專利名稱：抗侵蝕莫來石磚制備原料和制備方法
技術領域：
本發明涉及一種保溫耐火材料，尤其涉及用作制備熱回收煉焦爐莫來石燒結磚的 原料.本發明還涉及該莫來石燒結磚的制備方法。
背景技術：
熱回收焦爐是將煉焦過程中產生的荒煤氣和一些有害物質在煉焦爐中合理充分 燃燒，回收其高溫廢氣的熱量用來發電或其他用途的一種焦爐。由于熱回收焦爐在煉焦過 程中不外排煙塵廢氣，并且實現了高溫廢氣的資源化利用，實現了清潔生產、環境保護和經 濟效益的協調發展。在熱回收焦爐的煉焦和輸氣過程中，焦爐炭化室爐門、集氣系統的上升管、集氣管 和集氣總管等爐體設備的面熱保溫隔熱層，均承受著極高的溫度負荷和有害氣體的侵蝕; 其廢氣溫度或炭化室溫度均在1000°c以上，甚至達到1350°c，且廢氣等高溫氣體中含有水 蒸汽、S02、CO等有害腐蝕性氣體。為了充分利用高溫廢氣的熱能，減少高溫廢氣的熱能損 失，延長焦爐的使用壽命，用于砌筑焦爐爐門、上升管、集氣管等保溫隔熱層的保溫耐火磚 等材料應當具有良好的耐高溫和保溫效果及抗侵蝕能力。現有熱回收焦爐的保溫隔熱層，尤其是集氣系統的上升管或集氣管保溫層以及爐 門保溫耐火內層，大都采用硅酸鋁纖維、陶瓷纖維或含鋯陶瓷纖維折疊塊等常用的保溫隔 熱材料，這些纖維性保溫隔熱材料雖具有重量輕、導熱率低的優點，但他們并不能阻斷有害 腐蝕性氣體對保溫耐火層的侵蝕，保溫層因其體積收縮的不均勻或溫度梯度的存在，極易 產生收縮縫隙，而高溫廢氣則通過這些縫隙侵入到保溫耐火層中，燒壞保溫層的錨固件，導 致保溫耐火層的脫落，加速保溫層的剝落和坍塌，不僅使焦爐的保溫性能急劇下降，而且導 致低溫氣體滲入和高溫熱能的大量散發，既造成熱能利用率下降，又會形成環境的污染。

發明內容
針對現有技術所存在的上述不足，本發明所要解決的技術問題是提供一種抗侵蝕 莫來石磚的制備原料和制備方法，它不僅使得抗侵蝕莫來石磚具有導熱率低，保溫性能優， 而且能有效地阻斷有害腐蝕性氣體對保溫隔熱層的侵蝕。為了解決上述技術問題，本發明的一種抗侵蝕莫來石磚制備原料，該制備原料為 10 17wt%六鋁酸鈣，12 2(^1%紅柱石，4 —線石，3 8wt%氧化鋁，8
青石，20 臘石，10 15wt%高嶺土，3 10wt%耐火氧化物，1 3wt% 發泡劑，1 4襯％結合劑。為了以上述原料制得抗侵蝕莫來石磚，本發明抗侵蝕莫來石磚的制備方法包括以 下步驟(a)按原料組份配比備料；(b)將硅線石、氧化鋁、堇青石、葉臘石、高嶺土、耐火氧化物和結合劑一并投入到 研磨機中進行干研磨2 4小時，而制得基質料；
(C)將六鋁酸鈣和紅柱石一并投入至混碾機中混碾5 10分鐘后，加水至表面濕潤，而制得顆粒骨料；(d)將基質料加入到混碾機中與顆粒骨料一并繼續混碾攪拌，形成顆粒骨料和基 質料混合包裹的混合料；(e)向混合料中加入發泡劑并注入水，攪拌15 20分鐘，形成泥狀混合料；(f)將泥狀混合料靜置6 12小時；(g)將靜置后的泥狀混合料制成莫來石磚磚坯，脫模后干燥；(h)將該干燥的莫來石磚磚坯裝入燒結窯燒結成抗侵蝕莫來石磚成品。本發明與現有技術相比具有如下顯著的優點首先，本發明由于以六鋁酸鈣和紅柱石等顆粒骨料作為保溫耐火材料的主成分， 其中六鋁酸鈣有著大量的微米級氣孔，故其導熱率從室溫至1500°C均保持著較低水平；而 紅柱石又具有較高的耐火度、抗化學腐蝕、抗熱沖擊和受熱膨脹小等諸多優勢，兩者按比例 充分混合并經高溫作用，使得保溫耐火磚具有更好的抗熱震性、高溫體積穩定性，不僅具有 優越的保溫節能特性，而且具有抵御高溫腐蝕性有害氣體侵蝕的效果。第二，本發明在采用以六鋁酸鈣和紅柱石作為骨料的同時，又以硅線石、氧化鋁、 堇青石、葉臘石、高嶺土以及耐火氧化物為基質料，其中硅線石在高溫下(1500°C )不可逆 轉地變為莫來石和二氧化硅，具有體積穩定、低蠕變和抗渣性；氧化鋁則是優良的高溫耐火 材料，高溫下體積和化學性能穩定，抗腐蝕性能強；堇青石膨脹系數小，具有優異的熱震穩 定性，結合莫來石良好的高溫性能，兩者的相互作用使得抗侵蝕莫來石材料性能得到極大 提高；葉臘石具有良好的熱穩定性，葉臘石還具有極好的化學惰性，與強酸堿都不作用，因 此能很好抵御腐蝕性物質的侵蝕；高嶺土具有良好的可塑性和較高的粘結性、良好的抗酸 溶性和耐火性；結合劑則有利于各制備原料的整體結合、成型和燒結。第三、本發明還在制備原料中添加了耐火氧化物和發泡劑。耐火氧化物提高了抗 侵蝕莫來石的高溫性能和抗酸堿腐蝕能力。發泡劑均勻混配于制備原料中，其在燒結過程 被燒失而在莫來石磚塊中形成分布均勻的微小封閉氣孔，封閉氣孔的存在則大大增強莫來 石磚的保溫隔熱性能。第四，本發明優選了制備原料及其組份比例，并采用特定的制備方法，各組成原料 不僅發揮其高溫性能和保溫耐火優勢，而且相互間的協調作用產生預想之外的技術效果。 大量實踐表明以本發明制備原料和制備方法燒結的抗侵蝕莫來石磚體表面會形成一層致 密封閉的玻璃狀抗侵蝕層，這層封閉抗侵蝕層完全阻斷了有害腐蝕性物質向莫來石磚磚體 內和晶體深處的滲透和侵蝕，從而大大提升了磚體對侵蝕性氣體和高溫等的耐受能力。同 時磚體燒結所形成的封閉氣孔以及原料顆粒所具有的微米級氣孔，使本發明又具有了極好 的保溫耐火性能，并達到輕質、省料、節約成本的優勢。因此，本發明不僅具有極強的抗侵蝕 能力，而且具有導熱率低、保溫隔熱效果好的優勢。
具體實施例方式實施例1以一燒結批次計，其莫來石的制備原料總重量為25T，其中六鋁酸鈣占原料總重量 的15%、紅柱石18%、硅線石5%、三氧化二鋁微粉5%、堇青石10%、葉臘石22%、高嶺土11%、三氧化二鉻8%、發泡劑3%、結合劑3%。其中耐火氧化物為三氧化二鉻；發泡劑中 的EPS發泡塑料顆粒占制備原料總重量的0. 5%、鋸木屑2. 5%;結合劑采用木質素磺酸鈣， 當然也可以采用其他通用的有機結合劑或無機結合劑。上述制備原料選用的六鋁酸鈣粒度為1. 5mm ；紅柱石粒度為0. 55mm ；硅線石粒度 為0. 088mm ；三氧化二鋁微粉粒度為4um ；堇青石粒度為0. 074mm ；葉臘石粒度< 0. 09mm ；高 嶺土粒度為0. 044mm ；三氧化二鉻粒度0. 044mm ；EPS發泡塑料顆料度1. 5mm。在將上述制備原料按其配比和粒度要求備料后，先將硅線石、三氧化鋁微粉、堇青 石、葉臘石、高嶺土、三氧化二鉻和木質素磺酸鈣一并投入到研磨機中進行干研磨2小時， 使上述原料充分研磨攪拌均勻，而制得基質料。再將六鋁酸鈣和紅柱石一并投入至混碾機中混合5-10分鐘后，加入少量的水，使 之表面濕潤，而制得顆粒骨料。將已經研磨配制的基質料加入到混碾機中與顆粒骨料一并 繼續進行混碾攪拌均勻，而形成顆粒骨料和基質料混合包裹的混合料，再向該混合料中加 入由EPS發泡塑料顆粒和鋸木屑混配的發泡劑并加入定量的水，該定量水為混合料總重量 的23% -27%，均勻攪拌15-20分鐘，以形成可用于制作磚坯的泥狀混合料。將該泥狀混合 料從混碾機中出料后靜置6小時，使水份充分均勻地滲透到原料中。對靜置后的原料進行制坯。準備所需幾何形狀的模具，該幾何形狀既可是六面體 等常見形狀結構，也可是其它的異形結構，其結構取決于模具。向模具中加入一半的泥狀混 合料，先用木錘搗打成型以在模具中形成下半層坯料。其搗打順序為先搗打四周及四角再 搗打中間，搗打結束后用工具劃破該下半層坯料的表面，以利于上下兩坯料間的嚙合。再按 上述步驟加料，搗打上半層坯料，完成整個坯料的均勻密實后，修整表面并脫模。對脫模后的莫來石磚磚坯進行干燥，烘干干燥的溫度控制在40°C -60以便于 水份的徹底揮發。將干燥后的磚坯送入高溫隧道窯進行燒結成抗侵蝕莫來石磚成品。高溫 隧道燒結窯分為三個區域，全長80m，其中預熱區長為32m，高溫燒結區長為20m，冷卻區長 為28m。磚坯從進窯到出窯燒成周期為75小時。預熱區將干燥后的抗侵蝕莫來石磚坯從烘干溫度逐步預加熱至1250°C，預加熱時 間為30小時，該時間占總燒結時間較長，其中溫度上升至800°C的預加熱升溫期間，排除了 磚坯體內的自由水和各組份原料礦物質內的結構水；800°C -1250°C發泡劑被燒失揮發，坯 體均衡受熱，坯體內的氣孔形成，顯氣孔率最高。高溫區燒結時間為18小時，其中從1250°C升溫至1450°C耗時8小時，在此期間各 原料組分礦物固相反應開始，坯體顯氣孔率下降，體積密度升高，高溫抗折強度和耐壓強度 開始提高。繼續將磚坯料從1450°C加熱升溫至1500°C，升溫時間為6小時，在此過程中各 組份原料的擴散系數增大，有利于莫來石合成反應的進行，促進燒結，同時高溫下的液相量 增大，有利于莫來石晶粒的生成與長大，促進了基質與晶粒的緊密結合，尤其是此過程中磚 體表面形成了粘度很大的釉狀物質，這種釉狀物質經冷卻后將形成包裹于莫來磚外表面的 玻璃狀抗侵蝕層，使莫來石磚具有極強抗有害物質侵入的能力。在莫來石磚完成燒結后，制品降溫至1350°C，降溫保溫時間為4小時；最后莫來石 磚進入冷卻區，使莫來石磚從1350°C逐步降至常溫，該降溫時間為27小時，對莫來石磚成 品的緩慢冷卻，避免磚體和磚表面裂紋的產生。該抗侵蝕莫來石磚不僅適用于各種型式的 熱回收焦爐，還可以廣泛應用于熱風爐、裂解爐等工業爐。。
實施例2以一燒結批次計，其莫來石的制備原料總重量為25T，其中六鋁酸鈣占原料總重量的10%、紅柱石15%、硅線石8%、三氧化二鋁微粉8%、堇青石16%、葉臘石24%、高嶺土 13%、氧化鋯3%、發泡劑2%、結合劑1%。其中耐火氧化物為氧化鋯；發泡劑中的EPS發 泡塑料顆粒占制備原料總重量的0.2%、鋸木屑1.8% ；結合劑采用黃糊精。上述制備原料選用的六鋁酸鈣粒度為Imm ；紅柱石粒度為0. 2mm ；硅線石粒度為 0. 075mm ；三氧化二鋁微粉粒度為3um ；堇青石粒度為0. 064mm ；葉臘石粒度0. 175mm ；高嶺 土粒度為0. 043mm ；氧化鋯粒度0. 043mm ；EPS發泡塑料顆料度0. 5mm。在將上述制備原料按其配比和粒度要求備料后，先將硅線石、三氧化鋁、堇青石、 葉臘石、高嶺土、氧化鋯和黃糊精一并投入到研磨機中進行干研磨2小時，使上述原料充分 研磨攪拌均勻，而制得基質料。再將六鋁酸鈣和紅柱石一并投入至混碾機中混合5-10分鐘后，加入少量的水，使 之表面濕潤，而制得顆粒骨料。將已經研磨配制的基質料加入到混碾機中與顆粒骨料一并 繼續進行混碾攪拌均勻，而形成顆粒骨料和基質料混合包裹的混合料，再向該混合料中加 入由EPS發泡塑料顆粒和鋸木屑混配的發泡劑并加入定量的水，該定量水為混合料總重量 的23% -27%，均勻攪拌15-20分鐘，以形成可用于制作磚坯的泥狀混合料。將該泥狀混合 料從混碾機中出料后靜置10小時，使水份充分均勻地滲透到原料中。對靜置后的原料進行制坯。準備所需幾何形狀的模具，向模具中加入一半的泥狀 混合料，先用木錘搗打成型以在模具中形成下半層坯料。其搗打順序為先搗打四周及四角 再搗打中間，搗打結束后用工具劃破該下半層坯料的表面，以利于上下兩坯料間的嚙合。再 按上述步驟加料，搗打上半層坯料，完成整個坯料的均勻密實后，修整表面并脫模。對脫模后的莫來石磚磚坯進行干燥，烘干干燥的溫度控制在40°C -60以便于 水份的徹底揮發。將干燥后的磚坯送入高溫隧道窯進行燒結成抗侵蝕莫來石磚成品。高溫 隧道燒結窯分為三個加熱區域，全長80m，其中預熱區長為32m，高溫燒結區長為20m，冷卻 區長為28m。磚坯從進窯到出窯燒成周期為75小時。預熱區將干燥后的莫來石磚坯從烘干溫度逐步預加熱至1250°C，預加熱時間為 30小時，該時間占總燒結時間較長，其中溫度上升至800°C的預加熱升溫期間，排除了磚坯 體內的自由水和各組份原料礦物質內的結構水；800°C -1250°C發泡劑被燒失揮發，坯體均 衡受熱，坯體內的氣孔形成，顯氣孔率最高。高溫區燒結時間為18小時，其中從1250°C升溫至1450°C耗時8小時，在此期間各 原料組分礦物固相反應開始，坯體顯氣孔率下降，體積密度升高，高溫抗折強度和耐壓強度 開始提高。繼續將磚坯料從1450°C加熱升溫至1500°C，升溫時間為6小時，在此過程中各 組份原料的擴散系數增大，有利于莫來石合成反應的進行，促進燒結，同時高溫下的液相量 增大，有利于莫來石晶粒的生成與長大，促進了基質與晶粒的緊密結合，尤其是此過程中磚 體表面形成了粘度很大的釉狀物質，這種釉狀物質經冷卻后將形成包裹于莫來磚外表面的 玻璃狀抗侵蝕層，使莫來石磚具有極強抗有害物質侵入的能力。在莫來石磚完成燒結后，制品降溫至1350°C，降溫保溫時間為4小時；最后莫來石 磚進入冷卻區，使莫來石磚從1350°C逐步降至常溫，該降溫時間為27小時，對莫來石磚成 品的緩慢冷卻，避免磚體和磚表面裂紋的產生。
實施例3以一燒結批次計，其莫來石的制備原料總重量為25T，其中六鋁酸鈣占原料總重量 的15%、紅柱石15%、硅線石8%、三氧化二鋁微粉5%、堇青石12%、葉臘石27%、高嶺土 10%、氧化鎂5%、發泡劑1%、結合劑2%。其中耐火氧化物為氧化鎂，也可以是氧化鈣；發 泡劑中的EPS發泡塑料顆粒占制備原料總重量的1%、鋸木屑4% ；結合劑采用木質素磺酸 鈣。上述制備原料選用的六鋁酸鈣粒度為2mm;紅柱石粒度為1mm;硅線石粒度為 0. 062mm ；三氧化二鋁微粉粒度為5um ；堇青石粒度為0. 044mm ；葉臘石粒度0. 074mm ；高嶺 土粒度為0. 038mm ；氧化鎂粒度0. 038mm ；EPS發泡塑料顆料度3mm。在將上述制備原料按其配比和粒度要求備料后，先將硅線石、三氧化鋁、堇青石、 葉臘石、高嶺土、氧化鎂和木質素磺酸鈣一并投入到研磨機中進行干研磨2小時，使上述原 料充分研磨攪拌均勻，而制得基質料。再將六鋁酸鈣和紅柱石一并投入至混碾機中混合5-10分鐘后，加入少量的水，使 之表面濕潤，而制得顆粒骨料。將已經研磨配制的基質料加入到混碾機中與顆粒骨料一并 繼續進行混碾攪拌均勻，而形成顆粒骨料和基質料混合包裹的混合料，再向該混合料中加 入由EPS發泡塑料顆粒和鋸木屑混配的發泡劑并加入定量的水，該定量水為混合料總重量 的23% -27%，均勻攪拌15-20分鐘，以形成可用于制作磚坯的泥狀混合料。將該泥狀混合 料從混碾機中出料后靜置12小時，使水份充分均勻地滲透到原料中。對靜置后的原料進行制坯。準備所需幾何形狀的模具，向模具中加入一半的泥狀 混合料，先用木錘搗打成型以在模具中形成下半層坯料。其搗打順序為先搗打四周及四角 再搗打中間，搗打結束后用工具劃破該下半層坯料的表面，以利于上下兩坯料間的嚙合。再 按上述步驟加料，搗打上半層坯料，完成整個坯料的均勻密實后，修整表面并脫模。對脫模后的抗侵蝕莫來石磚磚坯進行干燥，烘干干燥的溫度控制在40°C -60 以便于水份的徹底揮發。將干燥后的磚坯送入高溫隧道窯進行燒結成抗侵蝕莫來石磚成 品。高溫隧道燒結窯分為三個區域，全長80m，其中預熱區長為32m，高溫燒結區長為20m，冷 卻區長為28m。磚坯從進窯到出窯燒成周期為75小時。預熱區將干燥后的莫來石磚坯從烘干溫度逐步預加熱至1250°C，預加熱時間為 30小時，該時間占總燒結時間較長，其中溫度上升至800°C的預加熱升溫期間，排除了磚坯 體內的自由水和各組份原料礦物質內的結構水；800°C -1250°C發泡劑被燒失揮發，坯體均 衡受熱，坯體內的氣孔形成，顯氣孔率最高。高溫區燒結時間為18小時，其中從1250°C升溫至1450°C耗時8小時，在此期間各 原料組分礦物固相反應開始，坯體顯氣孔率下降，體積密度升高，高溫抗折強度和耐壓強度 開始提高。繼續將磚坯料從1450°C加熱升溫至1500°C，升溫時間為6小時，在此過程中各 組份原料的擴散系數增大，有利于莫來石合成反應的進行，促進燒結，同時高溫下的液相量 增大，有利于莫來石晶粒的生成與長大，促進了基質與晶粒的緊密結合，尤其是此過程中磚 體表面形成了粘度很大的釉狀物質，這種釉狀物質經冷卻后將形成包裹于莫來磚外表面的 玻璃狀抗侵蝕層，使莫來石磚具有極強抗有害物質侵入的能力。在莫來石磚完成燒結后，制品降溫至1350°C，降溫保溫時間為4小時；最后莫來石 磚進入冷卻區，使莫來石磚從1350°C逐步降至常溫，該降溫時間為27小時，對莫來石磚成品的緩慢冷卻，避免磚體和磚表面裂紋的產生.
權利要求
一種抗侵蝕莫來石磚制備原料，其特征在于該制備原料為10～17wt％六鋁酸鈣，12～20wt％紅柱石，4～10wt％硅線石，3～8wt％氧化鋁，8～16wt％堇青石，20～30wt％葉臘石，10～15wt％高嶺土，3～10wt％耐火氧化物，1～3wt％發泡劑，1～4wt％結合劑。
2.根據權利要求1所述的抗侵蝕莫來石磚制備原料，其特征在于所述六鋁酸鈣是由 碳酸鈣與氧化鋁粉混合，并在1400°C 1500°C溫度下形成納米級氣孔顆粒。
3.根據權利要求1所述的抗侵蝕莫來石磚制備原料，其特征在于所述耐火氧化物為 ZrO2 或 MgO 或 Cr 203 或 CaO。
4.根據權利要求1所述的抗侵蝕莫來石磚制備原料，其特征在于所述發泡劑為EPS 發泡塑料顆粒和鋸木屑，該EPS發泡塑料顆粒與鋸木屑的重量比為1 (4 10)，EPS發泡 塑料顆粒度為0. 5mm 3mm。
5.根據權利要求1所述的抗侵蝕莫來石磚制備原料，其特征在于所述的結合劑為無 機結合劑或有機結合劑。
6.根據權利要求1所述的抗侵蝕莫來石磚制備原料，其特征在于所述六鋁酸鈣顆 粒的粒度為Imm 2mm ；紅柱石粒度為0. 2mm 1mm，硅線石粒度為0. 062 0. 088mm ；氧 化鋁為Al2O3微粉粒度3 5um ；堇青石粒度為0. 044 0. 074mm,葉臘石粒度為0. 074 0. 175mm,高嶺土粒度 0. 038 0. 044mm。
7.一種以權利要求1所述原料制備抗侵蝕莫來石磚的方法，其特征在于該制備方法 包括以下步驟(a)按原料組份配比備料；(b)將硅線石、氧化鋁、堇青石、葉臘石、高嶺土、耐火氧化物和結合劑一并投入到研磨 機中進行干研磨2 4小時，而制得基質料；(c)將六鋁酸鈣和紅柱石一并投入至混碾機中混碾5 10分鐘后，加水至表面濕潤，而 制得顆粒骨料；(d)將基質料加入到混碾機中與顆粒骨料一并繼續混碾攪拌，形成顆粒骨料和基質料 混合包裹的混合料；(e)向混合料中加入發泡劑并注入水，攪拌15 20分鐘，形成泥狀混合料；(f)將泥狀混合料靜置6 12小時；(g)將靜置后的泥狀混合料制成莫來石磚磚坯，脫模后干燥；(h)將該干燥的莫來石磚磚坯裝入燒結窯燒結成抗侵蝕莫來石磚成品。
8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于向所述混合料的加水量為混合料總 重量的23% 27%。
9.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于所述莫來石磚磚坯的干燥為烘干，其 烘干溫度為40°C 60°C。
10.根據權利要求7、8或9所述的制備方法，其特征在于裝入燒結窯的所述莫來石磚 坯燒結過程依次為將干燥的莫來石磚磚坯逐步預加熱至1250°C，預加熱時間為30小時； 再將上述磚坯繼續升溫加熱至1450°C，升溫加熱時間18小時；繼續將該磚坯燒結加熱至 1500°C，燒結加熱6小時；將燒結的莫來石磚降溫至1350°C，降溫保溫時間4小時；最后將 莫來磚逐步降溫至常溫，降溫時間為27小時。
全文摘要
本發明公開了一種抗侵蝕莫來石磚制備原料，該制備原料為六鋁酸鈣，紅柱石，硅線石，氧化鋁，堇青石，葉臘石，高嶺土，耐火氧化物，發泡劑，結合劑。該制備方法包括以下步驟備料后將硅線石、氧化鋁、堇青石、葉臘石、高嶺土、耐火氧化物和結合劑一并投入到研磨機中干研磨制得基質料；將六鋁酸鈣和紅柱石一并投入至混碾機中混碾5～10分鐘后，加水至表面濕潤，而制得顆粒骨料，將基質料加入到混碾機中與顆粒骨料一并繼續混碾攪拌得混合料；向混合料中注水攪拌形成泥狀混合料并制得磚坯，磚坯裝窯燒結成抗侵蝕莫來石磚成品。上述制備原料和方法制備的莫來石磚具有導熱率低、保溫性能優、抗侵蝕能力強的優勢。
文檔編號C04B35/66GK101838149SQ20101014078
公開日2010年9月22日 申請日期2010年4月6日 優先權日2010年4月6日
發明者何江榮, 宋一華, 徐廣平 申請人:東臺市節能耐火材料廠