一种隔热保温耐火材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种隔热保温耐火材料及其制备方法，该隔热保温耐火材料由氧化铝、氧化硅、碳酸镁、氧化钙、氧化钛、氧化锆、氧化锌、水、碳酸氢钠和造孔剂等原料制得，其中造孔剂由蔗糖、炭粉、铝粉、聚乙烯微球、硅藻土、五水硫酸铜、十二烷基苯磺酸钾和水等组分组成，该隔热保温耐火材料经有原料前处理、原料混合、蒸汽蒸养、裁切烧结和后处理等步骤制得。本发明专利技术中的轻型耐火材料具有较低的体积密度，较大的气孔率，具有较高的可使用温度和较高的耐压强度，还具有较低的热导率，具有良好的隔热作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及耐火材料制造
，尤其是涉及一种隔热保温耐火材料及其制备方法。
技术介绍
在传统意义上，耐火材料是指耐火度不低于1580℃的无机非金属材料，它是为高温技术服务的基础材料，是用作高温窑炉等热工设备的结构材料，以及工业高温容器和部件的材料，并且能够承受相应的物理化学变化及机械作用。大部分耐火材料是以天然矿石（如耐火粘土、硅石、菱镁矿、白云石）为原料制造的，采用某些工业原料和人工合成原料（如工业氧化铝、碳化硅、合成莫来石、合成尖晶石等）也日益增多，因此，耐火材料的种类很多。耐火材料按照矿物组成可以分为氧化硅质、硅酸铝质、镁质、白云石质、橄榄石质、尖晶石质、含碳质、含锆质耐火材料及特殊耐火材料；按照制造方法可以分为天然矿石和人造制品；按其方式可分为块状制品和不定形耐火材料；按照热处理方式可分为不烧制品、烧成制品和熔铸制品；按照耐火度可分为普通、高级和特级耐火制品；按照化学性质可分为酸性、中性及碱性耐火材料；按照其密度可分为轻质及重质耐火材料；按照其制品的形状和尺寸可分为标准砖、异形砖、特异形砖、管和耐火器皿；还可以按其应用分为高炉用、水泥窑用、玻璃窑用、陶瓷窑用耐火材料等。隔热保温耐火材料在工业窑炉和其他热工设备上用作隔热材料，其具有气孔率高、体积密度小、热导率低的耐火材料；工业窑炉砌体蓄热损失和炉体表面散热损失约占燃料消耗的24～45%，能量损失巨大，使得能源利用率低，使用热导率低、热容量小的隔热保温耐火材料作炉体结构材料，可节省燃料消耗；同时，由于窑炉可以快速升温和冷却，能提高设备生产效率；还能减轻炉体重量，简化窑炉构造，提高产品质量，降低环境温度，改善劳动条件。但是隔热保温耐火材料也存在力学强度低，不能用于承重，而且其耐磨性能也较差。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种气孔率高、体积密度小、热导率低，并且机械强度和耐磨性能较优的隔热保温耐火材料；本专利技术还提供了一种步骤简洁且能够制得高气孔率、低体积密度、低热导率、较高力学强度和较高耐磨性能隔热保温耐火材料的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种隔热保温耐火材料，由以下重量份的原料制得：氧化铝600～700份，氧化硅200～240份，碳酸镁50～60份，氧化钙90～110份，氧化钛15～60份，氧化锆12～14份，氧化锌20～22份，水600～640份，碳酸氢钠200～240份，造孔剂380～460份。氧化铝与氧化硅体系的无机氧化物会形成莫来石相，莫来石是一种具有较高熔点的无机化合物，其熔点在1850℃以上，硅铝氧化物体系是一个常见且优良的耐火材料体系，同时碳酸镁和碳酸钙在高温时会分解产生氧化镁、氧化钙和二氧化碳，生成的二氧化碳具有造孔的作用，氧化镁、氧化钙也是具有较高熔点的无机氧化物，与硅铝系氧化物反应形成固溶体可以增进耐火材料的耐火度，但是由于硅铝系氧化物和氧化镁、氧化钙等原料的反应温度较高，使得耐火材料的合成温度较高，能耗也很大，为了在不影响耐火度或较小影响耐火度的前提下适当降低合成温度，因此在原料中再添加具有降低合成温度的烧结助剂，氧化钛、氧化锌和氧化铋是一类具有良好性能的烧结助剂，在少量添加的情况下即可以显著的降低耐火材料的合成温度，同时这几种烧结助剂的加入也不会像钾钠系烧结助剂一样对耐火度造成一个较大的影响。由于本专利技术中的耐火材料需要预先进行蒸养发泡工艺，因此在原料中添加调制浆料的水和碳酸氢钠，使原料混合后呈现为碱性的浆料，以便于与造孔剂中的铝粉反应生成氢气从而形成大量的孔道。作为优选，氧化铝的纯度为98～99wt%，D50为0.1～1微米；氧化硅的纯度为95～99wt%，D50为0.1～1微米。作为优选，造孔剂由以下重量份的原料组成：蔗糖30份，炭粉40～60份，铝粉100～120份，聚乙烯微球40～80份，硅藻土50～60份，五水硫酸铜60～80份，十二烷基苯磺酸钾20～40份，水240～300份。隔热保温材料是由于其中具有较多的气孔具有轻质隔热的效果，现有技术中制备隔热保温耐火材料多使用单一的造孔剂，一般为木屑等较原始的造孔剂；单一的造孔剂，孔道形成的温度单一，而且由于几乎是在同一温度区间形成孔道，也即为了在耐火材料中间形成气孔，在同一温度区间会排放大量的气体，短时间内大量气体的冲击会造成耐火材料结构变得特别松散，制得的耐火材料的机械强度很差；同时，现有技术中，有些造孔剂是在较低温时就使耐火材料内部形成孔道，但是温度升高后，在高温反应下这些孔道又会被封闭或者被填补，造成气孔率下降，甚至耐火材料发生坍缩。因此本专利技术中采用复合的造孔剂，使得从100～800℃区间范围内不同阶段都会有造孔剂产生气体在耐火材料中形成气孔，造孔剂分解气体释放更加的缓和，持续时间也更长，这样就不会造成气体在短时间内释放，避免了气体冲击导致的耐火材料结构特别松散的不利情形，也可以避免继续高温反应后气孔被重新填补的情况。这些成孔剂在整个高温反应的不同时期发生分解放出不同种类的气体，在100～150℃温度时五水硫酸铜失去结晶水，在300～450℃温度时葡萄糖、果糖炭化释放水汽，在600～800℃温度时聚乙烯微球发生热分解放出气体，蔗糖炭化后形成的炭和炭粉也在这个温度区间发生反应放出气体，失结晶水后的硫酸铜也在这个温度区间分解生成含硫气体、氧化铜，最后在1300～1400℃温度区间内，成孔剂中所有的高温可分解物质完全分解产生气体并完成烧结，所有物质变得稳定。成孔剂中的多种物质在不同温度发生程度不同的分解产生不同种类的气体，使得制得的耐火材料中的气孔更加丰富，孔径的分布也更加多样和均匀，而且在整个过程中产生气体，发生造孔反应使得不会因反应温度升高部分先生成的气孔被重新填补的情况。十二烷基苯磺酸钾是作为一种分散剂加入到造孔剂中的，使的造孔剂混合后具有更好的分散效果，使制得的B混合液更加的均匀，同时十二烷基苯磺酸钾也是一种发泡剂，可以在A、B混合液混合后协同铝粉进行发泡，使浆料中的泡沫更加的丰富且稳定。传统工艺中，经过成孔剂处理后的耐火材料由于其中孔道增多其强度会大大降低，本专利技术中采用的成孔剂大都为一些会热分解的无机矿物，这些矿物在产生气体形成孔道的同时残余的无机物会成为耐火材料的一部分，对耐火材料的强度起到补充作用，改善隔热保温耐火材料的强度。作为优选，造孔剂中的蔗糖添加前经预处理；其中预处理为将蔗糖混合后加入蔗糖重量40～60%的水，在100～120℃下处理1～2小时，然后自然冷却至室温后干燥并研磨粉碎至200～250目。造孔剂中的蔗糖预先进行溶解高温处理可以使得原料这样变成具有多孔质的蔗糖粉末，用于耐火材料造孔时效果更佳。一种隔热保温耐火材料的制备方法，包括以下步骤：a）将除造孔剂以外的原料混合后在转速为2000～2500rpm下球磨4～6小时，制得A混合液；将造孔剂中的组分在转速为1400～1800rpm下球磨1～2小时，制得B混合液；b）将A混合液和B混合液在模具中混合并搅拌均匀，制得混合物；c）向由步骤b制得的混合物中通入温度为100～150℃蒸汽蒸养处理1～2小时，处理并烘干后制得预制耐火材料；d）将预制耐火材料裁切后进行烧结，由室温开始升温，在300～450℃保温20～40分钟，在600～900℃保温60～80本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隔热保温耐火材料，其特征在于由以下重量份的原料制得：氧化铝600～700份，氧化硅200～240份，碳酸镁50～60份，氧化钙90～110份，氧化钛15～20份，氧化锆12～14份，氧化锌20～22份，水600～640份，碳酸氢钠200～240份，造孔剂380～460份。

【技术特征摘要】
1.一种隔热保温耐火材料，其特征在于由以下重量份的原料制得：氧化铝600～700份，氧化硅200～240份，碳酸镁50～60份，氧化钙90～110份，氧化钛15～20份，氧化锆12～14份，氧化锌20～22份，水600～640份，碳酸氢钠200～240份，造孔剂380～460份。2.根据权利要求1所述的一种隔热保温耐火材料，其特征在于：所述氧化铝的纯度为98～99wt%，D50为0.1～1微米，所述的氧化硅的纯度为95～99wt%，D50为0.1～1微米。3.根据权利要求1所述的一种隔热保温耐火材料，其特征在于所述的造孔剂由以下重量份的原料组成：蔗糖30份，炭粉40～60份，铝粉100～120份，聚乙烯微球40～80份，硅藻土50～60份，五水硫酸铜60～80份，十二烷基苯磺酸钾20～40份，水240～300份。4.根据权利要求1或3所述的一种隔热保温耐火材料，其特征在于：所述造孔剂中的蔗糖添加前经预处理；其中预处理为将蔗糖混合后加入蔗糖重量40～60%的水，在100～120℃下处理1～2小时，然后自然冷却至室温后干燥并研磨粉碎至200～250目。5.一种根据权利要求1所述的隔热保温耐火材料的制备方法，其特征在于包...

【专利技术属性】
技术研发人员：佘培华，佘文浩，
申请(专利权)人：长兴盛华耐火材料有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33