一种高强氧化铝轻质隔热砖及其制备方法转让专利
申请号 : CN201310016464.7
文献号 : CN103044045B
文献日 : 2014-06-18
发明人 : 李远兵 , 廖佳 , 刘静静 , 赵雷 , 李亚伟 , 李淑静 , 桑绍柏 , 张文泽
申请人 : 武汉科技大学
摘要 :
本发明涉及一种高强氧化铝轻质隔热砖及其制备方法。其技术方案是：先以25~40wt%的粒度为0.074~0.147mm的α-Al2O3细粉、25~40wt%的粒度为0.043~0.074mm的α-Al2O3细粉、10~15wt%的粒度为小于0.043mm的α-Al2O3细粉、10~15wt%的α-Al2O3微粉、3~10wt%的ρ-Al2O3微粉和2~10wt%的“三石”为原料，外加所述原料0.1~1wt%的助烧剂、20~35wt%的水和0.1~0.7wt%的减水剂，预混合5~10分钟，制得预混料；再向预混料中加入泡沫，混合均匀，浇注成型，微波干燥，然后在1450~1750℃的条件下保温3~6小时，即得高强氧化铝轻质隔热砖。本发明工艺简单和节约能源，其制品具有强度高、线变化率小、体积密度小、导热系数低和干燥周期短的特点。
权利要求 :
1.一种高强氧化铝轻质隔热砖的制备方法，其特征在于先以25~40wt%的粒度为
0.074~0.147mm的α-Al2O3细粉、25~40wt%的粒度为0.043~0.074mm的α-Al2O3细粉、
10~15wt%的粒度为小于0.043mm的α-Al2O3细粉、10~15wt%的α-Al2O3微粉、3~10wt%的ρ-Al2O3微粉和2~10wt%的“三石”为原料，外加所述原料0.1~1wt%的助烧剂、20~35wt%的水和0.1~0.7wt%的减水剂，预混合5~10分钟，制得预混料；再向预混料中加入泡沫，混合均匀，浇注成型，微波干燥，然后在1450~1750℃的条件下保温3~6小时，即得高强氧化铝轻质隔热砖；
所述“三石”为蓝晶石、红柱石和硅线石中的一种。
2.根据权利要求1所述的高强氧化铝轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述蓝晶石、红柱石和硅线石的粒度<0.074mm。
3.根据权利要求1所述的高强氧化铝轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述的助烧剂为TiO2微粉、MgO微粉、Cr2O3微粉、MgF2微粉和AlF3微粉中的一种。
4.根据权利要求1所述的高强氧化铝轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述的减水剂为聚羧酸类减水剂、无机盐类减水剂、磺酸系减水剂和萘系减水剂中的一种。
5.根据权利要求1所述的高强氧化铝轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述泡沫是采用发泡倍数为7~10倍的泡沫剂所制得，其加入量为预混料中的每kg原料加入0.6~1.2L的泡沫。
6.根据权利要求1~5项中任意一项所述的高强氧化铝轻质隔热砖的制备方法所制备的高强氧化铝轻质隔热砖。
说明书 :
一种高强氧化铝轻质隔热砖及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于轻质耐火材料技术领域，具体涉及一种高强氧化铝轻质隔热砖及其制备方法。
背景技术
[0002] 节约能源，是经济保持可持续发展的重要措施之一，保温则是节能的重要措施之一，因而，具有微纳米孔的隔热保温材料在隔热保温领域具有重要的地位。传统的高温窑炉由于采用重质结构而存在升温速率低、热容量大、能耗大、使用寿命短等缺点，因而开发高强、轻质、低导热、使用温度高的能满足轻型结构高温窑炉所需的内衬材料是研究的主要方向。
[0003] 轻质隔热材料是指气孔率高、体积密度小、热导率低和对热可起屏蔽作用的材料。它包括隔热耐火制品、耐火纤维和耐火纤维制品。目前，现有的各种隔热材料中，氧化铝隔热材料品种最多，使用温度高、隔热节能效果好，是当今重点发展的隔热材料。
[0004] 氧化铝空心球制品是一种优质的氧化铝隔热材料，由于它强度高和抗蠕变性能好，可用于1600℃以上的工业窑炉中，直接作为工作衬，为推动传统高温窑炉结构改造和设计新型窑炉结构奠定了基础，如“一种制备轻质高强氧化铝空心球陶瓷的制备方法”（CN200310122906.2）的专利技术，该技术以磷酸溶液为结合剂、α-Al2O3微分为基质和氧化铝空心球为骨料来制备轻质高强氧化铝陶瓷。但也存在如下缺点：(1)氧化铝空心球的制备会消耗大量能源；(2)难以制得体积密度更低的氧化铝空心球制品，因而其隔热性能受到影响。
[0005] 为了取代氧化铝空心球，以氧化铝细粉代替氧化铝空心球，从而节约了制取空心球时所消耗的大量能量；采用均匀性、分散性更好和孔径更微小的造孔剂－泡沫剂来降低其体积密度和热导率。如“一种氧化铝轻质砖及其制备”(CN101708997A)的专利技术，该方法以50~80wt%的Al2O3细粉、15~30wt%的α-Al2O3微粉和5~20wt%的ρ-Al2O3微粉为原料，外加0.1~1wt%的助烧剂、30~50wt%的水、0.1~1wt%的减水剂和0.1~2wt%的SiO2，浇注3
成型，制得氧化铝轻质砖，所制备的氧化铝轻质砖的体积密度为0.6~1.1g/cm，导热系数为
0.2~0.6 w/(m.k)，耐压强度达到5~15MPa。但该方法主要缺点是：(1)由于原料中大量的微细粉，样品在烧结后线收缩率很大，样品结构被破坏；（2）由于样品的含有大量水分，样品干燥周期很长。
成型，制得氧化铝轻质砖，所制备的氧化铝轻质砖的体积密度为0.6~1.1g/cm，导热系数为
0.2~0.6 w/(m.k)，耐压强度达到5~15MPa。但该方法主要缺点是：(1)由于原料中大量的微细粉，样品在烧结后线收缩率很大，样品结构被破坏；（2）由于样品的含有大量水分，样品干燥周期很长。
发明内容
[0006] 本发明目的是提供一种工艺简单和节约能源的高强氧化铝轻质隔热砖的制备方法。用该方法所制备的高强氧化铝轻质隔热砖具有强度高、线变化率小、体积密度小、导热系数低和干燥周期短的特点。
[0007] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：先以25~40wt%的粒度为0.074~0.147mm
[0008] 的α-Al2O3细粉、25~40wt%的粒度为0.043~0.074mm的α-Al2O3细粉、10~15wt%的粒度为小于0.043mm的α-Al2O3细粉、10~15wt%的α-Al2O3微粉、3~10wt%的ρ-Al2O3微粉和2~10wt%的“三石”为原料，外加所述原料0.1~1wt%的助烧剂、20~35wt%的水和0.1~0.7wt%的减水剂，预混合5~10分钟，制得预混料；再向预混料中加入泡沫，混合均匀，浇注成型，微波干燥，然后在1450~1750℃的条件下保温3~6小时，即得高强氧化铝轻质隔热砖。
[0009] 在上述技术方案中：所述“三石”为蓝晶石、红柱石和硅线石中的一种，蓝晶石、红柱石和硅线石的粒度<0.074mm；所述助烧剂为TiO2微粉、MgO微粉、Cr2O3微粉、MgF2微粉和AlF3微粉中的一种；所述减水剂为聚羧酸类减水剂、无机盐类减水剂、磺酸系减水剂和萘系减水剂中的一种；所述泡沫是采用发泡倍数为7~10倍的泡沫剂所制得，其加入量为预混料中的每kg原料加入0.6~1.2L的泡沫。
[0010] 由于采用上述技术方案，本发明采用α-Al2O3细粉代替氧化铝空心球制取轻质隔热材料，节省了吹制空心球过程中消耗的的大量能量，从而达到节能的目的。
[0011] 本发明采用微波干燥，现场的技术人员通过控制微波加热速率和微波波长，不仅能迅速排出样品中的水分，达到缩短干燥周期的效果，还能避免料浆中细粉的沉淀以及消泡，提高了样品的均匀性和气孔的微孔化程度。
[0012] 本发明通过调整Al2O3细粉和“三石”加入量，利用不同粒度细粉之间的颗粒级配和“三石”在高温条件下的微量膨胀达到了降低产品线收缩率的效果。
[0013] 本发明通过控制泡沫的加入量达到控制制品体积密度的效果；通过调节ρ-Al2O3 微粉的加入量达到控制产品强度的效果。所制备的高强氧化铝轻质隔热砖的体积密度为3
0.4~0.8 g/cm， 导热系数为0.2~0.5 w/(m.k)，耐压强度达到15~25MPa.，烧后线变化率为
3~6%，重烧线变化率为0.2~0.4%。
0.4~0.8 g/cm， 导热系数为0.2~0.5 w/(m.k)，耐压强度达到15~25MPa.，烧后线变化率为
3~6%，重烧线变化率为0.2~0.4%。
[0014] 因此，本发明的制备工艺简单和节约能源，所制备的高强氧化铝轻质隔热砖具有强度高、线变化率小、体积密度小、导热系数低和干燥周期短的特点。
具体实施方式
[0015] 下面结合实施例对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制：
[0016] 实施例1
[0017] 一种高强氧化铝轻质隔热砖及其制备方法。以25~30wt%的粒度为0.074~0.147mm的α-Al2O3细粉、35~40wt%的粒度为0.043~0.074mm 的α-Al2O3细粉、10~15wt%的粒度小于0.043mm的α-Al2O3细粉、10~15wt%的α-Al2O3微粉、3~6wt%的ρ-Al2O3微粉为原料和2~5wt%的红柱石细粉为原料，外加所述原料0.1~0.5wt%的MgO微粉、30~35wt%的水和0.1~0.3wt%的聚羧酸类减水剂，预混合5~10分钟，制得预混料；再向预混料中加入泡沫，混合均匀，浇注成型，微波干燥，然后在1450~1550℃的条件下烧成，保温3~6小时，即制得高强氧化铝轻质隔热砖。
[0018] 本实施例1中：红柱石的粒度<0.074mm；所述泡沫是采用发泡倍数为7~10倍的泡沫剂所制得的，其加入量为预混料中的每kg原料加入0.6~0.7L的泡沫。
[0019] 本实施例1所制得的高强氧化铝轻质隔热砖的体积密度为0.6~0.7g/cm3，导热系数为0.3~0.5 w/(m.k)，耐压强度达到20~MPa23MPa，烧后线变化率5~6%，重烧线变化率0.25~0.30%。
[0020] 实施例2
[0021] 一种高强氧化铝轻质隔热砖及其制备方法。以30~35wt%的粒度为0.074~0.147mm的α-Al2O3细粉、30~35wt%的粒度为0.043~0.074mm 的α-Al2O3细粉、10~15wt%的粒度为小于0.043mm的α-Al2O3细粉、10~15wt%的α-Al2O3微粉、2~5wt%的红柱石细粉和3~6wt%的ρ-Al2O3微粉为原料，外加所述原料0.1~0.5wt%的TiO2微粉、30~35wt%的水和
0.1~0.3wt%的无机盐类减水剂，预混合5~10分钟，制得预混料；再向预混料中加入泡沫，混合均匀，浇注成型，微波干燥，然后在1450~1550℃的条件下保温3~6小时，即得高强氧化铝轻质隔热砖。
0.1~0.3wt%的无机盐类减水剂，预混合5~10分钟，制得预混料；再向预混料中加入泡沫，混合均匀，浇注成型，微波干燥，然后在1450~1550℃的条件下保温3~6小时，即得高强氧化铝轻质隔热砖。
[0022] 本实施例2中：红柱石的粒度<0.074mm；所述泡沫是采用发泡倍数为7~10倍的泡沫剂所制得，其加入量为预混料中的每kg原料加入0.6~0.7L的泡沫。
[0023] 本实施例2所制得的高强氧化铝轻质隔热砖的体积密度为0.6~0.7g/cm3，导热系数为0.3~0.5 w/(m.k)，耐压强度达到23~25MPa，烧后线变化率4~5%，重烧线变化率0.25~0.30%。
[0024] 实施例3
[0025] 一种高强氧化铝轻质隔热砖及其制备方法。以35~40wt%的粒度为0.074~0.147mm的α-Al2O3细粉、25~30wt%的粒度为0.043~0.074mm的α-Al2O3细粉、10~15wt%的粒度为小于0.043mm的α-Al2O3细粉、10~15wt%的α-Al2O3微粉、2~5wt%的红柱石细粉和3~6wt%的ρ-Al2O3微粉为原料，外加所述原料0.1~0.5wt%的Cr2O3微粉、30~35wt%的水和0.1~0.3wt%的磺酸系减水剂，预混合5~10分钟，制得预混料；再向预混料中加入泡沫，混合均匀，浇注成型，微波干燥，然后在1450~1550℃的条件下保温3~6小时，即得高强氧化铝轻质隔热砖。
[0026] 本实施例3中：红柱石的粒度<0.074mm；所述泡沫是采用发泡倍数为7~10倍的泡沫剂所制得，其加入量为预混料中的每kg原料加入0.6~0.7L的泡沫。
[0027] 本实施例3所制得的高强氧化铝轻质隔热砖的体积密度为0.7~0.8g/cm3，导热系数为0.3~0.5 w/(m.k)，耐压强度达到23~25MPa，烧后线变化率4~5%，重烧线变化率0.20~0.25%。
[0028] 实施例4
[0029] 一种高强氧化铝轻质隔热砖及其制备方法。以30~35wt%的粒度为0.074~0.147mm的α-Al2O3细粉、30~35wt%的粒度为0.043~0.074mm 的α-Al2O3细粉、10~15wt%的粒度为小于0.043mm的α-Al2O3细粉、10~15wt%的α-Al2O3微粉、2~5wt%的红柱石细粉和3~6wt%的ρ-Al2O3微粉为原料，外加所述原料0.1~0.5wt%的MgF2微粉、30~35wt%的水和
0.1~0.3wt%的萘系减水剂，预混合5~10分钟，制得预混料；再向预混料中加入泡沫，混合均匀，浇注成型，微波干燥，然后在1450~1550℃的条件下保温3~6小时，即得高强氧化铝轻质隔热砖。
0.1~0.3wt%的萘系减水剂，预混合5~10分钟，制得预混料；再向预混料中加入泡沫，混合均匀，浇注成型，微波干燥，然后在1450~1550℃的条件下保温3~6小时，即得高强氧化铝轻质隔热砖。
[0030] 本实施例4中：红柱石的粒度<0.074mm；所述泡沫是采用发泡倍数为7~10倍的泡沫剂所制得，其加入量为预混料中的每kg原料加入0.7~0.8L的泡沫。
[0031] 本实施例4所制得的高强氧化铝轻质隔热砖的体积密度为0.6~0.7g/cm3，导热系数为0.3~0.5 w/(m.k)，耐压强度达到20~23MPa，烧后线变化率4~5%，重烧线变化率0.25~0.30%。
[0032] 实施例5
[0033] 一种高强氧化铝轻质隔热砖及其制备方法。以30~35wt%的粒度为0.074~0.147mm的α-Al2O3细粉、30~35wt%的粒度为0.043~0.074mm 的α-Al2O3细粉、以10~15wt%的粒度为小于0.043mm的α-Al2O3细粉、10~15wt%的α-Al2O3微粉、2~5wt%的红柱石细粉和3~6wt%的ρ-Al2O3微粉为原料，外加所述原料0.1~0.5wt%的AlF3微粉、25~30wt%的水和
0.3~0.5wt%的聚羧酸类减水剂，预混合5~10分钟，制得预混料；再向预混料中加入泡沫，混合均匀，浇注成型，微波干燥，然后在1550~1650℃的条件下保温3~6小时，即得高强氧化铝轻质隔热砖。
0.3~0.5wt%的聚羧酸类减水剂，预混合5~10分钟，制得预混料；再向预混料中加入泡沫，混合均匀，浇注成型，微波干燥，然后在1550~1650℃的条件下保温3~6小时，即得高强氧化铝轻质隔热砖。
[0034] 本实施例5中：红柱石的粒度<0.074mm；所述泡沫是采用发泡倍数为7~10倍的泡沫剂所制得，其加入量为预混料中的每kg原料加入0.8~0.9L的泡沫。
[0035] 本实施例5所制得的高强氧化铝轻质隔热砖的体积密度为0.5~0.6g/cm3，导热系数为0.2~0.4w/(m.k)，耐压强度达到18~20MPa，烧后线变化率4~5%，重烧线变化率0.3~0.35%。
[0036] 实施例6
[0037] 一种高强氧化铝轻质隔热砖及其制备方法。以30~35wt%的粒度为0.074~0.147mm的α-Al2O3细粉、30~35wt%的粒度为0.043~0.074mm 的α-Al2O3细粉、10~15wt%的粒度为小于0.043mm的α-Al2O3细粉、10~15wt%的α-Al2O3微粉、2~5wt%的红柱石细粉和3~6wt%的ρ-Al2O3微粉为原料，外加所述原料0.5~1.0wt%的MgO微粉、25~30wt%的水和
0.3~0.5wt%的无机盐类减水剂，预混合5~10分钟，制得预混料；再向预混料中加入泡沫，混合均匀，浇注成型，微波干燥，然后在1550~1650℃的条件下保温3~6小时，即得高强氧化铝轻质隔热砖。
0.3~0.5wt%的无机盐类减水剂，预混合5~10分钟，制得预混料；再向预混料中加入泡沫，混合均匀，浇注成型，微波干燥，然后在1550~1650℃的条件下保温3~6小时，即得高强氧化铝轻质隔热砖。
[0038] 本实施例6中：红柱石的粒度<0.074mm；所述泡沫是采用发泡倍数为7~10倍的泡沫剂所制得，其加入量为预混料中的每kg原料加入0.9~1.0L的泡沫。
[0039] 本实施例6所制得的高强氧化铝轻质隔热砖的体积密度为0.4~0.5g/cm3，导热系数为0.2~0.4w/(m.k)，耐压强度达到15~18MPa，烧后线变化率4~5%，重烧线变化率0.30~0.35%。
[0040] 实施例7
[0041] 一种高强氧化铝轻质隔热砖及其制备方法。以30~35wt%的粒度为0.074~0.147mm的α-Al2O3细粉、30~35wt%的粒度为0.043~0.074mm 的α-Al2O3细粉、10~15wt%的粒度为小于0.043mm的α-Al2O3细粉、10~15wt%的α-Al2O3微粉、2~5wt%的红柱石细粉和3~6wt%的ρ-Al2O3微粉为原料，外加所述原料0.5~1.0wt%的TiO2微粉、25~30wt%的水、
0.3~0.5wt%的磺酸系减水剂，预混合5~10分钟，制得预混料；再向预混料中加入泡沫，混合均匀，浇注成型，微波干燥，然后在1550~1650℃的条件下保温3~6小时，即得高强氧化铝轻质隔热砖。
0.3~0.5wt%的磺酸系减水剂，预混合5~10分钟，制得预混料；再向预混料中加入泡沫，混合均匀，浇注成型，微波干燥，然后在1550~1650℃的条件下保温3~6小时，即得高强氧化铝轻质隔热砖。
[0042] 本实施例7中：红柱石的粒度<0.074mm；所述泡沫是采用发泡倍数为7~10倍的泡沫剂所制得，其加入量为预混料中的每kg原料加入1.0~1.1L的泡沫。
[0043] 本实施例7所制得的高强氧化铝轻质隔热砖的体积密度为0.4~0.5g/cm3，导热系数为0.2~0.4 w/(m.k)，耐压强度达到15~18MPa，烧后线变化率5~6%，重烧线变化率0.35~0.40%。
[0044] 实施例8
[0045] 一种高强氧化铝轻质隔热砖及其制备方法。以30~35wt%的粒度为0.074~0.147mm的α-Al2O3细粉、30~35wt%的粒度为0.043~0.074mm 的α-Al2O3细粉、10~15wt%的粒度为小于0.043mm的α-Al2O3细粉、10~15wt%的α-Al2O3微粉、2~5wt%的红柱石细粉和3~6wt%的ρ-Al2O3微粉为原料，外加所述原料0.5~1.0wt%的Cr2O3微粉、30~35wt%的水和
0.3~0.5wt%的萘系减水剂，预混合5~10分钟，制得预混料；再向预混料中加入泡沫，混合均匀，浇注成型，微波干燥，然后在1550~1650℃的条件下保温3~6小时，即得高强氧化铝轻质隔热砖。
0.3~0.5wt%的萘系减水剂，预混合5~10分钟，制得预混料；再向预混料中加入泡沫，混合均匀，浇注成型，微波干燥，然后在1550~1650℃的条件下保温3~6小时，即得高强氧化铝轻质隔热砖。
[0046] 本实施例8中：红柱石的粒度<0.074mm；所述泡沫是采用发泡倍数为7~10倍的泡沫剂所制得，其加入量为预混料中的每kg原料加入1.1~1.2L的泡沫。
[0047] 本实施例8所制得的高强氧化铝轻质隔热砖的体积密度为0.4~0.5g/cm3，导热系数为0.2~0.4 w/(m.k)，耐压强度达到15~18MPa，烧后线变化率5~6%，重烧线变化率0.35~0.40%。
[0048] 实施例9
[0049] 一种高强氧化铝轻质隔热砖及其制备方法。以30~35wt%的粒度为0.074~0.147mm的α-Al2O3细粉、30~35wt%的粒度为0.043~0.074mm 的α-Al2O3细粉、10~15wt%的粒度为小于0.043mm的α-Al2O3细粉、10~15wt%的α-Al2O3微粉、5~10wt%的红柱石细粉和3~6wt%的ρ-Al2O3微粉为原料，外加所述原料0.5~1.0wt%的MgF2微粉、20~25wt%的水和
0.5~0.7wt%的聚羧酸类减水剂，预混合5~10分钟，制得预混料；再向预混料中加入泡沫，混合均匀，浇注成型，微波干燥，然后在1650~1750℃的条件下保温3~6小时，即得高强氧化铝轻质隔热砖。
0.5~0.7wt%的聚羧酸类减水剂，预混合5~10分钟，制得预混料；再向预混料中加入泡沫，混合均匀，浇注成型，微波干燥，然后在1650~1750℃的条件下保温3~6小时，即得高强氧化铝轻质隔热砖。
[0050] 本实施例9中：红柱石的粒度<0.074mm；所述泡沫是采用发泡倍数为7~10倍的泡沫剂所制得，其加入量为预混料中的每kg原料加入0.9~1.0L的泡沫。
[0051] 本实施例9所制得的高强氧化铝轻质隔热砖的体积密度为0.4~0.5g/cm3，导热系数为0.2~0.4w/(m.k)，耐压强度达到15~18MPa，烧后线变化率3~4%，重烧线变化率0.30~0.35%。
[0052] 实施例10
[0053] 一种高强氧化铝轻质隔热砖及其制备方法。以30~35wt%的粒度为0.074~0.147mm的α-Al2O3细粉、30~35wt%的粒度为0.043~0.074mm 的α-Al2O3细粉、10~15wt%的粒度为小于0.043mm的α-Al2O3细粉、10~15wt%的α-Al2O3微粉、5~10wt%的硅线石细粉和3~6wt%的ρ-Al2O3微粉为原料，外加所述原料0.5~1.0wt%的AlF3微粉、20~25wt%的水和
0.5~0.7wt%的无机盐类减水，预混合5~10分钟，制得预混料；再向预混料中加入泡沫，混合均匀，浇注成型，微波干燥，然后在1650~1750℃的条件下保温3~6小时，即得高强氧化铝轻质隔热砖。
0.5~0.7wt%的无机盐类减水，预混合5~10分钟，制得预混料；再向预混料中加入泡沫，混合均匀，浇注成型，微波干燥，然后在1650~1750℃的条件下保温3~6小时，即得高强氧化铝轻质隔热砖。
[0054] 本实施例10中：硅线石的粒度<0.074mm；所述泡沫是采用发泡倍数为7~10倍的泡沫剂所制得，其加入量为预混料中的每kg原料加入0.9~1.0L的泡沫。
[0055] 本实施例10所制得的高强氧化铝轻质隔热砖的体积密度为0.4~0.5g/cm3，导热系数为0.2~0.4 w/(m.k)，耐压强度达到12~14MPa，烧后线变化率2~3%，重烧线变化率0.2~0.25%。