微粉3%，硅溶膠0.5 %，糊精2.5%。
制備方法：
1）先將空心球與硅溶膠混合至潤濕狀態；
2）在步驟1）的混勻料中加入粒度小于0.074mm的莫來石細粉、粒度小于0.074mm的紅柱石細粉及粒度小于0.045mm的高嶺土微粉；
3）再將所有莫來石骨料、粒度小于1至0.074mm的紅柱石及粒徑不超過3mm的空心球、糊精與步驟2）的料混勻；
4）常規壓制成型所需磚型；
5）進行烘干，烘干溫度為105℃，烘干時間在24.5小時；
6）進行燒制，升溫至1300℃時，在此溫度下保溫8小時；燒制后磚的體積密度在2.10g/cm3；待用。
經檢測，所制備的磚的耐壓強度達到69MPa，1300℃×3小時重燒線變化率為-0.15%，體積密度為2.01 g/cm3。
實施例3
一種半重質干熄焦爐環形風道用耐火磚，其組成原料及重量百分比含量為：粒度為5～3mm的莫來石骨料：20%，粒度小于3至1mm的莫來石骨料：15%，粒度小于1至0.074mm莫來石骨料：15%，粒度小于1至0.074mm的紅柱石：6%，莫來石細粉30%，紅柱石細粉3%，粒徑不超過3mm的空心球：5%，其中小于1mm的空心球的比例占92%，高嶺土微粉3%，鋁溶膠1.5 %，糊精1.5%。
制備方法：
1）先將空心球與鋁溶膠混合至潤濕狀態；
2）在步驟1）的混勻料中加入粒度小于0.074mm的莫來石細粉、粒度小于0.074mm的紅柱石細粉及粒度小于0.045mm的高嶺土微粉；
3）再將所有莫來石骨料、粒度小于1至0.074mm的紅柱石及粒徑不超過3mm的空心球、糊精與步驟2）的料混勻；
4）常規壓制成型所需磚型；
5）進行烘干，烘干溫度為115℃，烘干時間在24.小時；
6）進行燒制，升溫至1300℃時，在此溫度下保溫5小時；燒制后磚的體積密度在2.13g/cm3；待用。
經檢測，所制備的磚的耐壓強度達到85.2MPa，1300℃×3小時重燒線變化率為+0.1%，體積密度為2.19 g/cm3。
實施例4
一種半重質干熄焦爐環形風道用耐火磚，其組成原料及重量百分比含量為：粒度為5～3mm的莫來石骨料：19%，粒度小于3至1mm的莫來石骨料：13%，粒度小于1至0.074mm莫來石骨料：5%，粒度小于1至0.074mm的紅柱石：14%，莫來石細粉22.5%，紅柱石細粉8%，粒徑不超過3mm的空心球：14%，其中小于1mm的空心球的比例占89%，高嶺土微粉3%，鋁溶膠0.5 %，糊精1.0%。
制備方法
1）先將空心球與鋁溶膠混合至潤濕狀態；
2）在步驟1）的混勻料中加入粒度小于0.074mm的莫來石細粉、粒度小于0.074mm的紅柱石細粉及粒度小于0.045mm的高嶺土微粉；
3）再將所有莫來石骨料、粒度小于1至0.074mm的紅柱石及粒徑不超過3mm的空心球、糊精與步驟2）的料混勻；
4）常規壓制成型所需磚型；
5）進行烘干，烘干溫度為110℃，烘干時間在24.小時；
6）進行燒制，升溫至1400℃時，在此溫度下保溫8小時；燒制后磚的體積密度在2.06g/cm3；待用。
經檢測，所制備的磚的耐壓強度達到90.5MPa，1400℃×3小時重燒線變化率為-0.1%，體積密度為1.92 g/cm3。
實施例5
一種半重質干熄焦爐環形風道用耐火磚，其組成原料及重量百分比含量為：粒度為5～3mm的莫來石骨料：22%，粒度小于3至1mm的莫來石骨料：17%，粒度小于1至0.074mm莫來石骨料：7%，粒度小于1至0.074mm的紅柱石：5%，莫來石細粉17%，紅柱石細粉3%，粒徑不超過3mm的空心球：20%，其中小于1mm的空心球的比例占93%，高嶺土微粉8%，硅鋁溶膠0.01 %，羥甲基纖維素0.99%。
制備方法：
1）先將空心球與硅鋁溶膠混合至潤濕狀態；
2）在步驟1）的混勻料中加入粒度小于0.074mm的莫來石細粉、粒度小于0.074mm的紅柱石細粉及粒度小于0.045mm的高嶺土微粉；
3）再將所有莫來石骨料、粒度小于1至0.074mm的紅柱石及粒徑不超過3mm的空心球、羥甲基纖維素與步驟2）的料混勻；
4）常規壓制成型所需磚型；
5）進行烘干，烘干溫度為110℃，烘干時間在24.小時；
6）進行燒制，升溫至1300℃時，在此溫度下保溫5小時；燒制后磚的體積密度在1.82g/cm3；待用。
經檢測，所制備的磚的耐壓強度達到63.8MPa，1300℃×3小時重燒線變化率為-0.15%，體積密度為1.82 g/cm3。
實施例6
一種半重質干熄焦爐環形風道用耐火磚，其組成原料及重量百分比含量為：粒度為5～3mm的莫來石骨料：20%，粒度小于3至1mm的莫來石骨料：18%，粒度小于1至0.074mm莫來石骨料：5%，粒度小于1至0.074mm的紅柱石：5%，莫來石細粉21%，紅柱石細粉6%，粒徑不超過3mm的空心球：13%，其中小于1mm的空心球的比例占98%，高嶺土微粉8%，硅溶膠1 %，羥甲基纖維素+紙漿廢液3%。
制備方法：
1）先將空心球與硅溶膠混合至潤濕狀態；
2）在步驟1）的混勻料中加入粒度小于0.074mm的莫來石細粉、粒度小于0.074mm的紅柱石細粉及粒度小于0.045mm的高嶺土微粉；
3）再將所有莫來石骨料、粒度小于1至0.074mm的紅柱石及粒徑不超過3mm的空心球、羥甲基纖維素+紙漿廢液與步驟2）的料混勻；
4）常規壓制成型所需磚型；
5）進行烘干，烘干溫度為110℃，烘干時間在24.小時；
6）進行燒制，升溫至1350℃時，在此溫度下保溫10小時；燒制后磚的體積密度在1.98g/cm3；待用。
經檢測，所制備的磚的耐壓強度達到75.6MPa，1400℃×3小時重燒線變化率為-0.2%，體積密度為1.95 g/cm3。
實施例7
一種半重質干熄焦爐環形風道用耐火磚，其組成原料及重量百分比含量為：粒度為5～3mm的莫來石骨料：18%，粒度小于3至1mm的莫來石骨料：25%，粒度小于1至0.074mm莫來石骨料：7%，粒度小于1至0.074mm的紅柱石：6 %，莫來石細粉17%，紅柱石細粉8%，粒徑不超過3mm的空心球：5%，其中小于1mm的空心球的比例占96.2%，超細高嶺土微粉6%，硅溶膠1 %，糊精2%。
半重質環形風道用耐火磚其組成（質量百分比）包括：莫來石骨料5～3mm占18%；莫來石骨料3～1mm占25%、1～0mm占5%；紅柱石1～0mm 5%；莫來石細粉20%；紅柱石細粉8%；莫來石質空心球5%，尖晶石質空心球5%；超細高嶺土微粉6%；硅溶膠1 %；糊精2%。體積密度2.25 g/cm3。空心球的材質是莫來石質和尖晶石質的混合物；空心球的尺寸為1～0mm。在制磚前空心球先與硅溶膠混合潤濕，再與細粉混合均勻，然后與骨料、糊精混合，適當噴水攪拌均勻到可塑性好的混合料，再壓磚成型；壓磚成型后的胚體在110℃烘干24h以后，逐漸升溫到1400℃保溫8h燒成，自然降溫后使用。該磚的耐壓強度達到82.5MPa，1400℃×3h重燒線變化率-0.1%。
制備方法：
1）先將空心球與硅溶膠混合至潤濕狀態；
2）在步驟1）的混勻料中加入粒度小于0.074mm的莫來石細粉、粒度小于0.074mm的紅柱石細粉及粒度小于0.045mm的高嶺土微粉；
3）再將所有莫來石骨料、粒度小于1至0.074mm的紅柱石及粒徑不超過3mm的空心球、糊精與步驟2）的料混勻；
4）常規壓制成型所需磚型；
5）進行烘干，烘干溫度為110℃，烘干時間在24.小時；
6）進行燒制，升溫至1400℃時，在此溫度下保溫8小時；燒制后磚的體積密度在2.1g/cm3；待用。
經檢測，所制備的磚的耐壓強度達到82.5MPa，1400℃×3小時重燒線變化率為-0.1%，體積密度為2.23 g/cm3。
上述實施例僅為最佳例舉，而并非是對本發明的實施方式的限定。