CN101857450B - 一种刚玉质结构隔热一体化复合砖及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种刚玉质结构隔热一体化复合砖及制备方法。包括致密刚玉的重质支撑层，以及以氧化铝空心球为轻质骨料的轻质隔热层，由两者采用振动加压或机压成型复合而成，重质支撑层和轻质隔热层的长度尺寸比例为1～5∶2～1。本发明克服高温窑用刚玉砖导热系数大，使用寿命短；克服现有氧化铝空心球砖荷重软化温度低，长时间使用易出现窑体内突等问题。本发明提供一种具有耐火度高、结构强度好及保温隔热性能好的结构隔热一体化复合砖。
Description
技术领域
本发明涉及耐火复合砖及制备方法，尤其是涉及一种刚玉质结构隔热一体化复合砖及制备方法。
背景技术
耐高温隔热材料是各种窑炉等热工设备的关键部分，耐高温隔热材料直接接触火焰，要求既耐高温又隔热节能，对材料的性能要求特别高。开发轻质、高强、热震稳定性好、使用温度高能满足轻质结构高温窑炉所需的材料，改变传统高温窑炉采用重质材料而存在的热容量大、升温速率小、能耗大、使用寿命短、施工维修量大等缺点，为建设资源节约型和环境友好型社会服务。
氧化铝空心球已经在耐火保温隔热领域得到广泛应用，空心球利用了封闭空腔热阻大的特点，隔热效果好，强度高，耐高温，抗剥落。轻质氧化铝空心球制品克服了泡沫氧化铝产品强度低、高温抗蠕变性能差的特点，不但可以直接接触火焰，还可以作为隔热层使用，但其荷重软化温度有待于进一步提高，特别是炉龄得到提高之后，由于烟气中的低熔点挥发成份进入及长时间蠕变作用易造成炉体内衬变形内突，炉顶塌陷。为进一步延长窑炉寿命，为满足节能降耗的要求，浙江大学材料系无机非金属材料研究所结合本所在高温材料制备和高温节能技术方面的优势，利用研究所专有技术开发了空心球/刚玉-莫来石复合砖，致密层用来承重，同时提高窑炉致密性和降低高温蠕变，轻质层主要用于隔热和提高抗热震性，以便进一步提高炉龄，达到节能降耗的目的。砌筑窑炉时注意，轻质层接触火焰，否则起不到提高寿命作用。
发明内容
为了克服已有高温窑炉重质刚玉砖结构和轻质氧化铝空心球砖结构的缺点，本发明的目的在于提供结构强度好、耐火度高、保温隔热性能好及抗蠕变的一种刚玉质结构隔热一体化复合砖及制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一、一种刚玉质结构隔热一体化复合砖：
包括致密刚玉的重质支撑层，以及以氧化铝空心球为轻质骨料的轻质隔热层，由两者复合而成，重质支撑层和轻质隔热层的长度尺寸比例为1～5∶2～1。
二、一种刚玉质结构隔热一体化复合砖的制备方法：
A、重质支撑层和轻质隔热层的原料配比如下：
一、致密刚玉重质支撑层中，各个组分的质量百分含量为：
1～3mm电熔刚玉35～45％；小于1mm电熔刚玉20～35％；不大于325目电熔刚玉15～25％；α-Al2O3粉10～20％；外加结合剂3～5％；
二、轻质隔热层为以氧化铝空心球为轻质骨料的轻质隔热层，其技术指标和含量比例如下：
氧化铝空心球高强轻质隔热层中，Al2O3的质量百分含量＞98.5％，粒径为0.2～5mm，自然堆积密度0.6～0.9g/cm3；各个组分的质量百分含量为：氧化铝空心球35～65％；α-Al2O3微粉35～65％；外加结合剂为α-Al2O3微粉质量百分含量的30～35％；对应密度为1.3～2.0g/cm3；
B、刚玉质结构隔热一体化复合砖的制备方法：
(1)重质支持层制备：先将不大于325目粉料按比例配好后在球磨机中混合均匀，再在其余骨料颗粒与结合剂混合均匀后加入混合好的粉料，搅拌10～30分钟后备用；
(2)轻质隔热层制备：以氧化铝空心球为轻质骨料，把轻质骨料按比例和结合剂混合均匀，然后按比例加入粉料搅拌10～30分钟备用；
(3)成型：完成配料之后，用隔板把成型模具的料腔隔成两部分，重质支持层和轻质隔热层的长度尺寸比例为1～5∶2～l，加料后抽出隔板，采用震动加压或机压成型；
(4)烧成：成型后的坯体取出经80～150℃烘干后装窑于1650～1800℃保温3～8小时烧成。
所述轻质隔热层中，结合剂是磷酸溶液或磷酸二氢铝溶液。
所述致密镁铝尖晶石的重质支撑层中，结合剂是有机结合剂或磷酸溶液或磷酸二氢铝溶液。
本发明采用致密刚玉重质支撑层，氧化铝空心球作为隔热层骨料引入空隙提高隔热性能并确保轻质隔热层强度和耐火度。复合结构砖在成型加料时，先用隔板隔开，分别加入重质料和轻质料，加料后抽出隔板，采用震动加压或机压成型，坯体经80～150℃烘干后装窑于1650～1800℃保温3～8小时烧成。
氧化铝空心球是氧化铝含量在98.5％以上的电熔喷吹空心球。
本发明的具有的有益效果是：
本发明改变现有刚玉砖结构或氧化铝空心球砖内衬结构窑炉存在的缺点，延长窑炉使用寿命，降低成本。
附图说明
附图是刚玉质结构隔热一体化复合砖结构图。
图中：1、重质支撑层，2、轻质隔热层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
如附图所示，本发明包括致密刚玉的重质支撑层1，以及以氧化铝空心球为轻质骨料的轻质隔热层2，由两者复合而成，重质支撑层和轻质隔热层的长度尺寸比例为1～5∶2～1。致密刚玉重质支撑层1，抗高温蠕变；轻质隔热层2则朝向火焰，起到隔热作用，并具有高抗热震性。
实施例1：
本实施例采用致密刚玉耐火材料和氧化铝空心球复合而成，重质工作层所采用的原料及其质量百分含量为：1～3mm电熔刚玉35％，小于1mm电熔刚玉30％，不大于325目电熔刚玉20％，α-Al2O3粉15％，外加纸浆废液3％；轻质工作层所采用的原料及其质量百分含量为：氧化铝空心球65％、α-Al2O3微粉35％、外加磷酸结合剂为α-Al2O3微粉质量百分含量的35％。
制备工艺包括以下步骤：
(1)配料：重质工作层的配料工艺为先将不大于325目粉料按比例配好后在球磨机中混合均匀，然后在其余骨料颗粒与结合剂混合均匀后加入混合好的粉料，搅拌10～30分钟后备用；轻质隔热层的配料工艺为将氧化铝空心球按比例和磷酸结合剂混合均匀，然后按比例加入α-Al2O3搅拌10～30分钟备用。
(2)成型：完成配料之后，根据材料的使用位置和磨损率及使用寿命确定重质工作层和轻质工作层之间的尺寸比例，根据比例用隔板把成型模具的料腔隔成两部分，加料后抽出隔板，采用震动加压成型。
(3)烧成：成型后的坯体取出经80～150℃烘干后装窑于1800℃保温3小时烧成。
实施例2：
本实施例采用致密刚玉耐火材料和氧化铝空心球复合而成，重质工作层所采用的原料及其质量百分含量为：1～3mm电熔刚玉45％，小于1mm电熔刚玉25％，不大于325目电熔刚玉15％，α-Al2O3粉15％，外加黄糊精5％；轻质隔热层所采用的原料及其质量百分含量为：氧化铝空心球38％、α-Al2O3微粉62％、外加磷酸二氢铝结合剂为α-Al2O3微粉质量百分含量的31％。
制备工艺包括以下步骤：
(1)配料：重质工作层的配料工艺为先将不大于325目粉料按比例配好后在球磨机中混合均匀，然后在其余骨料颗粒与结合剂混合均匀后加入混合好的粉料，搅拌10～30分钟后备用；高强轻质隔热层的配料工艺为将氧化铝空心球按比例和磷酸二氢铝结合剂混合均匀，然后按比例加入α-Al2O3搅拌10～30分钟备用。
(2)成型：完成配料之后，根据材料的使用位置和磨损率及使用寿命确定重质工作层和轻质工作层之间的尺寸比例，根据比例用隔板把成型模具的料腔隔成两部分，加料后抽出隔板，采用机压成型。
(3)烧成：成型后的坯体取出经80～150℃烘干后装窑于1650℃保温3～8小时烧成。
实施例3：
本实施例采用致密刚玉耐火材料和氧化铝空心球复合而成，重质工作层所采用的原料及其质量百分含量为：1～3mm电熔刚玉45％，小于1mm电熔刚玉20％，不大于325目电熔刚玉25％，α-Al2O3粉10％，外加木质磺酸素3％；轻质工作层所采用的原料及其质量百分含量为：刚玉空心球60％、α-Al2O3微粉40％、外加磷酸二氢铝溶液结合剂为α-Al2O3微粉质量百分含量的35％。
制备工艺包括以下步骤：
(1)配料：重质工作层的配料工艺为先将不大于325目粉料按比例配好后在球磨机中混合均匀，然后在其余骨料颗粒与结合剂混合均匀后加入混合好的粉料，搅拌10～30分钟后备用；高强轻质隔热层的配料工艺为将刚玉空心球按比例和磷酸二氢铝溶液结合剂混合均匀，然后按比例加入α-Al2O3搅拌10～30分钟备用。
(2)成型：完成配料之后，根据材料的使用位置和磨损率及使用寿命确定重质工作层和轻质工作层之间的尺寸比例，根据比例用隔板把成型模具的料腔隔成两部分，加料后抽出隔板，采用震动加压或机压成型。
(3)烧成：成型后的坯体取出经80～150℃烘干后装窑于1650℃保温3～8小时烧成。
实施例4：
本实施例采用致密刚玉耐火材料，轻质工作层骨料由氧化铝空心球为骨料，重质工作层所采用的原料及其质量百分含量为：1～3mm电熔刚玉40％，小于1mm电熔刚玉30％，不大于325目电熔刚玉20％，α-Al2O3粉10％，外加聚乙烯醇溶液4％；轻质工作层所采用的原料及其质量百分含量为：氧化铝空心球50％、α-Al2O3微粉50％、外加磷酸溶液结合剂为α-Al2O3微粉质量百分含量的33％。
制备工艺包括以下步骤：
(1)配料：重质工作层的配料工艺为先将不大于325目粉料按比例配好后在球磨机中混合均匀，然后在其余骨料颗粒与结合剂混合均匀后加入混合好的粉料，搅拌10～30分钟后备用；高强轻质隔热层的配料工艺为将氧化铝空心球按比例和磷酸溶液混合均匀，然后按比例加入α-Al2O3搅拌10～30分钟备用。
(2)成型：完成配料之后，根据材料的使用位置和磨损率及使用寿命确定重质工作层和轻质工作层之间的尺寸比例，根据比例用隔板把成型模具的料腔隔成两部分，加料后抽出隔板，采用震动加压或机压成型。
(3)烧成：成型后的坯体取出经80～150℃烘干后装窑于1650℃保温3～8小时烧成。
Claims (4)
1.一种刚玉质结构隔热一体化复合砖的制备方法，其特征在于：
采用致密刚玉耐火材料和氧化铝空心球复合而成，重质工作层所采用的原料及其质量百分含量为：1～3mm电熔刚玉35％，小于1mm电熔刚玉30％，不大于325目电熔刚玉20％，α-Al2O3粉15％，外加纸浆废液3％；轻质工作层所采用的原料及其质量百分含量为：氧化铝空心球65％、α-Al2O3微粉35％、外加磷酸结合剂为α-Al2O3微粉质量百分含量的35％；
制备工艺包括以下步骤：
(1)配料：重质工作层的配料工艺为先将不大于325目粉料按比例配好后在球磨机中混合均匀，然后在其余骨料颗粒与结合剂混合均匀后加入混合好的粉料，搅拌10～30分钟后备用；轻质隔热层的配料工艺为将氧化铝空心球按比例和磷酸结合剂混合均匀，然后按比例加入α-Al2O3搅拌10～30分钟备用；
(2)成型：完成配料之后，根据材料的使用位置和磨损率及使用寿命确定重质工作层和轻质工作层之间的尺寸比例，根据比例用隔板把成型模具的料腔隔成两部分，加料后抽出隔板，采用震动加压成型；
(3)烧成：成型后的坯体取出经80～150℃烘干后装窑于1800℃保温3小时烧成。
2.一种刚玉质结构隔热一体化复合砖的制备方法，其特征在于：
采用致密刚玉耐火材料和氧化铝空心球复合而成，重质工作层所采用的原料及其质量百分含量为：1～3mm电熔刚玉45％，小于1mm电熔刚玉25％，不大于325目电熔刚玉15％，α-Al2O3粉15％，外加黄糊精5％；轻质隔热层所采用的原料及其质量百分含量为：氧化铝空心球38％、α-Al2O3微粉62％、外加磷酸二氢铝结合剂为α-Al2O3微粉质量百分含量的31％；
制备工艺包括以下步骤：
(1)配料：重质工作层的配料工艺为先将不大于325目粉料按比例配好后在球磨机中混合均匀，然后在其余骨料颗粒与结合剂混合均匀后加入混合好的粉料，搅拌10～30分钟后备用；高强轻质隔热层的配料工艺为将氧化铝空心球按比例和磷酸二氢铝结合剂混合均匀，然后按比例加入α-Al2O3搅拌10～30分钟备用；
(2)成型：完成配料之后，根据材料的使用位置和磨损率及使用寿命确定重质工作层和轻质工作层之间的尺寸比例，根据比例用隔板把成型模具的料腔隔成两部分，加料后抽出隔板，采用机压成型；
(3)烧成：成型后的坯体取出经80～150℃烘干后装窑于1650℃保温3～8小时烧成。
3.一种刚玉质结构隔热一体化复合砖的制备方法，其特征在于：
采用致密刚玉耐火材料和氧化铝空心球复合而成，重质工作层所采用的原料及其质量百分含量为：1～3mm电熔刚玉45％，小于1mm电熔刚玉20％，不大于325目电熔刚玉25％，α-Al2O3粉10％，外加木质磺酸素3％；轻质工作层所采用的原料及其质量百分含量为：刚玉空心球60％、α-Al2O3微粉40％、外加磷酸二氢铝溶液结合剂为α-Al2O3微粉质量百分含量的35％；
制备工艺包括以下步骤：
(1)配料：重质工作层的配料工艺为先将不大于325目粉料按比例配好后在球磨机中混合均匀，然后在其余骨料颗粒与结合剂混合均匀后加入混合好的粉料，搅拌10～30分钟后备用；高强轻质隔热层的配料工艺为将刚玉空心球按比例和磷酸二氢铝溶液结合剂混合均匀，然后按比例加入α-Al2O3搅拌10～30分钟备用；
(2)成型：完成配料之后，根据材料的使用位置和磨损率及使用寿命确定重质工作层和轻质工作层之间的尺寸比例，根据比例用隔板把成型模具的料腔隔成两部分，加料后抽出隔板，采用震动加压或机压成型；
(3)烧成：成型后的坯体取出经80～150℃烘干后装窑于1650℃保温3～8小时烧成。
4.一种刚玉质结构隔热一体化复合砖的制备方法，其特征在于：
采用致密刚玉耐火材料，轻质工作层骨料由氧化铝空心球为骨料，重质工作层所采用的原料及其质量百分含量为：1～3mm电熔刚玉40％，小于1mm电熔刚玉30％，不大于325目电熔刚玉20％，α-Al2O3粉10％，外加聚乙烯醇溶液4％；轻质工作层所采用的原料及其质量百分含量为：氧化铝空心球50％、α-Al2O3微粉50％、外加磷酸溶液结合剂为α-Al2O3微粉质量百分含量的33％；
制备工艺包括以下步骤：
(1)配料：重质工作层的配料工艺为先将不大于325目粉料按比例配好后在球磨机中混合均匀，然后在其余骨料颗粒与结合剂混合均匀后加入混合好的粉料，搅拌10～30分钟后备用；高强轻质隔热层的配料工艺为将氧化铝空心球按比例和磷酸溶液混合均匀，然后按比例加入α-Al2O3搅拌10～30分钟备用；
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