本发明涉及高温耐火材料技术领域，具体涉及一种不易粉化的高强度耐火砖的制备方法。
背景技术：
耐火砖是一种用耐火黏土或其他耐火原料烧制成的耐火材料。淡黄色或带褐色，主要用于砌冶炼炉，能耐1580—1770℃的高温。耐火砖一般分为两种，即不定型耐火材料和定型耐火材料。不定型耐火材料：也叫浇注料，是由多种骨料或集料和一种或多种粘和剂组成的混合粉状颗料，使用时必须和一种或多种液体配合搅拌均匀，具有较强的流动性。定型耐火材料：一般制耐火砖，其形状有标准规则，也可以根据需要筑切时临时加工。
根据耐火砖成分的不同，市场上的耐火砖大致可以分为五大类，包括硅铝系耐火砖、碱性系列耐火砖、含碳耐火砖、含锆耐火砖和隔热耐火砖。工业窑炉的窑室大部分都不是由单一类型的耐火砖砌筑而成的，需要将不同耐火砖的相互搭配使用；窑炉中不同部位可以根据对耐火度的需求和使用介质的状态进行选择。
耐火材料的使用过程中，经常出现一些高铝耐火浇注料或成型耐火砖，在养护、贮存过程中发生粉化、崩毁、剥落现象。这一现象带来的危害性,已引起人们的重视，并开始对这种粉化现象进行了研究。一般认为，造成这种耐火材料损坏的原因是材料在大气中的碳酸化、硫酸化过程引起水化物分解，最终引发砖体的强度下降并粉化、崩解。同时，耐火材料中水分向表面的迁移、蒸发，使可溶性盐类不断在表面析出，其中一部分含结晶水的盐类因风化失去结晶水而发生体积变化，这也加剧了砖体的损坏过程。
目前市场上的耐火砖在解决粉化崩解问题的主要思路是，降低钠离子分散剂和含钙离子的铝酸盐水泥的使用，避免离子与二氧化钛反应造成砖体起皮、剥落；同时升高材料浇注和养护的温度，延长浇注料凝结时间，从而增强坯体的强度和使用寿命，并减少坯体表面出现粉化的现象。
虽然以上方法对提高砖体强度以及贮存过程中的粉化问题具有一定的作用，但是砖体长时间在高温环境下使用，依然具有较高的概率反生粉化、崩解的问题，砖体的使用寿命不高。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种不易粉化的高强度耐火砖的制备方法，利用该方法生产的耐火砖具有强度和耐火度高，耐冲蚀性能优秀，不易粉化的优点。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种不易粉化的高强度耐火砖的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照质量份数，准备以下原料：刚玉骨料25-30份，氧化铝微粉35-40份，碳化硅微粉10-15份，氮化硅微粉7-12份，红柱石微粉4-8份，陶瓷纤维6-10份，量子点改性剂1.2-1.6份，聚合硅凝胶13-18份，助烧剂2-3份，去离子水20-25份，无水乙醇13-16份；
(2)将氧化铝微粉、碳化硅微粉、氮化硅微粉和红柱石微粉加入到混料机中，预先混合均匀，得到混合微粉，然后将量子点改性剂加入到无水乙醇中，超声分散处理20-25min，将分散液和混合微粉一起加入到球磨机中，球磨均匀，再将物料以80-84℃的温度烘干；
(3)将上步骤得到的混合料和刚玉骨料、陶瓷纤维、聚合硅凝胶、助烧剂一起加入到混料机中，并加入去离子水，以120-130r/min的转速混合搅拌25-35min，得到料浆备用；
(4)将料浆加入到模具中压制成型，脱模后得到砖坯在室温下自然干燥固化6-12h，然后将砖坯送入到隧道窑中高温焙烧，焙烧的最高温度为1500-1550℃，焙烧结束后出炉；
(5)待耐火砖自然冷却后，将耐火砖用机器码垛，堆放库存。
优选地，刚玉骨料的粒径为1-3mm。
刚玉不仅具有极高的硬度，还具有非常优秀的耐火性能，在耐火砖中作为骨料使用，可以显著提高耐火砖的机械强度。
优选地，氧化铝微粉选用粒径为20-40nm的α型氧化铝。
α型氧化铝呈白色蓬松粉末状态，晶型是α型，粒径是20nm；比表面积≥50m/g。粒度分布均匀，纯度高，分散性好，几乎没有催化活性；α型氧化铝的成型性好，晶相稳定、硬度高、尺寸稳定性好，能够提高制备的耐火砖的致密性、光洁度、冷热疲劳性、断裂韧性和抗蠕变性能。
本发明中，量子点改性剂的制备方法为：
按照质量份数，将3份醋酸铟，6份油酸、80份十八碳烯加入到真空反应釜中，以115-118℃的温度保温反应1-1.2h，然后向反应釜内充入氮气气氛保护，并加入2份三(三甲基甲硅烷基)膦、5份三辛基膦和15份金属量子点，以180-190℃的温度保温反应25-30min，反应结束后冷却至室温，过滤，用足量甲醇溶剂清洗，并离心、干燥得到沉淀物a；将沉淀物a加入到150份氯仿中分散均匀，然后向分散系中加入15份苯乙烯-马来酸酐共聚物和9份六亚甲基二胺，在60-65℃的温度下混合搅拌1-2h，并超声波处理15-18min，产物过滤后将沉淀物用足量甲醇溶剂清洗，干燥得到所需量子点改性剂。
其中，金属量子点为aln、alp、znse、znte、zno、mgs和sige中的一种或任意多种的混合物。
优选地，助烧剂中含有氧化镁、氧化钇和氯化镧，三者的质量比为8:1:1。
烧结助剂的使用，可以增强耐火砖的烧结性能，在不影响烧结耐火砖质量的情况下，有助于适当降低烧结的温度，拓宽微粒组分的粒度范围。此外，烧结助剂的存在还有利微粒空间的合理搭配，提高了成型坯体的强度，使该坯体可进行适当的异型加工，并提高烧结效率。
优选地，陶瓷纤维是纤维长度为2-4mm的短切纤维，包括高铝纤维、氧化铝多晶纤维和硅酸铝纤维中的一种或任意多种的混合物。
陶瓷纤维是一种具有极强的耐高温性能的材料，在耐火砖材料中使用，可以提高料浆的机械强度，增强集料间的结合作用效果，避免耐火砖在使用过程受到应力作用而开裂。
优选地，耐火砖砖坯送入到隧道炉中焙烧时的含水量为10-13％。
本发明中，隧道窑中的焙烧过程包括如下步骤：首先在第一温度段以350-500℃的温度保温焙烧3-4h，接着送入到炉温为850-900℃的第二温度段，继续保温焙烧1-1.5h，然后送入到炉温为1500-1550℃的第三温度段，高温焙烧0.5-1.5h，最后在炉温为1150-1200℃的第四温度段保温焙烧3-6h，焙烧结束后，将砖体出炉冷却。
本发明具有如下的有益效果：
本发明通过对不同种类超细微粉的使用，砖体成型过程中的压制成型过程，以及对烧结砖坯含水量的严格控制；降低了成型后砖体的气隙率，使得烧结后的砖体致密度显著提高，避免贮存和使用过程中，砖体空气中的水和二氧化碳通过扩散进入坯体中，降低了损毁反应发生，导致坯体由表及里的分解粉化的概率。
本发明提供的制备方法中，砖体的材料中添加了量子点改性剂成分，使用该成分对砖体烧结使用的耐火集料微粉进行改性处理，改性后的砖体集料可以与聚合硅凝胶、助烧剂产生良好的协同作用，提高砖体材料间的粘结强度，从而增强烧结耐火砖的机械强度，使得该型耐火砖具有更好的耐压性能和耐冲蚀作用，提高砖体的使用寿命。
该型耐火砖选用的各种基料，不仅具有较高的耐火度，还具有极好的化学惰性和耐腐蚀性能，这种优异性使得该砖体可以在玻璃窑，金属熔窑等各型工艺窑炉中使用；提高了耐火砖的应用范围。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
以下实施例中，量子点改性剂的制备方法为：
按照质量份数，将3份醋酸铟，6份油酸、80份十八碳烯加入到真空反应釜中，以117℃的温度保温反应1.1h，然后向反应釜内充入氮气气氛保护，并加入2份三(三甲基甲硅烷基)膦、5份三辛基膦和15份金属量子点，以185℃的温度保温反应27min，反应结束后冷却至室温，过滤，用足量甲醇溶剂清洗，并离心、干燥得到沉淀物a；将沉淀物a加入到150份氯仿中分散均匀，然后向分散系中加入15份苯乙烯-马来酸酐共聚物和9份六亚甲基二胺，在65℃的温度下混合搅拌1.5h，并超声波处理17min，产物过滤后将沉淀物用足量甲醇溶剂清洗，干燥得到所需量子点改性剂。其中，使用的金属量子点为aln、znse、zno、和sige的混合物。
实施例1
一种不易粉化的高强度耐火砖的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照质量份数，准备以下原料：刚玉骨料25份，氧化铝微粉35份，碳化硅微粉10份，氮化硅微粉7份，红柱石微粉4份，陶瓷纤维6份，量子点改性剂1.2份，聚合硅凝胶13份，助烧剂2份，去离子水20份，无水乙醇13份；其中，刚玉骨料的粒径为1-3mm，氧化铝微粉选用粒径为20-40nm的α型氧化铝；助烧剂中含有氧化镁、氧化钇和氯化镧，三者的质量比为8:1:1；陶瓷纤维是纤维长度为2-4mm的短切纤维，陶瓷纤维选用高铝纤维；
(2)将氧化铝微粉、碳化硅微粉、氮化硅微粉和红柱石微粉加入到混料机中，预先混合均匀，得到混合微粉，然后将量子点改性剂加入到无水乙醇中，超声分散处理20min，将分散液和混合微粉一起加入到球磨机中，球磨均匀，再将物料以80℃的温度烘干；
(3)将上步骤得到的混合料和刚玉骨料、陶瓷纤维、聚合硅凝胶、助烧剂一起加入到混料机中，并加入去离子水，以120r/min的转速混合搅拌25min，得到料浆备用；
(4)将料浆加入到模具中压制成型，脱模后得到砖坯在室温下自然干燥固化6h，然后将砖坯送入到隧道窑中高温焙烧，耐火砖砖坯送入到隧道炉中焙烧时的含水量为10％；砖坯首先在第一温度段以350℃的温度保温焙烧3h，接着送入到炉温为850℃的第二温度段，继续保温焙烧1h，然后送入到炉温为1500℃的第三温度段，高温焙烧0.5-1.5h，最后在炉温为1150℃的第四温度段保温焙烧3h，焙烧结束后出炉；
(5)待耐火砖自然冷却后，将耐火砖用机器码垛，堆放库存。
实施例2
一种不易粉化的高强度耐火砖的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照质量份数，准备以下原料：刚玉骨料30份，氧化铝微粉40份，碳化硅微粉15份，氮化硅微粉12份，红柱石微粉8份，陶瓷纤维10份，量子点改性剂1.6份，聚合硅凝胶18份，助烧剂3份，去离子水25份，无水乙醇16份；其中，刚玉骨料的粒径为1-3mm，氧化铝微粉选用粒径为20-40nm的α型氧化铝；助烧剂中含有氧化镁、氧化钇和氯化镧，三者的质量比为8:1:1；陶瓷纤维是纤维长度为2-4mm的短切纤维，陶瓷纤维选用氧化铝多晶纤维；
(2)将氧化铝微粉、碳化硅微粉、氮化硅微粉和红柱石微粉加入到混料机中，预先混合均匀，得到混合微粉，然后将量子点改性剂加入到无水乙醇中，超声分散处理25min，将分散液和混合微粉一起加入到球磨机中，球磨均匀，再将物料以84℃的温度烘干；
(3)将上步骤得到的混合料和刚玉骨料、陶瓷纤维、聚合硅凝胶、助烧剂一起加入到混料机中，并加入去离子水，以130r/min的转速混合搅拌35min，得到料浆备用；
(4)将料浆加入到模具中压制成型，脱模后得到砖坯在室温下自然干燥固化12h，然后将砖坯送入到隧道窑中高温焙烧，耐火砖砖坯送入到隧道炉中焙烧时的含水量为13％；砖坯首先在第一温度段以500℃的温度保温焙烧4h，接着送入到炉温为900℃的第二温度段，继续保温焙烧1.5h，然后送入到炉温为1550℃的第三温度段，高温焙烧1.5h，最后在炉温为1200℃的第四温度段保温焙烧6h，焙烧结束后出炉；
(5)待耐火砖自然冷却后，将耐火砖用机器码垛，堆放库存。
实施例3
一种不易粉化的高强度耐火砖的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照质量份数，准备以下原料：刚玉骨料27份，氧化铝微粉38份，碳化硅微粉12份，氮化硅微粉10份，红柱石微粉6份，陶瓷纤维8份，量子点改性剂1.4份，聚合硅凝胶15份，助烧剂2.5份，去离子水23份，无水乙醇15份；其中，刚玉骨料的粒径为1-3mm，氧化铝微粉选用粒径为20-40nm的α型氧化铝；助烧剂中含有氧化镁、氧化钇和氯化镧，三者的质量比为8:1:1；陶瓷纤维是纤维长度为2-4mm的短切纤维，陶瓷纤维选用高铝纤维和硅酸铝纤维的的质量比混合物；
(2)将氧化铝微粉、碳化硅微粉、氮化硅微粉和红柱石微粉加入到混料机中，预先混合均匀，得到混合微粉，然后将量子点改性剂加入到无水乙醇中，超声分散处理23min，将分散液和混合微粉一起加入到球磨机中，球磨均匀，再将物料以82℃的温度烘干；
(3)将上步骤得到的混合料和刚玉骨料、陶瓷纤维、聚合硅凝胶、助烧剂一起加入到混料机中，并加入去离子水，以125r/min的转速混合搅拌30min，得到料浆备用；
(4)将料浆加入到模具中压制成型，脱模后得到砖坯在室温下自然干燥固化9h，然后将砖坯送入到隧道窑中高温焙烧，耐火砖砖坯送入到隧道炉中焙烧时的含水量为11％；砖坯首先在第一温度段以400℃的温度保温焙烧3.5h，接着送入到炉温为880℃的第二温度段，继续保温焙烧1.3h，然后送入到炉温为1530℃的第三温度段，高温焙烧1h，最后在炉温为1170℃的第四温度段保温焙烧5h，焙烧结束后出炉；
(5)待耐火砖自然冷却后，将耐火砖用机器码垛，堆放库存。
性能测试
对本实施例的耐火砖进行性能测试，测试的项目包括耐火度和常温耐压强度，并测试耐火砖30d，1400℃高温状态下的表面粉化状况，得到如下实验结果，测试实验中，设置市场上购买的同规格普通高铝砖作为对照组，进行性能对比：
表1：实施例与高铝砖的性能对比测试结果
分析以上实验结果发现，本发明提供的耐火砖具有更高的耐火温度和耐压强度，砖体性能优异，此外，本发明提供的耐火砖的耐粉化性能非常优秀，在高温状态下使用也不容易发生表面粉化，因此，该型耐火砖的耐久度更好，使用寿命更长。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。