專利名稱：一種氧化鋁空心球隔熱耐火材料的制備方法
一種氧化鋁空心球隔熱耐火材料的制備方法
技術領域
本發(fā)明屬于耐火材料技術領域，具體涉及一種氧化鋁空心球隔熱耐火材料的制備方法。
背景技術：
在能源價格日益高昂，傳統(tǒng)能源供應緊缺，且環(huán)境保護日趨嚴格，而新能源開發(fā)緩慢的今天，當前最迫切的任務是開發(fā)輕質多孔、熱導率低、抗熱震性能好，耐火度高、高溫使用體積穩(wěn)定性優(yōu)且使用溫度高，能滿足輕質結構高溫窯爐所需的隔熱耐火材料，以改變傳統(tǒng)高溫窯爐采用的重質材料所存在的熱容量大、升溫速率慢、熱導率高、窯爐表面溫度高、 能耗大、使用壽命短等缺點。氧化鋁隔熱耐火材料的使用能夠實現(xiàn)節(jié)能降耗和低碳經(jīng)濟，為社會的可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。輕質隔熱耐火材料制品通常采用在無機氧化物細粉中引入聚輕球、鋸末或柏油等有機燒失物來造孔，增加材料的氣孔率，從而獲得熱導率低，然而大量氣孔的存在導致了制品加熱永久線變化過大，耐壓強度下降，高溫體積穩(wěn)定性變差，從而使制品的應用受到較大局限。同時作為內襯材料的隔熱耐火材料制品，使用過程中受到高溫變形、煙氣中雜質的沖刷和侵蝕，窯爐使用中的周期溫度波動所產生的熱應力損壞，使用環(huán)境非常苛刻。
氧化鋁隔熱制品作為窯爐工作內襯已是常見的選擇。其通常以氧化鋁空心球為骨料，以α-Al2O3微粉為基質，添加少量粘土、硫酸鋁、磷酸或磷酸鹽等酸性結合劑，烘干后經(jīng) 1650-1700°C保溫2- 燒成。該種方法引入了粘土，由于粘土為原生礦物，其中含有少量的 TiO2, Fe2O3及堿金屬氧化物，易溶于酸性結合劑，在干燥和燒成過程中，遷移并富集于制品表面，引起制品著色，同時易受煙氣中的雜質侵蝕。
氧化鋁空心球已經(jīng)在隔熱耐火材料中得到了廣泛應用，其利用了氧化鋁空心球的密閉內腔，隔熱效果好，強度高，使用溫度高和荷重軟化溫度高等優(yōu)點。可以直接接觸火焰和煙氣，還可作為隔熱層。“一種制備輕質高強度氧化鋁空心球陶瓷的制備方法”(CN 1223547C)的專利技術中，以α-Al2O3微粉和氧化鋁空心球為原料，以磷酸溶液為結合劑， 制備的輕質隔熱磚體積密度較低，抗折耐壓強度較高，但該方法制備的隔熱磚，由于只有氧化鋁空心球和α-Al2O3微粉，而高純α-Al2O3微粉在高溫下難以燒結，需要更高溫燒成， 造成燒成成本較高，同時該磚基質相為致密剛玉相，導致了其熱導率較高，同時抗熱震性能差；而“一種氧化鋁空心球輕質隔熱磚及其制備方法”(申請?zhí)?01110023753.0)的專利技術中，以α-Al2O3微粉、P-Al2O3微粉、硅微粉和空心球為原料，加入有機聚合物，制備的輕質隔熱制品體積密度低，耐壓強度高，但其采用了 P-Al2O3微粉和硅微粉在基質中合成部分莫來石，而P -Al2O3微粉和硅微粉合成莫來石比較困難，也需要高溫燒成，且其原料成本高，造成了其生產成本較高，同時其莫來石相含量較低。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了克服已有技術缺陷，提供一種工藝簡單、成本低廉的氧化鋁空心球隔熱耐火材料的制備方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下分別將粘土和α-Al2O3微粉按照占氧化鋁空心球隔熱耐火材料重量的15-25%和 15-25%進行稱量，放置在混料設備進行30-60分鐘混合，用作基質；將氧化鋁空心球按小于等于3 mm、大于2 mm，小于等于2 mm、大于1 mm，小于等于1mm、 大于0. 2 mm篩選分級后，并按照占氧化鋁空心球隔熱耐火材料重量的10-30%、10-30%、 10-30%的比例進行骨料級配；在級配好的氧化鋁空心球中先加入有機結合劑，充分攪拌達到均勻混合后；再加入一定量的水，攪拌，使有機結合劑充分潤濕并附著氧化鋁空心球表面后；再加入作為基質的粘土和α-Al2O3微粉的混合粉，混合均勻；采用加壓震動方式制備各種所需尺寸的定型制品，經(jīng)100-110°C干燥Μ-36小時后于 1550-1650°C保溫6-10小時燒成。
所述的有機結合劑為淀粉、葡萄糖、糊精、其它具有粘性的有機物質中的一種或任意兩種的組合，其粒度通過320目；或者為有機結合劑與水混合的有機結合劑溶液。
有機結合劑的加入量為上述原料總重量的0. 25-2. 5%。
水的加入量為上述原料總重量的5-10%。
所述的氧化鋁空心球隔熱耐火材料中，Al2O3彡87%，SiO2 :5-1洲。
所述氧化鋁空心球中的Al2O3含量彡99%。
所述α -Al2O3微粉的粒度在320目以下，Al2O3含量彡99%。
所述有機結合劑的粒度在320目以下。
所述粘土的粒度在320目以下，粘土中的Al2O3為35_48%(扣除灼減后的化學成分)，粘土中的Al203+SiA彡96%(扣除灼減后的化學成分)。
本發(fā)明制備方法利用了粘土與α -Al2O3微粉易于合成莫來石相，而莫來石具有熱膨脹率低，抗熱震性能優(yōu)，抗高溫蠕變性好的特征，采用有機結合劑可以有效避免粘土中雜質在制品干燥和燒成過程中的富集，從而使采用該方法制備的氧化鋁空心球隔熱耐火材料與傳統(tǒng)隔熱材料相比，具有少量雜質分布均勻，外觀潔白，抗熱震性能優(yōu)，體積密度低，熱導率低的特點。
本發(fā)明所述的一種氧化鋁空心球隔熱耐火材料的制備方法。采用了有機結合劑， 從而使粘土所引入的少量雜質能在制品中均勻分布，制品外觀具有均勻潔白的特點。
(1)避免了粘土中的雜質(如氧化鈦、氧化鐵等)易溶于酸性結合劑并富集的缺陷。粘土中的雜質易溶于酸性結合劑，且在氧化鋁空心球隔熱耐火材料的半成品干燥和燒成過程中，隨著水分遷移、蒸發(fā)，溶于酸性結合劑的粘土雜質也將隨之遷移，并富集于制品表面，引起制品外觀著色；富集于制品表面的雜質屬于低熔點物質，耐火度較低，同時易與煙氣中雜質結合，引起氧化鋁空心球隔熱耐火材料使用性能下降，而有機結合劑則避免了該問題；(2)粘土作為一種來源廣泛的耐火原料，儲量豐富且具有成本低廉的特征，同時利用粘土與α -Al2O3微粉能夠低溫合成莫來石相的特點，綜合降低氧化鋁空心球隔熱制品的制造成本。合成莫來石是一種體積膨脹過程，制品的體積密度可以控制的較低；同時莫來石相的熱膨脹系數(shù)小于剛玉相，因而制品的抗熱震性能優(yōu)于高純氧化鋁空心球隔熱制品；同時莫來石作為結合相與氧化鋁空心球形成復相結構，其導熱系數(shù)亦小于高純氧化鋁空心球隔熱制品。
具體實施方式
本發(fā)明根據(jù)不連續(xù)尺寸顆粒的堆積和連續(xù)尺寸顆粒的分布與堆積對氧化鋁空心球進行最佳匹配，利用粘土和α-Al2O3微粉，并采用有機結合劑作為結合劑制備出性能優(yōu)良，雜質分布均勻，外觀均勻潔白的氧化鋁空心球隔熱耐火材料。其中本發(fā)明所述的隔熱耐火材料不限于實施例中提到的幾種化學組成，只要氧化鋁隔熱耐火材料中氧化鋁和氧化硅含量(按重量百分比計)位于本發(fā)明內(Al2O3 ^ 87%，SiO2 :5-12%)，且采用了本發(fā)明所述的原料和有機結合劑方式，均屬于本發(fā)明的保護范圍。在以下實施方式中，氧化鋁空心球中的Al2O3含量彡99% ； α -Al2O3微粉的粒度在320目以下，Al2O3含量彡99% ；有機結合劑的粒度在320目以下；粘土的粒度在320目以下，粘土中的Al2O3為35_48%(扣除灼減后的化學成分)，粘土中的Al203+SiA ^ 96%(扣除灼減后的化學成分)。
實施例1 一種氧化鋁空心球隔熱耐火材料的制備方法。先將分別占氧化鋁空心球隔熱耐火材料重量20%的粘土和20%的α-Al2O3微粉進行預混合備用。在占氧化鋁空心球隔熱耐火材料重量60%的氧化鋁空心球中先加入上述原料重量1%的有機結合劑進行混合，再加入上述原料重量5%的水進行攪拌，加入預先混合的粘土和α -Al2O3微粉進行充分混合，經(jīng)加壓震動成型；在110°C條件下干燥M小時，最終在1580°C條件下保溫8小時燒成。
在本實施例中有機結合劑為糊精；氧化鋁空心球的顆粒級配為小于等于3 mm、 大于2 mm的氧化鋁空心球25%，小于等于2 mm、大于1 mm的氧化鋁空心球20%，小于等于 1mm、大于0. 2 mm的氧化鋁空心球15%。
同時在本實施例中也采用一種對比例，其與本實施例的差異體現(xiàn)在加入的結合劑不同，在對比例中外加了 8%的磷酸二氫鋁溶液，磷酸二氫鋁溶液的濃度為30%。
本實施例所獲得的氧化鋁空心球隔熱耐火材料的體積密度為1.2-1.4 g/cm3, 常溫耐壓強度為10-12MPa，導熱系數(shù)為0. 5-0. 6 W/ (M · K)，Al2O3 :89. 8%，加熱永久線變化[1600°C X3h] ；-0. 1%;而對比例所獲得的氧化鋁空心球隔熱耐火材料的體積密度為 1. 3-1. 5 g/cm3,常溫耐壓強度為 8-9 MPa,導熱系數(shù)為 0. 6-0. 7 W/ (M · K)，Al2O3 :90. 4%，加熱永久線變化[1600°C X3h] ；-0.洲。但其外觀有明顯差異。
實施例2 —種氧化鋁空心球隔熱耐火材料的制備方法。先將分別占氧化鋁空心球隔熱耐火材料重量25%的粘土和15%的α-Al2O3微粉進行預混合備用。在占氧化鋁空心球隔熱耐火材料重量60%的氧化鋁空心球中先加入上述原料重量1. 5%的有機結合劑進行混合，再加入上述原料重量10%的水進行攪拌，加入預先混合好的粘土和α -Al2O3微粉進行充分攪拌混合，經(jīng)加壓震動成型；在100°C條件下干燥36小時，最終在1550°C條件下保溫8 小時燒成。
在本實施例中有機結合劑為淀粉，氧化鋁空心球的顆粒級配為小于等于3 mm、 大于2 mm的氧化鋁空心球20%，小于等于2 mm、大于1 mm的氧化鋁空心球30%，小于等于1mm、大于0. 2 mm的氧化鋁空心球10%。
本實施例所獲得的氧化鋁空心球隔熱耐火材料的體積密度為1. 1-1. 4 g/cm3,常溫耐壓強度為 8-9 MPa,導熱系數(shù)為 0. 5-0. 6 W/ (M · K), Al2O3 :87. 5%。
實施例3 —種氧化鋁空心球隔熱耐火材料的制備方法。先將分別占氧化鋁空心球隔熱耐火材料重量15%的粘土和20%的α-Al2O3微粉進行預混合備用。在占氧化鋁空心球隔熱耐火材料重量65%的氧化鋁空心球中先加入上述原料重量m的有機結合劑進行混合，再加入上述原料重量8%的水進行攪拌，加入預先混合的粘土和α -Al2O3微粉進行充分混合，經(jīng)加壓震動成型；在100°C條件下干燥30小時，最終在1650°C條件下保溫8小時燒成。
在本實施例中有機結合劑為糊精；氧化鋁空心球的顆粒級配為小于等于3 mm、 大于2 mm的氧化鋁空心球25%，小于等于2 mm、大于1 mm的氧化鋁空心球10%，小于等于 1mm、大于0. 2 mm的氧化鋁空心球30%。
本實施例所獲得的氧化鋁空心球隔熱耐火材料的體積密度為1. 3-1. 5 g/cm3,常溫耐壓強度為 9-10 MPa,導熱系數(shù)為 0. 5-0. 6 W/ (M · K), Al2O3 :92. 3%。
實施例4 一種氧化鋁空心球隔熱耐火材料的制備方法。先將分別占氧化鋁空心球隔熱耐火材料重量20%的粘土和20%的α-Al2O3微粉進行預混合備用。在占氧化鋁空心球隔熱耐火材料重量60%的氧化鋁空心球中先加入上述原料重量0. 5%的有機結合劑進行混合，再加入上述原料重量10%的水進行攪拌，加入預先混合的粘土和α -Al2O3微粉進行充分混合，經(jīng)加壓震動成型；在110°C條件下干燥、時，最終在1600°C條件下保溫8小時燒成。
在本實施例中有機結合劑為0. 5%的糊精和0. 5%的淀粉；氧化鋁空心球的顆粒級配為小于等于3 mm、大于2 mm的氧化鋁空心球10%，小于等于2 mm、大于1 mm的氧化鋁空心球25%，小于等于1mm、大于0. 2 mm的氧化鋁空心球25%。
本實施例所獲得的氧化鋁空心球隔熱耐火材料的體積密度為1. 2-1. 4 g/cm3,常溫耐壓強度為 ll_14MPa，導熱系數(shù)為 0. 5-0. 6 W/ (M · K), Al2O3 :89. 8%。
實施例5 —種氧化鋁空心球隔熱耐火材料的制備方法。先將分別占氧化鋁空心球隔熱耐火材料重量20%的粘土和20%的α-Al2O3微粉進行預混合備用。在占氧化鋁空心球隔熱耐火材料重量60%的氧化鋁空心球中先加入上述原料重量2. 5%的有機結合劑進行混合，再加入上述原料重量5%的水進行攪拌，加入預先混合的粘土和α -Al2O3微粉進行充分混合，經(jīng)加壓震動成型；在110°C條件下干燥M小時，最終在1600°C條件下保溫8小時燒成。
在本實施例中有機結合劑為葡萄糖；氧化鋁空心球的顆粒級配為氧化鋁空心球的顆粒級配為小于等于3 mm、大于2 mm的氧化鋁空心球30%，小于等于2 mm、大于1 mm 的氧化鋁空心球15%，小于等于1mm、大于0. 2 mm的氧化鋁空心球15%。
本實施例所獲得的氧化鋁空心球隔熱耐火材料的體積密度為1. 1-1. 3 g/cm3,常溫耐壓強度為 7-9 MPa,導熱系數(shù)為 0. 4-0. 5 W/ (M · K), Al2O3 :89. 8%。
權利要求
1.一種氧化鋁空心球隔熱耐火材料的制備方法，其特征在于分別將粘土和α-Al2O3微粉按照占氧化鋁空心球隔熱耐火材料重量的15-25%和 15-25%進行稱量，放置在混料設備進行30-60分鐘混合，用作基質；將氧化鋁空心球按小于等于3 mm、大于2 mm，小于等于2 mm、大于1 mm，小于等于1mm、 大于0. 2 mm篩選分級后，并按照占氧化鋁空心球隔熱耐火材料重量的10-30%、10-30%、 10-30%的比例進行骨料級配；在級配好的氧化鋁空心球中先加入有機結合劑，充分攪拌達到均勻混合后；再加入一定量的水，攪拌，使有機結合劑充分潤濕并附著氧化鋁空心球表面后；再加入作為基質的粘土和α-Al2O3微粉的混合粉，混合均勻；采用加壓震動方式制備各種所需尺寸的定型制品，經(jīng)100-110°C干燥Μ-36小時后于 1550-1650°C保溫6-10小時燒成。
2.按照權利要求1所述的一種氧化鋁空心球隔熱耐火材料的制備方法，其特征在于 所述的有機結合劑為淀粉、葡萄糖、糊精、其它具有粘性的有機物質中的一種或任意兩種的組合，其粒度通過320目；或者為有機結合劑與水混合的有機結合劑溶液。
3.按照權利要求1或2所述的一種氧化鋁空心球隔熱耐火材料的制備方法，其特征在于有機結合劑的加入量為上述原料總重量的0. 25-2. 5%。
4.按照權利要求1所述的一種氧化鋁空心球隔熱耐火材料的制備方法，其特征在于 水的加入量為上述原料總重量的5-10%。
5.按照權利要求1所述的一種氧化鋁空心球隔熱耐火材料的制備方法，其特征在于 所述的氧化鋁空心球隔熱耐火材料中，Al2O3彡87%，SiO2 :5-1洲。
6.按照權利要求1所述的一種氧化鋁空心球隔熱耐火材料的制備方法，其特征在于 所述氧化鋁空心球中的Al2O3含量> 99%。
7.按照權利要求1所述的一種氧化鋁空心球隔熱耐火材料的制備方法，其特征在于 所述α -Al2O3微粉的粒度在320目以下，Al2O3含量彡99%。
8.按照權利要求1所述的一種氧化鋁空心球隔熱耐火材料的制備方法，其特征在于 所述有機結合劑的粒度在320目以下。
9.按照權利要求1所述的一種氧化鋁空心球隔熱耐火材料的制備方法，其特征在于 所述粘土的粒度在320目以下，粘土中的Al2O3為35-48%(扣除灼減后的化學成分)，粘土中的Al203+Si&彡96% (扣除灼減后的化學成分)。
全文摘要
本發(fā)明屬于耐火材料技術領域，涉及一種氧化鋁空心球隔熱耐火材料的制備方法。其技術方案是在氧化鋁空心球中加入有機結合劑均勻混合后加水攪拌，使有機結合劑充分潤濕并附著氧化鋁空心球表面后；再加入粘土和α-Al2O3微粉的混合粉，混合均勻；制備的定型制品經(jīng)100-110℃干燥后于1550-1650℃保溫燒成。本發(fā)明利用了粘土與α-Al2O3微粉易于合成莫來石相，而莫來石具有熱膨脹率低，抗熱震性能優(yōu)，抗高溫蠕變性好的特征，采用有機結合劑可以有效避免粘土中雜質在制品干燥和燒成過程中的富集，從而使采用該方法制備的氧化鋁空心球隔熱耐火材料具有少量雜質分布均勻，外觀潔白，抗熱震性能優(yōu)，體積密度低，熱導率低的特點。
文檔編號C04B35/66GK102491761SQ20111036336
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權日2011年11月16日
發(fā)明者吳愛軍, 尹洪基, 張濤, 朱德先, 李堅強, 王晗, 石鵬坤, 胡飄, 譚清華, 馬旭峰 申請人:中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司