CN112661487A

CN112661487A - 一种钙长石轻质耐火砖的制备方法

Info

Publication number: CN112661487A
Application number: CN202011573787.2A
Authority: CN
Inventors: 王丽; 刘春兰; 袁爱俊
Original assignee: Dongtai Gangtai Refractory Co ltd
Current assignee: Dongtai Gangtai Refractory Co ltd
Priority date: 2020-12-25
Filing date: 2020-12-25
Publication date: 2021-04-16

Abstract

本发明提出了一种钙长石轻质耐火砖的制备方法，采用分批混料的方式进行混料，具体步骤包括：步骤1：将含硅铝矿物、石膏粉、锯末和/或木粉搅拌混合，得到混合料I；步骤2：将复合外加结合剂加入水中搅拌，得到混合料II；步骤3：将步骤1制得的所述混合料I加入到步骤2制得的所述混合料II中混合，得到泥料；步骤4：将步骤3制得的所述泥料浇注于成型模具中，湿固化后，直接脱模得到钙长石砖湿坯，将所述钙长石砖湿坯直接湿码垛在窑车上；步骤5：进行烧制成型。本发明浇筑后的钙长石砖湿坯很快固化，脱模后能够直接进行湿码垛，无需烘干，脱模后的湿坯强度可以满足三层以上的钙长石砖湿坯码垛的工艺要求。

Description

一种钙长石轻质耐火砖的制备方法

技术领域

本发明涉及耐火材料制备技术领域，尤其涉及一种钙长石轻质耐火砖的制备方法。钙长石轻质隔热砖的体积密度小，热导率小，抗热震性好和抗还原性气氛的作用强，使用温度1100～1300℃，钙长石轻质隔热耐火砖应用广泛，在钢铁工业用作热风炉、均热炉、加热炉等的隔热衬里，石油工业的各种催化裂化炉的隔热内衬等。

背景技术

钙长石耐火砖具有密度小，热膨胀系数小，导热率低等特点，可以替代工作温度在1000-1300℃的粘土砖、硅质、高铝质耐火材料，并实现节能减排，国内外一些大型耐火材料生产商相继开发了各种轻质耐火砖作为窑炉的耐火内衬。

现有钙长石砖原料浇注后，不能很快硬化，并且硬化后钙长石砖湿坯的机械物理性能很低，不能满足钙长石砖湿码垛的需求，在进行湿码垛前必须进行干燥工序，在干燥之前坯体强度很低，给后道工序例如烘干、码垛装窑等各种操作带来不可避免的损耗，易于降低成品率，不可避免的增加人工、增加工序的流程、增加操作时间，从而降低了生产效率，提升生成成本。

现有的技术原料种类繁杂，导致每种原料不可避免的杂质难以掌控，由于杂质的存在导致钙长石砖的机械性能、理化性能不稳定，不能满足工业上的实际需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何实现钙长石砖湿坯能够在烧制前进行湿码垛，从而简化钙长石砖的制备过程的问题，本发明提供了一种钙长石轻质耐火砖的制备方法，采用该方法制得的钙长石砖湿坯能够快速湿固化，湿固化后的钙长石砖湿坯能够满足湿码垛所需的三层钙长石砖湿坯的工艺要求，钙长石砖湿坯不发生变形，避免了钙长石砖码垛前还需干燥的步骤，从而简化了钙长石砖的生产工艺。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种钙长石轻质耐火砖的制备方法，所述钙长石轻质耐火砖的制备方法采用分批混料的方式进行混料，具体步骤包括：步骤1：将含硅铝矿物、石膏粉、锯末和/或木粉搅拌混合，得到混合料I；步骤2：将复合外加结合剂加入水中搅拌，得到混合料一；步骤3：将步骤1制得的所述混合料I加入到步骤2制得的所述混合料二中混合，得到泥料；步骤4：将步骤3制得的所述泥料浇注于成型模具中，湿固化后，直接脱模得到钙长石砖湿坯，将所述钙长石砖湿坯直接湿码垛在窑车上；步骤5：进行烧制成型。

本发明通过将主料和添加剂组分分开混合，能够将石膏粉更均匀、更充分的混入其他主料组分中，添加剂组分预先溶于水，提升了添加剂组分的分散效果，从而使得主料组分中的石膏粉与添加剂的混溶性更好，分散的更均匀，更容易发生相互作用，极大程度上提升了钙长石砖湿坯的湿固化效果，明显增强了钙长石砖湿坯的抗压强度。

进一步的，为了使钙长石砖达到更好的湿固化效果，对制备过程中所需的钙长石砖的原料的含量做进一步的限定。在所述制备方法中，步骤1中所述含硅铝矿物的含量为30-75％、所述石膏粉的含量为15-40％、所述锯末和/或木粉的含量为5-20％，步骤2中所述复合外加结合剂的含量为1.5-8.0％。

进一步的，为了更好的提升钙长石砖的综合性能，在所述步骤1中还可加入轻质骨料，其中，所述轻质骨料的优选含量为5-30％；更进一步的，所述轻质骨料为Fe₂O₃≤0.8％的轻质骨料；更进一步的，所述轻质骨料为Fe₂O₃≤0.8％的砖下脚料。

进一步的，为了进一步提升制备过程中获得的钙长石砖湿码垛的抗压效果，在钙长石砖的制备方法中加入湿固化添加剂。湿固化添加剂能够与石膏粉发生相互作用，加入湿固化添加剂后，石膏将游离水转化为结晶水的效果更好、更彻底，从而大大提升了钙长石砖湿坯的湿固化效果，增强了钙长石砖湿坯的抗压强度。在所述步骤2中还可加入湿固化添加剂。优选的，所述湿固化添加剂的含量为1-5％。更优选的，所述湿固化添加剂包括碱金属化合物、碱土金属化合物、硅化合物、磷化合物中的一种或多种；更优选的，碱土金属化合物为钙化合物、镁化合物、钡化合物中的一种或多种，磷化合物为磷酸钠、磷酸钾、偏磷酸钠、偏磷酸钾中的一种或多种；更优选的，钙化合物为氧化钙、氢氧化钙、氯化钙、氟化钙、磷酸钙中的一种或多种。

进一步的，为了提升钙长石砖湿坯的湿固化效果、湿坯的抗压强度，本发明对湿固化的时间做了进一步的限定。所述步骤4中的所述湿固化的时间为5-60min；优选的，所述湿固化的时间为5-40min；更优选的，所述湿固化的时间为10-30min。

进一步的，为了提升钙长石砖的综合性能，本发明对钙长石砖的烧制工艺做了进一步的限定。所述步骤5中的所述烧制成型的具体方法为：以3-8℃/min的升温速度升至900-1100℃，然后，以1-2℃/min的升温速度升至1200℃-1450℃，保温1.5-3h后自然降温；优选的，所述烧制成型的具体方法为：以4-6℃/min的升温速度升至950-1050℃，然后，以1.2-1.8℃/min的升温速度升至1250℃-1350℃，保温1.5-2.5h后自然降温。

进一步的，所述含硅铝矿物为黏土以及不同于黏土的氧化铝和二氧化硅的合计含量大于80％的含硅铝矿物；优选的，所述黏土的含量为5-20％，所述不同于黏土的含硅铝矿物的含量为25-60％；更优选的，含硅铝矿物为高岭土、蓝晶石、莫来石、蒙脱土中的一种或多种；更优选的，含硅铝矿物为氧化铝和二氧化硅的合计含量大于85％的高岭土。

进一步的，所述石膏粉包括脱硫废渣，其中，脱硫废渣可为循环再利用的脱硫废渣。

进一步的，所述黏土为高铝黏土细粉。

进一步的，所述复合外加结合剂为有机结合剂、无机结合剂中的至少两种；所述无机结合剂为碱土金属化合物、III主族元素化合物中的一种或多种；有机结合剂为木质素粘合剂、酚醛树脂粘合剂、环氧树脂粘合剂、聚氨酯粘合剂中的一种或多种。优选的，所述碱土金属化合物为镁化合物、钙化合物、钡化合物、锶化合物中的一种或多种，所述钙化合物为氧化钙、氢氧化钙、氯化钙、氟化钙、磷酸钙中的一种或多种；所述III主族元素化合物为铝化合物、硼化合物中的一种或多种；所述铝化合物为偏铝酸钠、氢氧化铝、氯化铝、偏铝酸钙。

本发明还提供了一种钙长石轻质耐火砖，所述钙长石轻质耐火砖是由上述制备方法制得的。本发明所制备的钙长石轻质耐火砖具有良好的耐压强度、抗折强度，较低的体积密度、加热永久线变化、导热系数，较少的杂质含量。常温耐压强度为1.07-1.50MPa、常温抗折强度0.5-1MPa、体积密度为0.45-0.58g/cm³、加热永久线变化率(1230℃×24h)为-0.12-0％、200℃导热系数为0.095-0.100W/(m·K)、400℃导热系数为0.102-0.109W/(m·K)、600℃导热系数为0.110-0.123W/(m·K)，烧制后钙长石砖的化学成分的百分比含量为二氧化硅40-50％、氧化铝33-42％、氧化铁0.50-0.95％、氧化钙12-16％、氧化钾0.2-0.4％。

本发明还提供了一种钙长石轻质耐火砖的应用，所述钙长石轻质耐火砖用于冶金行业、陶瓷热工行业、热处理行业、石油化工、工业窑炉内衬中的一种或多种。钙长石轻质隔热耐火砖应用广泛，在钢铁工业用作热风炉、均热炉、加热炉等的隔热衬里，石油工业的各种催化裂化炉的隔热内衬等。

采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点：

本发明制备了一种钙长石轻质耐火砖的制备方法，所用的原料价格低廉，品种不繁杂，将影响钙长石砖整体性能的氧化铁杂质含量控制在较小的范围内。

本发明只选用价格低廉的具备一定硅铝含量的天然矿物尤其是具有一定硅铝含量的高岭土加以除铁为主要原料，石膏包括循环再利用的脱硫石膏作为凝胶原料，钙长石砖回料(可有可无)，锯末只是作为可燃物的加入，使得制备的钙长石相单一，纯度高，成本低。

本发明加入石膏后能把原料混合物中的游离水变成结晶水，使得浇筑后的钙长石砖湿坯快速固化，脱模后能够直接进行湿码垛，无需烘干，减少了等待干燥所消耗的时间，降低了因实施干燥工序引起的对钙长石砖湿坯造成损失的风险，钙长石砖湿坯经过湿码垛后直接入窑煅烧，从而大大缩短了生产流程时间，避免了因实施烘干工序对钙长石砖湿坯造成的磕碰、掉块等缺陷，进一步提高了生产效率、生产产能、产品合格率。脱模后的湿坯强度可以满足三层以上的钙长石砖湿坯码垛的工艺要求，因此，钙长石砖湿坯脱模后，在窑车上直接码垛配合隧道窑高度三层湿坯，然后直接进窑煅烧，无需反复搬运导致砖的损耗，大大节约了人工。

本发明加入湿固化添加剂后，能够与石膏产生相互协同的作用，加快了原料混合物中的游离水变成结晶水的速度，进一步加强了石膏促进钙长石砖湿坯湿固化的作用，使得钙长石砖原料浇注于成型模具后，湿固化速度更快，湿固化后的湿坯抗压强度更大，能够支撑的码垛层数更高。本发明采用分开混料的方式，能够保证石膏粉在其他主料相关组分中分布均匀，添加剂组分溶于水后，利于与主料充分混合，从而使石膏粉和添加剂组分能够充分起到相互协同的作用，使得钙长石砖湿坯的湿固化效果更显著，经湿固化后的钙长石砖湿坯的抗压强度更大。

因此，本发明钙长石轻质隔热耐火砖及应用对改善现有钙长石砖的技术具有重要的意义和良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明所述的钙长石轻质耐火砖的湿坯示意图。

图2为本发明所述的钙长石轻质耐火砖的湿坯码垛示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图和较佳实施例，对本发明进行详细说明。

图1显示了本发明的钙长石轻质耐火砖的湿坯示意图，钙长石轻质耐火砖的湿坯具有六个表面，构成长方体的形状，其中包括两个面I、两个面II和两个面III，沿垂直于面II的方向，钙长石砖的长度为250mm-350mm。

本发明中所述的湿码垛是指将钙长石砖原料浇注后，经湿固化得到钙长石砖湿坯，在不进行干燥的情况下，对钙长石砖湿坯进行码垛。本发明所述的湿码垛方式是按照垂直于面II的方向进行码垛，其中面II平行于水平面，上下相邻层的湿坯呈交叉状排列，湿码垛示意图如图2所示，其中，三层钙长石砖的总高度为750mm-1050mm。

湿码垛强度的验证方法，将泥料浇注于成型模具后，经湿固化一定时间，使湿坯脱模，脱模后，按照规定的湿码垛方式进行码垛，每码放一层湿坯，静止10分钟，观察最底层的湿坯是否发生变形，如果不变形，继续再码放一层湿坯，如此反复，直至最底层湿坯发生变形，记录发生变形时码垛的层数。

隧道窑炉的高度所要求码垛的层数为三层，也说明钙长石轻质耐火砖的湿坯的抗压强度至少需达到湿码垛三层的要求。

对比例1：现有钙长石砖O的制备

原料：高岭土、高铝黏土细粉、锯末和/或木粉、钙化合物、铝化合物。

制备方法：将高岭土50％、高铝黏土细粉15％、锯末15％、钙化合物15％、铝化合物5％加入水中搅拌混合，得到泥料；将得到的泥料浇注于成型模具中。

结果：泥料浇注于成型模具后，经过1小时，泥料虽可硬化成型，但不足以满足湿码垛的要求，湿码垛二层钙长石砖时，最底层的钙长石砖湿坯出现微小变形；湿码垛三层钙长石砖时，最底层的钙长石砖湿坯已发生明显变形，甚至碎裂。

实施例1：本发明的钙长石砖I的制备

原料：高岭土、石膏粉、高铝黏土细粉、锯末和/或木粉、钙化合物、铝化合物。

制备方法：将高岭土50％、石膏粉20％、高铝黏土细粉15％、锯末13％、氯化钙0.5％、偏铝酸钠1.5％加入水中搅拌混合，得到泥料；将得到的泥料浇注于成型模具中，待湿固化后，脱模，直接码垛在窑车上；进行烧制成型，即可得到钙长石轻质隔热耐火砖。

结果：泥料浇注于成型模具后，经过10分钟的湿固化，所得到的湿坯足以满足湿码垛的要求，湿码垛四层钙长石砖不至于使最底层的钙长石砖发生变形，湿码垛五层钙长石砖仅使最底层的钙长石砖发生微小变形。

实施例2：本发明的钙长石砖II的制备

制备方法：将高岭土50％、石膏粉20％、高铝黏土细粉15％、锯末13％进行混合，得到混合料一；将氯化钙0.5％、偏铝酸钠1.5％加入水中搅拌混合，得到混合料二；将混合料一加入到混合料二中搅拌混合，得到泥料；将得到的泥料浇注于成型模具中，待湿固化后，脱模，直接码垛在窑车上进行烧制成型，即可得到钙长石轻质隔热耐火砖。

结果：泥料浇注于成型模具后，经过10分钟的湿固化，所得到的湿坯足以满足湿码垛的要求，湿码垛四层钙长石砖不至于使最底层的钙长石砖发生变形，湿码垛五层钙长石砖时最底层的钙长石砖未发生微小变形。

通过实施例1与实施例2的实验结果的比较，说明实施例2中的钙长石砖湿坯的抗压强度高于实施例1中的钙长石砖湿坯的抗压强度，主要是主料组分和添加剂组分的分开混合起到了更好的湿固化作用。

实施例3：本发明的钙长石砖III的制备

原料：高岭土、石膏粉、砖下脚料、高铝黏土细粉、锯末和/或木粉、氧化钙、木质素粘合剂。

制备方法：将高岭土43％、石膏粉20％、砖下脚料10％、高铝黏土细粉12％、锯末13％、氧化钙0.5％、木质素粘合剂1.5％加入水中搅拌混合，得到泥料；将得到的泥料浇注于成型模具中，待湿固化后，脱模，直接码垛在窑车上进行烧制成型，即可得到钙长石轻质隔热耐火砖。

实施例4：本发明的钙长石砖IV的制备

制备方法：将高岭土43％、石膏粉20％、砖下脚料10％、高铝黏土细粉12％、锯末13％进行混合，得到混合料一；将氧化钙0.5％、木质素粘合剂1.5％加入水中搅拌混合，得到混合料二；将混合料一加入到混合料二中搅拌混合，得到泥料；将得到的泥料浇注于成型模具中，待湿固化后，脱模，直接码垛在窑车上进行烧制成型，即可得到钙长石轻质隔热耐火砖。

通过实施例3与实施例4的实验结果的比较，说明实施例4中的钙长石砖湿坯的抗压强度高于实施例3中的钙长石砖湿坯的抗压强度，主要是主料组分和添加剂组分的分开混合起到了更好的湿固化作用。

实施例5：本发明的钙长石砖V的制备

原料：高岭土、石膏粉、高铝黏土细粉、锯末和/或木粉、环氧树脂粘合剂、偏铝酸钠、硅酸钠。

制备方法：将高岭土50％、石膏粉20％、高铝黏土细粉14％、锯末11％搅拌混合得到混合料一；将环氧树脂粘合剂0.5％、偏铝酸钠1.5％、硅酸钠3.0加入水中搅拌混合得到混合料二；将混合料一加入到混合料二中得到泥料；将得到的泥料浇注于成型模具中，待湿固化后，脱模，直接码垛在窑车上进行烧制成型，即可得到钙长石轻质隔热耐火砖。

结果：泥料浇注于成型模具后，经过5分钟的湿固化，所得到的湿坯足以满足湿码垛的要求，湿码垛四层钙长石砖不至于使最底层的钙长石砖发生变形，湿码垛六层钙长石砖仅使最底层的钙长石砖发生微小变形。

实验结果表明，加入是湿固化添加剂后，钙长石砖湿坯的湿固化速度更快，湿固化后，钙长石砖湿坯的抗压强度更大。

实施例6：本发明的钙长石砖VI的制备

制备方法：将高岭土50％、石膏粉20％、高铝黏土细粉14％、锯末11％搅拌混合得到混合料一；将环氧树脂粘合剂0.5％、偏铝酸钠1.5％、硅酸钠3.0加入水中搅拌混合得到混合料二；将混合料一加入到混合料二中得到泥料；将得到的泥料浇注于成型模具中，待湿固化10-15分钟后，脱模，直接码垛在窑车上进行烧制成型，即可得到钙长石轻质隔热耐火砖；其中烧制成型的工艺为：以4-6℃/min的升温速度升至950-1050℃，然后，以1.2-1.8℃/min的升温速度升至1250℃-1350℃，保温1.5-2.5h后自然降温。

结果：对烧制成型的钙长石砖进行物理性能和化学成分进行检测，检测结果如下：常温耐压强度为1.2-1.40MPa、常温抗折强度0.8-1MPa、体积密度为0.48-0.53g/cm³、加热永久线变化率(1230℃×24h)为-0.08-0％、200℃导热系数为0.095-0.100W/(m·K)、400℃导热系数为0.102-0.109W/(m·K)、600℃导热系数为0.110-0.123W/(m·K)，烧制后钙长石砖的化学成分的百分比含量为二氧化硅42-48％、氧化铝34-40％、氧化铁0.50-0.75％、氧化钙12-16％、氧化钾0.2-0.4％。

通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims

1.一种钙长石轻质耐火砖的制备方法，其特征在于，所述制备方法采用分批混料的方式进行混料，具体步骤包括：

步骤1：将含硅铝矿物、石膏粉、锯末和/或木粉搅拌混合，得到混合料一；

步骤2：将复合外加结合剂加入水中搅拌，得到混合料二；

步骤3：将步骤1制得的所述混合料一加入到步骤2制得的所述混合料二中混合，得到泥料；

步骤4：将步骤3制得的所述泥料浇注于成型模具中，湿固化后，直接脱模得到钙长石砖湿坯，将所述钙长石砖湿坯直接湿码垛在窑车上；

步骤5：烧制成型，得到所述钙长石轻质耐火砖。

2.根据权利要求1所述的钙长石轻质耐火砖的制备方法，其特征在于，步骤1中所述含硅铝矿物的含量为30-75％、所述石膏粉的含量为15-40％、所述锯末和/或木粉的含量为5-20％，步骤2中所述复合外加结合剂的含量为1.5-8.0％。

3.根据权利要求1所述的钙长石轻质耐火砖的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中还可加入轻质骨料；优选的，所述轻质骨料的含量为5-30％；更优选的，所述轻质骨料为Fe₂O₃≤0.8％的轻质骨料；最优选的，所述轻质骨料为Fe₂O₃≤0.8％的砖下脚料。

4.根据权利要求1所述的钙长石轻质耐火砖的制备方法，其特征在于，在所述步骤2中还可加入湿固化添加剂；优选的，所述湿固化添加剂的含量为1-5％；更优选的，所述湿固化添加剂包括碱金属化合物、碱土金属化合物、硅化合物、磷化合物中的一种或多种；进一步优选的，碱土金属化合物为钙化合物、镁化合物、钡化合物中的一种或多种，磷化合物为磷酸钠、磷酸钾、偏磷酸钠、偏磷酸钾中的一种或多种；最优选的，钙化合物为氧化钙、氢氧化钙、氯化钙、氟化钙、磷酸钙中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的钙长石轻质耐火砖的制备方法，其特征在于，所述步骤4中的所述湿固化的时间为5-60min；优选的，所述湿固化的时间为5-40min；更优选的，所述湿固化的时间为10-30min。

6.根据权利要求1所述的钙长石轻质耐火砖的制备方法，其特征在于，所述步骤5中的所述烧制成型的具体方法为：以3-8℃/min的升温速度升至900-1100℃，然后，以1-2℃/min的升温速度升至1200℃-1450℃，保温1.5-3h后自然降温；优选的，所述烧制成型的具体方法为：以4-6℃/min的升温速度升至950-1050℃，然后，以1.2-1.8℃/min的升温速度升至1250℃-1350℃，保温1.5-2.5h后自然降温。

7.根据权利要求1所述的钙长石轻质耐火砖的制备方法，其特征在于，所述含硅铝矿物为黏土以及不同于黏土的氧化铝和二氧化硅的合计含量大于80％的含硅铝矿物；优选的，所述黏土的含量为5-20％，所述不同于黏土的含硅铝矿物的含量为25-60％；更优选的，含硅铝矿物为高岭土、蓝晶石、莫来石、蒙脱土中的一种或多种；更优选的，含硅铝矿物为氧化铝和二氧化硅的合计含量大于85％的高岭土。

8.根据权利要求1所述的钙长石轻质耐火砖的制备方法，其特征在于，所述石膏粉包括脱硫废渣。

9.根据权利要求7所述的钙长石轻质耐火砖的制备方法，其特征在于，所述黏土为高铝黏土细粉。

10.根据权利要求1所述的钙长石轻质耐火砖的制备方法，其特征在于，所述复合外加结合剂为有机结合剂和/或无机结合剂；所述无机结合剂为碱土金属化合物、III主族元素化合物中的一种或多种，有机结合剂为木质素粘合剂、酚醛树脂粘合剂、环氧树脂粘合剂、聚氨酯粘合剂中的一种或多种；优选的，所述碱土金属化合物为镁化合物、钙化合物、钡化合物、锶化合物中的一种或多种，所述钙化合物为氧化钙、氢氧化钙、氯化钙、氟化钙、磷酸钙中的一种或多种，所述III主族元素化合物为铝化合物、硼化合物中的一种或多种，所述铝化合物为偏铝酸钠、氢氧化铝、氯化铝、偏铝酸钙中的一种或多种。