一种窑炉用轻质耐火砖的制备工艺的制作方法

本发明涉及耐火砖，具体为一种窑炉用轻质耐火砖的制备工艺。

背景技术：

1、随着钢铁和陶瓷工业等行业的快速发展，能源与环境问题给其带来了限制性影响。节能减耗、减排是企业可持续发展的必然选择。窑炉作为工业加热的重要设备，广泛应用于各类国民经济工业企业中。其中窑炉所使用的耐火材料对其性能实现有着重要影响。窑炉耐火材料常利用多种耐火材料和隔热保温材料组合，而现有的一些窑炉耐火材料更倾向于材料一体化设置。因此，我们提出一种窑炉用轻质耐火砖的制备工艺。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种窑炉用轻质耐火砖的制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种窑炉用轻质耐火砖的制备工艺，由以下工艺制得：

3、将添加剂溶液与60%～80%组分质量的稳泡剂混合，加入蓝晶石、钙长石原料、菱镁矿、氧化铝纤维、氧化铝颗粒混合；依次加入白水泥、发泡剂、剩余组分质量的稳泡剂，强力搅拌7～8min，浇注，干燥，烧制，得到轻质耐火砖。

4、进一步的，干燥工艺为：室温自然干燥12～24h，置于100～120℃温度下干燥至恒重。

5、进一步的，烧制的工艺条件为：以3～5℃/min的升温速率升温至1480～1510℃，保温4～6h；炉冷至200℃以下取出。

6、进一步的，耐火砖包括以下质量组分：50～60份蓝晶石、15～25份钙长石原料、18～32份菱镁矿、1.5～2.5份氧化铝纤维、7.2～12.8份氧化铝颗粒、30～40份发泡剂、0.36～0.48份稳泡剂、3.5～6.0份添加剂、1.0～2.6份白水泥。

7、蓝晶石：粒径10～20μm，氧化铝含量52.61wt%，氧化硅含量41.57wt%，来源于巩义市聚丰耐火材料有限公司；

8、菱镁矿：粒径23～45μmm，氧化镁含量45.3wt%，氧化硅3.2wt%，来源于辽宁营口菱镁化工集团有限公司；

9、氧化铝纤维：72-m型氧化铝纤维，来源于山东东珩国纤新材料有限公司；

10、氧化铝颗粒：α-al2o3，粒径2～4μm，纯度＞99.9%，来源于重庆同泰粉体科技有限公司；

11、白水泥：氧化钙含量67.2%，氧化硅含量22.7wt%，来源于新乡市宝达钙业有限公司。

12、进一步的，钙长石原料由以下质量组分组成：24.3～26.0份煅烧矾土、29.0～30.2份煅烧高岭土、45.0～45.5份硅灰石，钙长石原料在使用前研磨20～30min，过600目筛；

13、煅烧矾土由矾土于1100℃保温1h得到，来源于灵寿县晨升矿产品贸易有限公司；

14、煅烧高岭土由高岭土于1100℃保温1h得到，来源于常州丰硕化工有限公司；

15、硅灰石：来源于河北京航矿产品有限公司。

16、进一步的，发泡剂为松香酸钠，来源于郑州煜祥化工产品有限公司，以溶液形式添加，发泡剂溶液的质量浓度为12.5%～17.5%；溶剂为水；

17、稳泡剂为阿拉伯胶，来源于天津市东丽区丽昌化工有限公司，以溶液形式添加，发泡剂溶液的质量浓度为12.5%～17.5%；溶剂为水；

18、添加剂为pva和硫酸铝，以溶液形式添加，添加剂溶液中聚乙烯醇pva的浓度为5wt%，硫酸铝的浓度为10wt%；溶剂为水；

19、pva：pva 080-44，来源于中国石化集团重庆川维化工有限公司；

20、在上述技术方案中，取煅烧矾土、煅烧高岭土、硅灰石作为合成钙长石的原料，钙长石具有密度小、热膨胀系数低、热导率低、比强度高、抗剥落性能良好等特点。蓝晶石作为莫来石生成的原料，在高温下进行莫来石化，产生体积膨胀，能够在一定程度上对耐火砖烧制过程中产生的体积收缩进行补充；生成的莫来石，其使用温度可达1700℃以上，抗热震性能好，寿命长。菱镁矿、氧化铝作为尖晶石的主要原料，在高温烧制过程中合成镁铝尖晶石和方镁石。尖晶石具有热膨胀系数低，热导率低，抗热震稳定性好等特点。取钙长石、莫来石、尖晶石作为耐火砖的复合晶相，能够使得所制耐火砖同时具有耐高温、低导热、高强度等综合性能特点。

21、在耐火砖组分中添加白水泥，在作为耐火砖生胚胶凝材料，提高生坯强度的同时，将氧化钙引入耐火砖的物料体系中，能够与蓝晶石、菱镁矿等物料反应形成钙长石，加快液相的产生，促进烧制反应的进程，从而使得耐火砖体系中形成掺杂尖晶石、钙长石的莫来石网状交织结构，提高所制耐火砖的强度和稳定性，降低耐火砖的热导率。

22、在耐火砖物料体系中加入具有较高断裂韧性的氧化铝纤维，能够促进物料的黏结，改善发泡性能，提高耐火砖的生坯强度，抑制所制耐火砖中裂纹的产生和扩展，进一步改善所制耐火砖的抗压、抗折强度。还能够与氧化铝颗粒配合，改善烧制过程中蓝晶石的收缩，改善所制耐火砖的耐热性能和力学性能。

23、进一步的，所述菱镁矿由以下工艺制得：

24、取三氧化钼、石墨、菱镁矿混合，高速搅拌20～40min，与pva溶液混合；制球，过160目筛，得到菱镁矿颗粒。

25、进一步的，所述菱镁矿颗粒包括以下质量组分：8～11wt%三氧化钼、1.8～2.3wt%石墨，余量为菱镁矿。

26、pva溶液的质量浓度为5wt%，pva溶液的添加量为菱镁矿质量的30%～35%。

27、三氧化钼：10～25μm，纯度＞99.9%，来源于博华斯纳米科技（宁波）有限公司；

28、石墨：鳞片石墨，粒径1.3～2.6μm，纯度＞99.9%，来源于河北灵寿县晨淋矿产品加工有限公司。

29、在上述技术方案中，由于上述耐火砖的低导热特点，使得耐火砖体积内的即时传热受到阻碍，从而产生温度梯度，进而容易在烧制过程中导致耐火砖发生密度的不均匀性变化，增加内应力，造成强度的降低。并由于菱镁矿合成尖晶石时需要的温度相对较高。因此，本技术对耐火砖的物料组分菱镁矿进行改性，将石墨、三氧化钼与菱镁矿混合，利用pva作为粘结剂，制备球形颗粒，再引入耐火砖物料体系中。

30、在烧结过程中，石墨将菱镁矿进行粉末浴，提供了良好的导热性能，使得热量能够快速传输，实现耐火砖烧结时的即时传热，避免温度梯度的发生，促进提高耐火砖的性质均匀性；能够在菱镁矿合成尖晶石的阶段，减少其周围孔隙，促进所合成的尖晶石与莫来石间的接触与包覆，从而改善所制耐火砖的结构和强度的改善。随着温度的提高，煅烧矾土、煅烧高岭土、硅灰石开始合成钙长石，然后蓝晶石开始发生莫来石化，在到达1350℃左右时，耐火砖的孔隙体系形成，钙长石、莫来石为主要晶体成分，且受晶面界面能的作用，莫来石择优生长，大多呈现针状。而引入三氧化钼，使其在高温下熔融，转为液相，随着温度的升高，包覆于菱镁矿、蓝晶石等颗粒表面，能够促进耐火砖体系中的原子迁移，促进晶相的转化和析出；作为模板，诱导莫来石沿（001）晶面择优生长，形成莫来石晶须，而受蓝晶石的初始粒径影响，获得较细晶须，将菱镁矿、生成的钙长石包覆、限制，进一步形成具有钙长石、菱镁矿成分掺杂的莫来石三维网络交织结构。随着烧制温度的持续升高，三氧化钼挥发，能够在一定程度上对石墨进行插层，促进石墨的膨胀，改善耐火砖的体积密度；菱镁矿开始合成尖晶石，钙长石与氧化铝颗粒接触，促进其表面莫来石化；而氧化铝纤维由无定形氧化铝，形成γ相氧化铝，最终转变为莫来石相，能够进一步提高所制耐火砖的各项力学性能。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

32、1.本发明的窑炉用轻质耐火砖的制备工艺，通过煅烧矾土、煅烧高岭土、硅灰石作为合成钙长石的原料，钙长石具有密度小、热膨胀系数低、热导率低、比强度高、抗剥落性能良好等特点。蓝晶石作为莫来石生成的原料，在高温下进行莫来石化，产生体积膨胀，能够在一定程度上对耐火砖烧制过程中产生的体积收缩进行补充；生成的莫来石，其使用温度可达1700℃以上，抗热震性能好，寿命长。菱镁矿、氧化铝作为尖晶石的主要原料，在高温烧制过程中合成镁铝尖晶石和方镁石。尖晶石具有热膨胀系数低，热导率低，抗热震稳定性好等特点。取钙长石、莫来石、尖晶石作为耐火砖的复合晶相，能够使得所制耐火砖同时具有耐高温、低导热、高强度等综合性能特点。

33、2.本发明的窑炉用轻质耐火砖的制备工艺，通过对耐火砖的物料组分菱镁矿进行改性，将石墨、三氧化钼与菱镁矿混合，利用pva作为粘结剂，制备球形颗粒，再引入耐火砖物料体系中，提供了良好的导热性能，使得热量能够快速传输，实现耐火砖烧结时的即时传热，避免温度梯度的发生，促进提高耐火砖的性质均匀性；在菱镁矿合成尖晶石的阶段，减少其周围孔隙，促进所合成的尖晶石与莫来石间的接触与包覆，从而改善所制耐火砖的结构和强度的改善。