一种轻质尖晶石质耐火砖及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种工业窑炉用轻质尖晶石质隔热保温耐火材料，属于耐火材料技术领域。它具有轻质、导热系数低、强度高、隔热保温效果好的特点。本发明专利技术以菱镁矿和工业氧化铝等原料通过组分设计和调控、添加有机／无机复合造孔剂、半干振动浇注成型、调湿可控干燥、高温引气造孔、一步原位反应烧结、切割加工等工艺过程，制备一种轻质导热系数低强度高隔热保温效果好的尖晶石质隔热保温耐火材料。该发明专利技术涉及的隔热保温耐火材料的主要物相为尖晶石相；其主要化学成分是ＭｇＯ＋Ａｌ２Ｏ３。所述的隔热保温耐火材料是一种高效节能、长寿命的高温窑炉内衬用轻质耐火砖，它可以替代目前使用的氧化铝空心球砖作为多种工业窑炉的耐火材料炉衬。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工业窑炉用，属于耐火材料领域。
技术介绍
工业窑炉是工业生产中的主要耗能设备，每年能耗数量巨大，尤其在冶金、建材、 陶瓷、玻璃、化工及机电企业中的热加工过程中，工业窑炉的能耗可占总能耗的40-70% 。然 而各种工业窑炉的热损失一般都很大，在大多数情况下，它们的热效率都较低，能源利用率 在30%左右。因此，迫切需要优质的隔热保温耐火材料，以降低大量能量的散热损失和蓄热 损失，达到节能减排的目的。 目前应用于各种窑炉内衬的隔热材料主要有耐火纤维、Al203-Si02系轻质耐火材料以及氧化铝空心球砖等，其中耐火纤维和Al203-Si02系轻质耐火材料主要应用于中低温的工业窑炉环境，而160(TC以上的高温窑炉中大量使用的是氧化铝空心球砖。 氧化铝空心球砖的制造工艺过程需要经历三次能耗过程，第一次能耗是利用铝矾土矿物制备氧化铝的过程中所需能耗；第二次能耗是用工业氧化铝在电炉中熔炼吹制而制成氧化铝空心球所需能耗；第三次能耗是氧化铝空心球砖制品烧成过程所需能耗。这三次能耗过程造成了大量的能源消耗，氧化铝及氧化铝空心球的价格较高，使氧化铝空心球砖的生产成本比较高。另外，氧化铝空心球砖的密度较大，一般在1. 5g/cn^左右，其蓄热能力较强，同时传热速率较快，散热损失较大，使其在使用过程增大了窑炉的热量损耗，造成了大量的热量浪费，增大了能源消耗。因此，制备一种低能耗和低成本的轻质耐高温隔热保温材料就显得十分迫切。 镁铝尖晶石(MgAl204)具有熔点高，热膨胀系数低，抗渣侵蚀能力强等一系列优 点，而且是可以人工合成的。以菱镁矿和氧化铝为原料合成镁铝尖晶石质轻质耐高温材料， 具有密度小、热传导率低、抗热震性能优良等特性，可以满足100(TC 180(TC高温环境中 尤其是大于150(TC的高温窑炉的使用要求，是一种理想的隔热保温耐火材料。它可以替代 轻质氧化铝空心球砖做多种高温窑炉和高温电炉的炉衬，由于镁铝尖晶石质轻质耐高温材 料比氧化铝空心球砖的密度小、成本低、生产过程能耗少的优势，可以显著地降低生产过程 和使用过程的能量损耗。 现有的有关多孔轻质尖晶石质耐火砖的专利和文献报道分析介绍如下 1、一种多孔尖晶石质陶瓷材料及其制备方法(CN200610019551. 8)的技术，其使用菱镁矿粉和Al (OH) 3粉，，其采用的成形方法为机压或捣打，在配料工艺过程中尚未采用添加烧失剂造孔技术方法降低砖坯的体积密度，烧成温度为1600°C 180(TC，烧成温度较高，所制备的多孔尖晶石陶瓷材料密度较大，耗能较大，不利于制备密度较小导热系数低的尖晶石隔热保温耐火砖。 2、一种镁-铝轻质保温耐火材料及其制备方法(CN200410013257. 7)的技术，所 生成的轻质保温材料属于碱性轻质耐火材料，但其使用原料为菱镁矿粉、轻烧氧化镁粉、高铝矾土粉、A1(0H)3粉、可烧失物粉，烧成温度为1300°C 150(TC，制品杂质含量相对较高， 烧成温度较低，密度较大，制品的使用温度低，导致制品在使用过程中耗能较大，不利于窑 炉的节能隔热保温。 3、有一篇在《北京理工大学学报》杂志2005(11)发表的题为凝胶注模成型刚 玉-尖晶石多孔陶瓷的制备的论文，作者为刘佐才和陈颖。论文介绍了采用凝胶注模成型 法制备刚玉-尖晶石多孔陶瓷的过程，描述了以板状刚玉和富铝尖晶石为主要原料，添加 有机单体、交联剂、催化剂、引发剂等，以及制备的多孔的刚玉-尖晶石材料的性能。该论文 选用的原料是采用预先合成的尖晶石材料，工艺过程步骤多，制备过程能耗高，制成的材料 密度较大，使用过程耗能也较大，不利于工业窑炉的节能降耗。 4、有一篇在《材料与冶金学报》杂志2004(2)发表的题为添加轻烧氧化镁对镁铝 尖晶石轻质耐火材料烧结性能的影响的论文，作者为孙丽枫和于景坤。论文描述了以工业 氧化铝、重烧氧化镁、轻烧氧化镁、成孔剂和结合剂为原料，制备轻质镁铝尖晶石材料。探讨 了添加轻烧氧化镁对镁铝尖晶石轻质耐火材料烧结性能的影响。该论文选用的镁源是重烧 和轻烧氧化镁，成本相对较高，工艺过程步骤多，制备过程能耗高，不利于制备过程的节能。 所以，总体而言，专利技术开发一种低导热系数高强度且具有突出的密度小优势的轻 质尖晶石质耐火砖非常迫切，将其推广应用必然会对我国高温窑炉行业节能减排产生巨大 的作用，具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术目的是针对目前窑炉内衬用氧化铝空心球砖存在成本高、能耗巨大等突出 问题，利用镁铝尖晶石耐高温性能好、热膨胀系数低等优点，提出一种轻质尖晶石质隔热保 温耐火砖及其制备方法，来达到制备高效节能、长寿命的高温工业窑炉内衬用轻质耐火砖 的目的，从而为高温工业的节能减排做出贡献。 为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下 本专利技术是一种轻质尖晶石质耐火砖，其特征在于该轻质尖晶石质耐火砖主要用 于工业窑炉的隔热保温耐火材料，该耐火砖的主要物相为尖晶石相；该耐火砖的体积密度 《1. 26g/cm3。 本专利技术制备过程中配料时各原料的加入量及质量要求如下菱镁矿中要求 MgC03 > 98. 0%，0. lmm 0. 3mm，工业氧化铝中要求Y _A1203 > 96. 0%，0. lmm 0. 3mm。配 料中菱镁矿和工业氧化铝的质量比例在O. 84 1. 42之间，配料中1%0)3+y-Al203 >95. 0% (质量百分比例)。 本专利技术提出的，其特征在于其制备方 法为首先将菱镁矿和工业氧化铝按一定比例配料，混合均匀，然后一起磨细到O. lmm 0. 3mm;将从磨机中取出的混合粉料再加入占总配料的0. 1 17.0%烧失造孔剂(烧失造 孔剂可以选择为木屑锯末或其它植物粉末或聚苯乙烯球或焦炭粉或煤炭粉或活性碳等其 中的一种或几种可以在大于100(TC烧失的物质作为烧失造孔剂，其粒径《5.0mm) —起搅 拌混合，混合均匀后再加入11 40%的可饮用水搅拌，得到的泥料采用振动浇注成形方法 成形(也可用挤泥机挤出成形或浇注成形)。成形后的湿坯在室温下自然干燥3 48h， 然后在干燥窑中于115 30(TC进行烘干0. 5 48h。将干燥好的砖坯装入窑炉中烧成，最终烧成温度1380 159(TC，将烧成出窑冷却后的砖坯按要求尺寸进行切割，即得到本 专利技术的轻质尖晶石质耐火砖，这是一种具有导热系数低强度高隔热保温效果好的隔热保温 耐火砖。该轻质尖晶石质耐火砖的相关性能达到体积密度《1.26g/cm 40(TC导热系数 《0. 70w/m k，抗折强度^ 2. OMPa。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术的技术方案做进一步说明 本专利技术的原料和配方为菱镁矿中要求MgC03 > 98.0%，0. lmm 0. 3mm ;工 业氧化铝中要求Y-A1203 > 96.0%，0. lmm 0.3mm，也可用a _A1203代替，加入量和 质量要求不变。配料中菱镁矿和工业氧化铝的质量比例在0. 84 1. 42之间，配料中 MgC03+ y -A1203 > 95. 0% (质量百分比例)。 本专利技术提出的一种多孔轻质隔热保温耐火材料及其制备方法，其特征在于其 制备方法为首先将菱镁矿和工业氧化铝按一定比例配料，混合均匀，本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术是一种轻质尖晶石质耐火砖，其特征在于：该轻质尖晶石质耐火砖主要用于工业窑炉的隔热保温耐火材料，该轻质耐火砖的主要物相为尖晶石相；该轻质耐火砖的体积密度≤１．２６ｇ／ｃｍ↑［３］。

【技术特征摘要】
本发明是一种轻质尖晶石质耐火砖，其特征在于该轻质尖晶石质耐火砖主要用于工业窑炉的隔热保温耐火材料，该轻质耐火砖的主要物相为尖晶石相；该轻质耐火砖的体积密度≤1.26g/cm3。2. 如权利要求1所述的轻质尖晶石质耐火砖，其制备方法为首先将菱镁矿和工业氧 化铝按一定比例配料，混合均匀，然后一起磨细到0. 1mm 0. 3mm ;将从磨机中取出的混合 粉料再加入占总配料的0. 1 17. 0%烧失造孔剂，烧失造孔剂可以选择为木屑锯末或其它 植物粉末或聚苯乙烯球或焦炭粉或煤炭粉或活性碳其中的一种或几种，其粒径《5. 0mm。一 起搅拌混合，混合均匀后再加入11 40%的可饮用水搅拌，得到的泥料采用振动浇注成形 方法成形，也可用挤泥机挤出成形。成形后的湿...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，黄朝晖，房明浩，刘艳改，冀新友，卫李贤，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]