專利名稱：：方鎂石-鎂鋁尖晶石復合耐火磚及其生產工藝的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種鎂鋁尖晶石復合耐火磚。該材料由方鎂石一鎂鋁尖晶石材料耐火層和方鎂石一鎂橄欖石材料隔熱層組成，具有優良的耐高溫、抗侵蝕、抗熱震、以及十分理想的隔熱性能，適合用于水泥預分解窯的上側過渡帶，特別是水泥短流程、預燒成新型干法窯的上側過渡帶，以獲得長壽、節能和保護窯體的效果。
背景技術：
：水泥預分解窯是水泥工業的主體窯型。預分解窯中，過渡帶的長度約占窯長的40%。過渡帶溫度較高，又掛不上窯皮，還使用導熱系數高達45w/mk的方鎂石一鎂鋁尖晶石材料。這就使得過渡帶窯體溫度高，鋼板腐蝕速度快，許多工廠不得不采用大型風機列陣進行強制冷卻才能勉強維持生產。由此，十分顯著增加了散熱損失，使窯內熱工過程，熟料產量、水泥熱耗、筒體壽命、生產成本以及制造的環境負荷都受到嚴重影響。中國建筑材料科學研究院承擔的"八五"國家耐火材料科技攻關項目曾研發了"水泥窯用耐火隔熱堿性復合磚"。該磚的耐火層采用荷重軟化溫度1650'C的普通鎂鉻材質，隔熱層采用荷重軟化溫度165(TC的鎂橄欖石材質，在165(TC左右完成燒結，制作了隔熱層導熱系數僅1.46w/mk的復合磚。該磚在①2.6X41m小型水泥回轉窯使用，使窯體溫度降低了IO(TC，并獲得近10個月的壽命。但該材料有兩個缺點l)產品含氧化鉻，使用后會產生劇毒、致癌的0+6;2)產品的性能不夠，用于①45m的大中型水泥窯不能獲得滿意壽命。很早，發達國家就研究過水泥窯用堿性復合磚，但是，一直沒能研制成功。一方面，主要原因在于未能解決復合耐火材料的隔熱性和抗侵蝕性之間的矛盾。另一方面，發達國家廣泛已采用自動液壓成形設備。這些設備需要經過復雜的技術改造，才能使附帶的機械手獲得類似人手的靈巧性，采用復雜的工序成形出復合磚。本發明的申請人提出了一種短流程、預燒成工藝(中國發明專利200710147564.8)，其要點是將生料在窯尾懸浮系統預燒至120(TC左右再送入回轉窯內。這樣，可以使進入窯內的物料迅速發生放熱反應，加塊窯內的熱工過程，提高產量、降低熱耗，以進一步挖掘水泥窯的增產節能潛力。但是，這一技術卻延長了過渡帶長度，增加了窯體散熱，削弱了節能效果。所以，需要研制高性能的水泥窯過渡帶用低導熱耐火材料。
發明內容本發明的目的在于研制一種復合鎂鋁尖晶石磚，使其為由方鎂石一鎂鋁尖晶石耐火層和方鎂石一鎂橄欖石隔熱層組成的堿性復合耐火磚，該材料采用微粉技術提高了耐火層抗侵蝕性，并使耐火層的燒結溫度和隔熱層的燒結溫度匹配，從而具有良好耐高溫、抗侵蝕、抗熱震、隔熱性能。研發水泥窯用燒結堿性復合磚需要解決下述難點其一，平衡理化性能。復合磚的耐火層和隔熱層由不同的物質組成，具有不同的導熱系數、熱膨脹系數和燒結溫度。所以，需要設法調整配方，使隔熱層具有顯著低于耐火層的導熱系數，但又具有和耐火層相近的熱膨脹系數，以及相同的燒結溫度。只有滿足了這一系列條件，才能制造出堿性燒結復合耐火磚，并保證產品的合格率。其二，提高抗侵蝕性。復合磚由耐火層和隔熱層組成。耐火層的導熱系數較高，隔熱層的導熱系數較低。根據傅立葉導熱定理-,1、《=—義——1)式中，q—熱流強度w/m2，入一導熱系數w/mk，377漢一溫度梯度。由式l),熱平衡時，導熱系數大的耐火層溫度梯度小；導熱系數小的隔熱層溫度梯度大。換句話說，復合磚主要依靠耐火層承受高溫作用，依靠隔熱層獲得隔熱效果。一旦復合耐火材料的耐火層被蝕，產生的低熔物質一直要滲入到磚內很深的部位才會被冷卻而"凍結"。所以，復合磚所受的侵蝕遠比普通耐火磚苛刻。根據上述分析，提出以下解決方案-1)采用微粉以提高耐火層的燒結能力。采用微粉以后，可降低燒結溫度5010(TC，從而可在165(TC左右燒結出具有良好性能的方鎂石一鎂鋁尖晶石耐火材料。另一方面，添加微粉后，顯氣孔率從《18%減少至《14%，還有利于減少侵蝕，提高材料的使用壽命。2)現有水泥窯過渡帶用鎂鋁尖晶石(MA)材料的氧化鋁含量高達10—16%。根據Mg0-Ca0-Al203相圖，MA將會和來自于水泥熟料的CaO作用，依次生成CA、C12A7、GA等礦物。這些礦物可形成熔點13211372'C的物質，產生極為嚴重的侵蝕。所以，需要降低氧化鋁含量，使MA顆粒成為互不接觸的"孤島"。3)鎂鋁尖晶石起提高抗熱震性的作用，其摻量不宜過少。MA含量降低至一定時，就需提高MA的粒度。這時，MA顆粒之間的距離增大，MA受蝕產生的低熔物不易擴散，從而有利于提高抗侵蝕性。4)調整活性電熔尖晶石的晶粒大、晶界少、結構致密，具有優于燒結尖晶石的抗侵蝕性。所以，必要時用電熔尖晶石代替燒結尖晶石，可提高材料的抗侵蝕性。5)使用助劑添加氧化鋯、氧化鈣、氧化鑭，形成斜鋯石、鋯酸鈣、鋯酸鑭等礦物，有利于進一步降低燒結溫度、改善抗熱震性，且很少影響高溫性能。6)降低成本。水泥預分解窯過渡帶熱端溫度較高，所用復合耐火磚的耐火層需用高檔材料制作。但是，預分解窯過渡帶冷端溫度較低，其復合磚的耐火層就可以使用檔次較低的原料制作，所以，采用礬土基鎂鋁尖晶石為原料制造過渡帶冷端用方鎂石一鎂鋁尖晶石復合耐火材料，以降低窯襯材料的平均成本。鑒于以上分析，發明耐火材料采取的技術方案為-l)耐火層5—lmm部分的重量占總量的45—55%,材料是鎂砂和鎂鋁尖晶石。l一0.088mm部分占總量的10-20%，材料是鎂砂和脫硅鋯，其中脫硅鋯的細粒的尺寸為0.4-0.088咖。〈0.088rnrn部分占總量的25-40%，材料是鎂砂球磨粉以及成分為MgO、Zr02、CaO和La203的微粉。具體配伍如下5-1mm鎂砂29-48%3-lmm鎂鋁尖晶石7-16%1-0.088鵬鎂砂6-20%0.4-0.088mm脫硅鋯細粒0-4%〈0.088mm鎂砂16-25%<0.020mm鎂砂微粉0-纖〈0.020咖脫硅鋯微粉0-5%〈0.020mm碳酸韓微粉0-3%<0.020mm氧化鑭微粉0-6%外加減水劑(磺化萘甲醛聚合物+磺化三聚氰胺聚合物+聚羧酸或其鈉鹽)0-0.3%其中鎂鋁尖晶石指以電熔或燒結方式生產的市售高純或礬土基的鎂鋁尖晶石耐火原料。高純鎂鋁尖晶石的主要成分為Al203=64-73%，MgO=26_35%，礬土基鎂鋁尖晶石的主要化學成分為Al203=55-60%，MgO=30-40%，Si02《3%。鎂砂為MgO含量》95%的市售燒結或電熔鎂砂原料，其中<0.088mm鎂砂指的粒度為0.088mm篩余《10%的鎂砂粉體.各種<0.020mm微粉指由超細粉碎設備制備的，0.020mm篩余《10%的粉體。其中，脫硅鋯指經電熔碳熱還原脫硅制得的富二氧化鋯原料(包括Zr02^4(B的鋯酸鈣、鋯酸鑭原料)。碳酸鈣、氧化鑭系市售氧化物原料。減水劑指市售建筑混凝土用第二代減水劑(磺化萘甲醛聚合物、磺化三聚氰胺聚合物)，以及第三代減水劑(聚羧酸類物質)的單獨或任意復合。上述原料經稱量、配合、混練后制成制磚料，供制造復合磚的耐火層使用。2)隔熱層為便于鎂砂和鎂橄欖石反應，生成耐火性能較好的M2S，降低隔熱層的臨界粒度至3mm。配伍是3—lmm部分的重量占總量的40_55%，材料是鎂砂和鎂橄欖石。l一0.088mm部分占總量的10-20%，材料是鎂砂和鎂橄欖石。〈0.088mm部分占總量的30-40%。材料是鎂砂和鎂橄欖石混合磨制的球磨粉。具體配比如下3-lmm鎂砂0-20%3-lmm鎂橄欖石35-45%l-O.088mm鎂砂5-15%1-0.088mm鎂橄欖石5-15%<0.088mm鎂砂鎂橄欖石的共磨粉30-40%其中，鎂砂為MgO含量》94y。的商品鎂砂。共磨粉的比例為鎂砂鎂橄欖石=5:10.5:1。上述原料經稱量、配合、混練后制成制磚料，供制造復合磚的隔熱層使用。配好耐火層、隔熱層的制磚料后，用鋸齒波狀的鐵片分隔成形模具，分別裝入耐火層、隔熱層的料，再抽出分隔片，用摩擦壓磚機壓制成復合型磚坯，干燥后、磚坯經16201700t;燒成本發明所述的復合磚。實施方式實施例l:本實施例采用高純原料，制作水泥窯過渡帶熱端用方鎂石一鎂鋁尖晶石復合磚。其中，各層材料的配方為耐火層5—lmra部分的重量占總量的52%，材料是MgO含量為97%的鎂砂和高純燒結鎂鋁尖晶石。l一0.088mm部分占總量的12%，材料是鎂砂和0.4-0.088ramdel脫硅鋯。<0.088mm部分占總量的36%，材料是鎂砂球磨粉以及成分為MgO、Zr02和CaO的微粉。具體配比如下5-lmm97%鎂砂44%3-lmm高純燒結鎂鋁尖晶石8%1-0.088mm97%鎂砂10%0.4-0.088mm脫硅鋯細粒2%〈0.088咖97%鎂砂24%<0.020mm97%鎂砂微粉10%〈0.020mm脫硅鋯微粉1%<0.020mm碳酸鈣微粉1%<0.020mm氧化鑭微粉0%外加減水劑(聚羧酸)0.05%上述原料經稱量、配合、以紙漿廢液為暫時結合劑混練后制成制磚料，供制造復合磚的耐火層使用。隔熱層3—lmm部分的重量占總量的50X，材料是95%鎂砂和鎂橄欖石。1—0.088mm部分占總量的16%，材料是95%鎂砂和鎂橄欖石。<0.088腿部分占總量的34%，材料是95%鎂砂和鎂橄欖石混合磨制的球磨粉。具體配伍如下3-lmm95%鎂砂15%3-lmra鎂橄欖石35%l-O.088mm95%鎂砂8%1-0.088mm鎂橄欖石8%<0.088mm鎂砂鎂橄欖石的共磨粉34%其中，共磨粉的比例為鎂砂鎂橄欖石=3:1。上述原料經稱量、配合、混練后制成制磚料，供制造復合磚的隔熱層使用。成形時，用鋸齒波狀的鐵片分隔成形模具，分別裝入耐火層、隔熱層的制磚料，再抽出分隔片，用630T摩擦壓磚機壓制成常見的復合型磚坯。干燥后、磚坯經166(T08H燒成，再經檢驗、包裝制成產品出廠。復合磚的性能指標見下表-表1鎂鋁尖晶石復合耐火磚婦<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例2:本實施例采用礬土基鎂鋁尖晶石，制作水泥窯過渡帶冷端用方鎂石一鎂鋁尖晶石復合磚。其中，各層材料的配方為-耐火層5—lmm部分的重量占總量的50%，材料是Mg0含量為95%的鎂砂和礬土基電熔鎂鋁尖晶石。l一0.088mm部分占總量的15%，材料為95%鎂砂。<0.088mm部分占總量的35%,材料是鎂砂球磨粉和鎂砂微粉。具體配伍如下5-l咖95%鎂砂34%3-lmm礬土基電熔鎂鋁尖晶石16%1-0.088mm95°/。鎂砂15%〈0.088,95%鎂砂23%〈0.020mm95%鎂砂微粉12%外加減水劑(磺化三聚氰胺樹脂)0.15%上述原料經稱量、配合、混練后制成制磚料，供制造復合磚的耐火層使用。隔熱層3—lmm部分的重量占總量的50%，材料是94%鎂砂和鎂橄欖石。l一O.088咖部分占總量的16%，材料是94%鎂砂和鎂橄欖石。〈0.088咖部分占總量的36%，材料是94%鎂砂和鎂橄欖石混合磨制的球磨粉。具體配伍如下-3-lmm94%鎂砂12%3-lmm鎂橄欖石38%l-O.088咖94%鎂砂6%l-O.088mm鎂橄欖石10%〈0.088mm鎂砂鎂橄欖石的共磨粉36%其中，共磨粉的比例為鎂砂鎂橄欖石=1:1。上述原料經稱量、配合、混練后制成制磚料，供制造復合磚的隔熱層使用。成形時，用鋸齒波狀的鐵片分隔成形模具，分別裝入耐火層、隔熱層的制磚料，再抽出分隔片，用630T摩擦壓磚機壓制成常見的復合型磚坯。干燥后、磚坯經165(T06H燒成，再經檢驗、包裝制成產品出廠。復合磚的性能指標見下表表2鎂鋁尖晶石復合耐火磚檔<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>通過以上實驗，制出了隔熱端導熱系數二1.61.8w/mk，耐火端荷重軟化溫度=1680>170(TC、顯氣孔率14%左右的堿性復合耐火材料，從而可以滿足水泥窯過渡帶用低導熱鎂鋁尖晶石磚的指標要求，研究達到了預定目的。本發明采用微粉技術提高了耐火層抗侵蝕性，并使耐火層的燒結溫度和隔熱層的燒結溫度匹配，從而制造出具有良好耐高溫、抗侵蝕、抗熱震、隔熱性能，適合用于水泥預分解窯的過渡帶做為襯磚的方鎂石一鎂鋁尖晶石堿性復合磚。權利要求1.一種方鎂石—鎂鋁尖晶石復合耐火磚，由方鎂石—鎂鋁尖晶石耐火層和方鎂石—鎂橄欖石隔熱層組成，其特征在于所述復合磚的配比為1)耐火層的配比5-1mm鎂砂29-48％3-1mm鎂鋁尖晶石7-16％1-0.088mm鎂砂6-20％0.4-0.088mm脫硅鋯細粒0-4％<0.088mm鎂砂16-25％<0.020mm鎂砂微粉0-10％<0.020mm脫硅鋯微粉0-5％<0.020mm碳酸鈣微粉0-3％<0.020mm氧化鑭微粉0-6％外加減水劑(磺化萘甲醛聚合物+磺化三聚氰胺聚合物+聚羧酸或其鈉鹽)0-0.3％所述的鎂鋁尖晶石指以電熔或燒結方式生產的市售高純或礬土基的鎂鋁尖晶石耐火原料，其中高純鎂鋁尖晶石的主要成分為Al2O3＝64-73％，MgO＝26-35％；礬土基鎂鋁尖晶石的主要化學成分為Al2O3＝55-60％，MgO＝30-40％，SiO2≤3％；所述鎂砂為MgO含量≥95％的市售燒結或電熔鎂砂原料，其中<0.088mm鎂砂指的粒度為0.088mm篩余10％的鎂砂粉體；所述各種<0.020mm微粉指由超細粉碎設備制備的，0.020mm篩余10％的粉體，其中，脫硅鋯指經電熔碳熱還原脫硅制得的富二氧化鋯原料(包括ZrO2≥40％的鋯酸鈣、鋯酸鑭原料)，碳酸鈣、氧化鑭系市售氧化物原料；所述減水劑指市售建筑混凝土用第二代減水劑(磺化萘甲醛聚合物、磺化三聚氰胺聚合物)，以及第三代減水劑(聚羧酸類物質)的單獨或任意復合；2)隔熱層配比3.2-1.0mm鎂砂0-20％3.2-1.0m鎂橄欖石35-45％1.0-0.088mm鎂砂5-15％1.0-0.088mm鎂橄欖石5-15％<0.088mm鎂砂鎂橄欖石的共磨粉30-40％所述鎂砂為MgO含量≥94％的商品鎂砂，所述共磨粉的比例為鎂砂鎂橄欖石＝5:1～0.5:1。2.—種生產權利要求1所述的方鎂石一鎂鋁尖晶石復合耐火磚生產工藝，其特征在于配好耐火層、隔熱層的制磚料后，用鋸齒波狀的鐵片分隔成形模具，分別裝入耐火層、隔熱層的料，再抽出分隔片，用摩擦壓磚機壓制成復合型磚坯，干燥后、磚坯經16201700'C燒成。全文摘要本發明涉及一種由方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火層和方鎂石-鎂橄欖石隔熱層組成的堿性復合耐火磚。其配比為1)耐火層的配比5-1mm鎂砂29-48％、3-1mm鎂鋁尖晶石7-16％、1-0.088mm鎂砂6-20％、0.4-0.088mm脫硅鋯細粒0-4％、＜0.088mm鎂砂16-25％、＜0.020mm鎂砂微粉0-10％、＜0.020mm脫硅鋯微粉0-5％、＜0.020mm碳酸鈣微粉0-3％、＜0.020mm氧化鑭微粉0-6％、外加減水劑(磺化萘甲醛聚合物+磺化三聚氰胺聚合物+聚羧酸或其鈉鹽)0-0.3％，2)隔熱層配比3.2-1.0mm鎂砂0-20％、3.2-1.0m鎂橄欖石35-45％、1.0-0.088mm鎂砂5-15％、1.0-0.088mm鎂橄欖石5-15％、＜0.088mm鎂砂鎂橄欖石的共磨粉30-40％。該材料采用微粉技術提高了耐火層抗侵蝕性，并使耐火層的燒結溫度和隔熱層的燒結溫度匹配，從而制造出具有良好耐高溫、抗侵蝕、抗熱震、隔熱性能，適合用于水泥預分解窯的過渡帶做為襯磚的方鎂石-鎂鋁尖晶石堿性復合磚。文檔編號C04B35/66GK101412629SQ20081014697公開日2009年4月22日申請日期2008年8月29日優先權日2008年8月29日發明者劉錫俊,葉亞紅,瀾汪,王俊濤,王杰曾,趙洪亮申請人:瑞泰科技股份有限公司;中國建筑材料科學研究總院