一种高强耐火保温材料的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高强耐火保温材料，以膨胀蛭石、粘土、耐火水泥、糊精为初始料，外加防水剂和结合剂，其中防水剂使用的是纳米改性有机硅橡胶溶液，结合剂为无机结合剂；采用机压成型方式制备所需尺寸的定型制品，经干燥后，保温，并高温焙烤而得到。本发明具有结构和体积稳定性好、强度高、成本低、工艺简单、便于施工与烘炉，并且环保安全等优点。
【专利说明】一种高强耐火保温材料
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种保温材料，尤其涉及一种以膨胀蛭石、粘土、耐火水泥、糊精为初始料的高强耐火保温材料。
【背景技术】
[0002]在工业领域，凡是高于常温环境下的窑体和炉体，尤其是高温窑、高温熔炉，为了防止热量的流失，在炉体或窑体采用保温材料。目前800°C以上部位多采用的硅酸铝陶瓷纤维板或纤维毯作为窑炉耐火衬与铁壳之间的保温材料，然而纤维状隔热材料一般为疏松多孔结构，吸水性强不利于浇注施工，另外在800~1000°C长期使用会发生析晶，使纤维变脆粉化，导致保温层塌落变薄，会引起窑炉衬里结构变形，松动、掉砖等，用作电解槽保温层易导致漏铝现象，用作回转窑、钢包、中间包及鱼雷车等的耐火衬与铁壳间的保温层易引起中后期表面温度升高，铁壳变形，影响炉衬保温性和整体稳定性。
[0003]能源价格日益高昂，传统能源供应紧缺，节能降耗，绿色生产，势在必行。当前最迫切的任务是开发热导率低、强度高、高温体积稳定性优，1000°c长期使用不粉化变形的隔热保温材料。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决上述技术问题存在的不足，提供一种结构和体积稳定性好、强度高、成本低、工艺简单、便于施工与烘炉，并且环保安全的高强耐火保温材料及及制备方法。
[0005]本发明所采用的技术方案是，以膨胀蛭石、粘土、耐火水泥、糊精为初始料，外加防水剂和结合剂；采用机压成型方式制备所需尺寸的定型制品，经干燥后，保温，并高温焙烤，得到这种高强耐火保温材料。
[0006]初始料中的膨胀蛭石、粘土、耐火水泥、糊精的重量份数为:膨胀蛭石占初始料总重量的百分比80~95%，粘土占初始料总重量的百分比2~15%，耐火水泥占初始料总重量的百分比2~5%，糊精占初始料总重量的百分比O~2% ;防水剂占初始料总重量的百分比为3~6% ;结合剂占初始料总重量的百分比为25~30% ;
[0007]其中膨胀蛭石的粒度在0.1~2mm之间，粒度在小于等于Imm与大于0.1mm之间占膨胀蛭石总重量的75~95%，粒度小于等于2mm与大于Imm之间占膨胀蛭石总重量的5 ~25% ；
[0008]其中粘土细粉的粒度< 0.044mm,扣除灼减后的化学成分Al20335~48 0Z0 ’AlA+SiO2 ≥ 97%，碱性氧化物 R2O ^ 0.6%0
[0009]其中耐火水泥的Al2O3 > 50%，粒度< 0.088臟。
[0010]其中糊精为工业黄糊精粉，粒度< 0.1mm。
[0011]其中防水剂使用的是纳米改性有机硅橡胶溶液。
[0012]其中结合剂为无机结合剂，为磷酸二氢铝、磷酸中的一种，或两种的组合溶液。[0013]本发明的制备方法为:
[0014]步骤一、膨胀蛭石的制备:把片状蛭石从常温缓慢加热到800°C后，迅速投入加热到1000°c的加热炉中高温焙烧膨化，膨化后经过破碎风选分级制得膨胀蛭石物料；
[0015]步骤二、基质的制备:将粘土、耐火水泥、糊精按上述的份数在混料设备进行混合30-60分钟得到的混合粉基质；
[0016]步骤三、把步骤一制备的膨胀蛭石物料加入结合剂搅拌，搅拌均匀后加入防水剂，充分搅拌均匀润湿；再加入步骤二所制备的混合粉混合均匀；
[0017]步骤四、用常规机压成型方式制备各种所需尺寸的定型制品，经100~110°C干燥24~36小时后，在230~300°C下高温焙烤10~12小时，得到这种高强耐火保温材料。
[0018]其中步骤一中的蛭石膨化后经过破碎风选分级制得，粒度I~2_，松散堆积密度
<0.2g / cm3 ;粒度0.1~Imm,松散堆积密度< 0.3g/cm3。
[0019]在步骤一中蛭石膨化处理的热工工艺选择了先预热，再快速加热的方式，这是因为如果用慢速升温到1000°c的加热方式，蛭石只是层间分裂开来，膨胀较小，从而延长了膨胀时间；如果将蛭石快速加热到100(TC时，在高温直接作用下，蛭石表面层首先膨胀成为表面隔热层，致使整个颗粒的热阻增大，传热变慢，颗粒内部的脱水速度变小，并导致降低膨化效率，使膨化时间延长；因此本发明所用的蛭石膨化处理的热工工艺，使蛭石膨化倍数可提高30 %，膨化时间缩短50 %。 [0020]这种热工工艺所得到的膨化蛭石具有独特的层片状结构和大量的细小气孔，在受压成型时形成层片状互穿镶嵌网络结构，从而具有很小的热导率，对传热有较大的阻隔作用；使最终制品具有耐压强度高，保温隔热性能优良等优点，并且随着温度递增热导率变化很小，能够在使用温度1000°c以上的高温始终如一地提供类似于陶瓷纤维板的隔热保温效果和水泥石棉板的强度，又具有一定的韧性可缓解热应力；另外在本发明中膨化蛭石使用了不同的配比，把不连续尺寸颗粒的堆积和连续尺寸颗粒的分布与堆积对颗粒进行匹配和密度控制，使制品结构非常稳定，在高温下长期使用本发明的产品不会像陶瓷纤维板发生析晶而粉化变形，从而保证炉衬的保温性和整体结构稳定，能够有效延长炉体寿命，改善周围的操作环境，保证了正常生产，减少了维修率，从而降低了生产成本。
[0021]本发明使用了纳米改性有机硅橡胶溶液作为防水剂，纳米改性有机硅橡胶溶液具有独特防水性，高弹性，整体性涂膜连续、致密无接缝；性能稳定、耐高温、耐低温、超耐候、抗老化；它还极具活性的纳米粒子能迅速渗透进基层内部，交联成立体网络结构体，使制品具有优良的触变性和分散的稳定性，因此纳米改性有机硅橡胶溶液作为建筑材料，常用于建筑屋顶楼层、卫生间、停车场等一些建筑物中；而本发明创新把纳米改性有机硅橡胶溶液运用在这种耐火保温材料配方中，充分利用了纳米改性有机硅橡胶溶液的憎水性等这些优点，使本发明的制品不易被水润湿，方便浇注料的施工与烘炉；因此纳米改性有机硅橡胶溶液在本发明中起到了至关重要的作用；
[0022]本发明采用了磷酸盐高温结合剂，可以充分有效地利用产量大、成本低的小颗粒原矿，提高了粉粒状原矿的利用率和使用温度。
[0023]本发明还充分利用了耐火水泥与结合剂的反应固化作用，只需采用常规液压机压制方法即可成型，整体工艺简单，易于大批量生产，可大幅降低了生产成本。
[0024]另外，本发明不含任何石棉及陶瓷纤维等危害人体健康和污染环境的物质，健康安全，清洁生产。
[0025]本发明的性能指标为:体积密度1.1~1.5g / cm3,耐压强度15~35MPa，热导率
0.17~0.25W / mk, 1000°C X24h小时线收缩率≤2%,24小时泡水后耐压强度≥12MPa。
[0026]因此，本发明可广泛运用在电解槽、回转窑、钢包、中间包及鱼雷车等的耐火衬与铁壳间的保温衬，可大为降低铁壳温度，减小铁壳变形，延长铁壳寿命，改善周围的操作环境。
【具体实施方式】
[0027]以下实施例详细说明了本发明。
[0028]实施例1:
[0029]步骤一、膨胀蛭石的制备:把片状蛭石从常温缓慢加热到800°C后，迅速投入加热到1000°c的加热炉中高温焙烧膨化，膨化后经过破碎风选分级制得膨胀蛭石物料；
[0030]步骤二、基质的制备:把粘土 2 %，耐火水泥2 %，糊精I %，放在混料设备进行混合60分钟得到的混合粉基质；
[0031]步骤三、把步骤一制备的膨胀蛭石物料选取95%，再加入占初始料总重量的百分比为30%的结合剂搅拌， 搅拌均匀后加入占初始料总重量的百分比为6%防水剂，充分搅拌均匀润湿；再加入步骤二所制备的混合粉混合搅拌均匀；
[0032]步骤四、用常规机压成型方式制备各种所需尺寸的定型制品，经110°C干燥36小时后，在300°C下高温焙烤12小时，得到这种高强耐火保温材料。
[0033]本实施例所获得的高强耐火保温材料的体积密度为1.14g / cm3,常温耐压强度为17MPa，热导率(热面温度1000°C )为0.165W / mk, 1000°C X 24h小时线收缩率1.52%，24小时泡水后耐压强度12.5MPa。
[0034]实施例2:
[0035]步骤一、膨胀蛭石的制备:把片状蛭石从常温缓慢加热到800°C后，迅速投入加热到1000°c的加热炉中高温焙烧膨化，膨化后经过破碎风选分级制得膨胀蛭石物料；
[0036]步骤二、基质的制备:把粘土 5%，耐火水泥3%，糊精2%，放在混料设备进行混合50分钟得到的混合粉基质；
[0037]步骤三、把步骤一制备的膨胀蛭石物料选取90%，再加入占初始料总重量的百分比为28%的结合剂搅拌，搅拌均匀后加入占初始料总重量的百分比为5%防水剂，充分搅拌均匀润湿；再加入步骤二所制备的混合粉混合搅拌均匀；
[0038]步骤四、用常规机压成型方式制备各种所需尺寸的定型制品，经100°C干燥36小时后，在280°C下高温焙烤10小时，得到这种高强耐火保温材料。
[0039]本实施例所获得的高强耐火保温材料的体积密度为1.26g/cm3,常温耐压强度为20MPa，热导率(热面温度1000°C)为0.169W / mk, 1000°C X 24h小时线收缩率1.45%，24小时泡水后耐压强度14.6MPa。
[0040]实施例3:
[0041]步骤一、膨胀蛭石的制备:把片状蛭石从常温缓慢加热到800°C后，迅速投入加热到1000°c的加热炉中高温焙烧膨化，膨化后经过破碎风选分级制得膨胀蛭石物料；
[0042]步骤二、基质的制备:把粘土 8%，耐火水泥5%，糊精2%，放在混料设备进行混合40分钟得到的混合粉基质；
[0043]步骤三、把步骤一制备的膨胀蛭石物料选取85%，再加入占初始料总重量的百分比为28%的结合剂搅拌，搅拌均匀后加入占初始料总重量的百分比为5%防水剂，充分搅拌均匀润湿；再加入步骤二所制备的混合粉混合搅拌均匀；
[0044]步骤四、用常规机压成型方式制备各种所需尺寸的定型制品，经105°C干燥30小时后，在250°C下高温焙烤10小时，得到这种高强耐火保温材料。
[0045]本实施例所获得的高强耐火保温材料的体积密度为1.38g/cm3,常温耐压强度为25MPa，热导率(热面温度10000C )为0.219W / mk, 1000°C X24h小时线收缩率1.15%,24小时泡水后耐压强度18MPa。
[0046]实施例4:
[0047]步骤一、膨胀蛭石的制备:把片状蛭石从常温缓慢加热到800°C后，迅速投入加热到1000°c的加热炉中高温焙烧膨化，膨化后经过破碎风选分级制得膨胀蛭石物料；
[0048]步骤二、基质的制备:把粘土 15 %，耐火水泥5 %，糊精O %，放在混料设备进行混合30分钟得到的混合粉基质；
[0049]步骤三、把步骤一制备的膨胀蛭石物料选取80%，再加入占初始料总重量的百分比为25%的结合剂搅拌，搅拌均匀后加入占初始料总重量的百分比为3%防水剂，充分搅拌均匀润湿；再加入步 骤二所制备的混合粉混合搅拌均匀；
[0050]步骤四、用常规机压成型方式制备各种所需尺寸的定型制品，经110°C干燥24小时后，在230°C下高温焙烤12小时，得到这种高强耐火保温材料。
[0051]本实施例所获得的高强耐火保温材料的体积密度为1.49g / cm3,常温耐压强度为35MPa，热导率(热面温度1000°C )为0.248W / mk, 1000°C X 24h小时线收缩率0.96%，24小时泡水后耐压强度20MPa。
【权利要求】
1.一种高强耐火保温材料，其特征在于:以膨胀蛭石、粘土、耐火水泥、糊精为初始料，外加防水剂和结合剂；初始料中的膨胀蛭石、粘土、耐火水泥、糊精的重量份数为:膨胀蛭石占初始料总重量的百分比80~95%，粘土占初始料总重量的百分比2~15%，耐火水泥占初始料总重量的百分比2~5%，糊精占初始料总重量的百分比O~2% ;防水剂占初始料总重量的百分比为3~6% ;结合剂占初始料总重量的百分比为25~30%。
2.根据权利要求1所述的一种高强耐火保温材料，其特征在于:膨胀蛭石的粒度在0.1~2mm之间，粒度在小于等于Imm与大于0.1mm之间占膨胀蛭石总重量的75~95%,粒度小于等于2mm与大于1mm之间占膨胀蛭石总重量的5~25%。
3.根据权利要求1所述的一种高强耐火保温材料，其特征在于:粘土细粉的粒度<0.044mm,扣除灼减后的化学成分Al20335~48 %，Al203+Si02≥97 %，碱性氧化物R2O < 0.6%。
4.根据权利 要求1所述的一种高强耐火保温材料，其特征在于:耐火水泥的Al2O3>50%，粒度< 0.088mm。
5.根据权利要求1所述的一种高强耐火保温材料，其特征在于:糊精为工业黄糊精粉，粒度< 0.1mm。
6.根据权利要求1所述的一种高强耐火保温材料，其特征在于:防水剂使用的是纳米改性有机硅橡胶溶液。
7.根据权利要求1所述的一种高强耐火保温材料，其特征在于:结合剂为无机结合剂，为磷酸二氢铝、磷酸中的一种，或两种的组合溶液。
8.根据权利要求1所述的一种高强耐火保温材料的制备方法，其特征在于:步骤一、膨胀蛭石的制备:把片状蛭石从常温缓慢加热到800°C后，迅速投入加热到1000°C的加热炉中高温焙烧膨化，膨化后经过破碎风选分级制得膨胀蛭石物料； 步骤二、基质的制备:将粘土、耐火水泥、糊精按上述的份数在混料设备进行混合30-60分钟得到的混合粉基质； 步骤三、把步骤一制备的膨胀蛭石物料加入结合剂搅拌，搅拌均匀后加入防水剂，充分搅拌均匀润湿；再加入步骤二所制备的混合粉混合均匀； 步骤四、用常规机压成型方式制备各种所需尺寸的定型制品，经100~110°C干燥24~36小时后，在230~300°C下高温焙烤10~12小时，得到这种高强耐火保温材料。
9.根据权利要求8所述的一种高强耐火保温材料的制备方法，其特征在于:步骤一中的蛭石膨化后经过破碎风选分级制得，粒度1~2mm,松散堆积密度< 0.2g/cm3 ;粒度0.1~1mm，松散堆积密度< 0.3g/cm3。
【文档编号】C04B28/34GK103951372SQ201410155179
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月18日 优先权日:2014年4月18日
【发明者】张克强, 王国田, 吴爱军, 张艺缤, 崔明奎, 王磊 申请人:张克强