本發(fā)明涉及建材領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于回轉(zhuǎn)窯的耐高溫磚及其制備方法、回轉(zhuǎn)窯。
背景技術(shù)：
隨著回轉(zhuǎn)窯特別是如水泥回轉(zhuǎn)窯的大型化，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)氣流溫度越來(lái)越高，由于現(xiàn)有的窯體材料導(dǎo)熱系數(shù)高，直接導(dǎo)致窯體表面溫度也隨著大幅升高，這不僅直接對(duì)回轉(zhuǎn)窯造成高溫破壞，而且保溫效果差，造成熱量浪費(fèi)，無(wú)法滿(mǎn)足人們對(duì)生產(chǎn)成本、節(jié)能、環(huán)保等方面的要求。
簡(jiǎn)單的添加部分微孔骨料不能有效降低熱導(dǎo)率、而復(fù)合結(jié)構(gòu)因材質(zhì)、密度、使用環(huán)境的溫度不同，造成磚體膨脹不一致而開(kāi)裂。重質(zhì)部分開(kāi)裂剝落后輕質(zhì)部分無(wú)法滿(mǎn)足使用要求，因而壽命不長(zhǎng)，并且生產(chǎn)過(guò)程工藝復(fù)雜。
有鑒于此，特提出本發(fā)明。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的第一目的在于提供一種用于回轉(zhuǎn)窯的耐高溫磚，所述的材料解決了熱傳導(dǎo)系數(shù)高等問(wèn)題。
本發(fā)明的第二目的在于提供上述用于回轉(zhuǎn)窯的耐高溫磚的制備方法，所述的制備方法路線(xiàn)簡(jiǎn)單、條件溫和，容易推廣。
本發(fā)明的第三目的在于提供一種回轉(zhuǎn)窯，所述的回轉(zhuǎn)窯耐高溫，熱傳導(dǎo)系數(shù)低，保溫效果好，可以提高熱量利用率，達(dá)到節(jié)能、環(huán)保生產(chǎn)的目的。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：
本專(zhuān)利發(fā)明的解決方案是(CFM方案)：
根據(jù)耐火磚工藝過(guò)程中大骨料、細(xì)骨料、基質(zhì)部分物料形態(tài)的不同及在磚體中承擔(dān)的主要功能不同，區(qū)別于復(fù)合磚空間結(jié)構(gòu)利用，從原料特性上充分利用其性能，因體裁衣，將各種物料主要特點(diǎn)結(jié)合到一起。
骨料大顆粒部分(Coares particles,，簡(jiǎn)稱(chēng)C)：采用高強(qiáng)微孔骨料，保證磚體強(qiáng)度的前提下主要實(shí)現(xiàn)其低導(dǎo)熱性能，低彈性模量性能，。
骨料細(xì)顆粒部分(Fine aggregates,，簡(jiǎn)稱(chēng)F)：采用空心球狀骨料，進(jìn)一步保證低導(dǎo)熱性能，并因其球形結(jié)構(gòu)來(lái)優(yōu)化抗侵蝕性能，抗熱震性能，抗剪切應(yīng)力性能，。
基質(zhì)部分(Matrix,，簡(jiǎn)稱(chēng)M)：采用合適的微粉保證悲憤填膺體的掛窯皮性能，抗侵蝕性能。
將上述三種功能的物料加入矢量的結(jié)合劑，經(jīng)混合，成型，燒結(jié)而得到能降低回轉(zhuǎn)窯高溫帶簡(jiǎn)體溫度的無(wú)鉻環(huán)保節(jié)能，而壽命又長(zhǎng)的耐火磚。
具體方案如下：
一種用于回轉(zhuǎn)窯的耐高溫磚CFM，主要由以下材料混合燒結(jié)而成：
按重量計(jì)，大顆粒骨料30-45％，細(xì)顆粒骨料10-15％，基質(zhì)余量；
所述大顆粒骨料的粒徑為1mm-4mm，并且含10-100wt％的微孔尖晶石；
所述細(xì)顆粒骨料的粒徑為1mm以下，并且含10-100wt％的尖晶石空心球。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于利用不同粒徑以及孔隙率的原料制成磚，而且引入輕質(zhì)骨料—微孔尖晶石和尖晶石空心球，這樣不僅提高了磚的孔隙率，以降低導(dǎo)熱系數(shù)和彈性模量，以及提高抗熱震性和抗剪切力；而且不同級(jí)別骨料組合互補(bǔ)不僅沒(méi)有因?yàn)榭紫堵侍岣呤共牧蠌?qiáng)度降低，反而提高了磚的強(qiáng)度；另外，本發(fā)明所采用的三種原料的兼容性好，容易混勻，因此制成的磚膨脹系數(shù)分布均勻，減小了膨脹開(kāi)裂現(xiàn)象。
本發(fā)明所述大顆粒骨料的粒徑可以是1mm-4mm，或者1mm-3mm，或者1mm-2mm。
本發(fā)明所述細(xì)顆粒骨料的粒徑可以是0.1-1mm，或者0.01-1mm，或者0.01-0.1mm。
本發(fā)明所述基質(zhì)主要為滿(mǎn)足掛窯皮性能，為多種礦石組合而成，例如鎂鐵砂、改性水泥、鐵鋁礦等。
以上配方是本發(fā)明的基本配方，在此基礎(chǔ)上可作進(jìn)一步改進(jìn)，例如：
優(yōu)選地，按重量計(jì)，大顆粒骨料30-40％，細(xì)顆粒骨料12-15％，基質(zhì)余量。
該配方制成的磚的導(dǎo)熱系數(shù)更低，低于2.5W/m·℃(1000℃)。
優(yōu)選地，所述大顆粒骨料還含有15-20wt％鎂砂。
優(yōu)選地，所述微孔尖晶石為輕燒鎂、工業(yè)氧化鋁燒結(jié)而成的尖晶石；
優(yōu)選地，所述尖晶石空心球?yàn)殒V鋁尖晶石空心球、鐵鋁尖晶石空心球、鎂鈣尖晶石空心球、鋁鈦尖晶石空心球中的一種或多種，優(yōu)選鎂鋁尖晶石空心球與鐵鋁尖晶石空心球以1:1-3的質(zhì)量比組合而成。
優(yōu)選地，所述細(xì)顆粒骨料還可以包含15-40wt％的鎂鐵粉。
為了增強(qiáng)三種原料間的相容性和粘合性，促使三種原料在原子結(jié)構(gòu)上更大程度地結(jié)合，還可以加入結(jié)合劑，所述結(jié)合劑可選用木質(zhì)素、甲基纖維素、氯化鎂、磷酸二氫鋁中的一種或多種，優(yōu)選木質(zhì)素/甲基纖維素，更優(yōu)選木質(zhì)素與甲基纖維素以1:0.5-2的質(zhì)量比組成；
按重量計(jì)，所述結(jié)合劑的用量為1-3％。
本發(fā)明上述的耐高溫磚既可以采用現(xiàn)有的工藝制成，但現(xiàn)有工藝不能最大程度發(fā)揮配方的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)選采用以下以下方法制得：
按照配方，將所有原料混合、成型、燒結(jié)；
優(yōu)選地，所述燒結(jié)的方法為在1500-1700℃下保持2-10小時(shí)。
優(yōu)選地，所述燒結(jié)的方法為在1550-1700℃燒結(jié)。
如上文所述，本發(fā)明的耐高溫磚主要用于制作回轉(zhuǎn)窯，尤其是回轉(zhuǎn)窯的高溫段，但本發(fā)明對(duì)其用途并不作限制，其可以應(yīng)用任意適用的領(lǐng)域。
綜上，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達(dá)到了以下技術(shù)效果：
(1)通過(guò)引入尖晶石空心球輕質(zhì)原料，并與大顆粒骨料、基質(zhì)組合，達(dá)到了降低導(dǎo)熱系數(shù)、提高強(qiáng)度的效果。
(2)引入特定類(lèi)型、特定比例的結(jié)合劑提高磚的強(qiáng)度。
(3)提供的工藝能更大程度地發(fā)揮磚的配方優(yōu)勢(shì)，同時(shí)使膨脹系數(shù)均勻分布，減少磚因膨脹系數(shù)分布不均勻?qū)е碌拈_(kāi)裂現(xiàn)象。
(4)通過(guò)高強(qiáng)微孔尖晶石，空心球等輕質(zhì)骨料大比例的引入，大大降低了磚的導(dǎo)熱系數(shù)而又犧牲磚的強(qiáng)度、耐磨性等。當(dāng)傳統(tǒng)磚在100－120mm厚度時(shí)會(huì)因?qū)嵯禂?shù)高，“胴”體表面溫度過(guò)高而得拆除，而本產(chǎn)品因?qū)嵯禂?shù)低，耐磨性好，可以再繼續(xù)使用1－2個(gè)月。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，下列所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例，僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過(guò)市售購(gòu)買(mǎi)獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于利用不同粒徑以及孔隙率的原料制成磚，而且引入輕質(zhì)骨料—微孔尖晶石和尖晶石空心球，這樣不僅提高了磚的孔隙率，以降低導(dǎo)熱系數(shù)和彈性模量，以及提高抗熱震性和抗剪切力；而且不同級(jí)別骨料組合互補(bǔ)不僅沒(méi)有因?yàn)榭紫堵侍岣呤共牧蠌?qiáng)度降低，反而提高了磚的強(qiáng)度；另外，本發(fā)明所采用的三種原料的兼容性好，容易混勻，因此制成的磚膨脹系數(shù)分布均勻，減小了膨脹開(kāi)裂現(xiàn)象。
在此基礎(chǔ)上，提供以下實(shí)施例。
實(shí)施例1
配方：
按重量計(jì)，大顆粒骨料30％，細(xì)顆粒骨料15％，基質(zhì)余量。
大顆粒骨料由10wt％鎂砂與90wt％的微孔尖晶石組成，粒徑范圍為1mm-3mm。微孔尖晶石為輕燒鎂、工業(yè)氧化鋁燒結(jié)而成的鎂鋁尖晶石。
細(xì)顆粒骨料由10wt％的鎂鐵粉與90wt％的尖晶石空心球組成，粒徑范圍為0.5-1mm。尖晶石空心球?yàn)殒V鋁尖晶石空心球與鐵鋁尖晶石空心球以1:1的質(zhì)量比組合而成。
基質(zhì)由鎂鐵砂、改性水泥以2：1的組成。
工藝：
(1)配料：按照上述配方將所有原料混合，再加入1％的甲基纖維素，攪拌。
(2)成型：將步驟(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)干燥及燒結(jié)：
將步驟(2)的定型料經(jīng)100℃干燥后，再升溫至1850-1900℃燒結(jié)12小時(shí)。
實(shí)施例2
與實(shí)施例1的區(qū)別在于大顆粒骨料中微孔尖晶石的含量不同，配方為：
按重量計(jì)，大顆粒骨料40％，細(xì)顆粒骨料10％，基質(zhì)余量。
大顆粒骨料由20wt％鎂砂與80wt％的微孔尖晶石組成，粒徑范圍為3mm-4mm。微孔尖晶石為輕燒鎂、工業(yè)氧化鋁燒結(jié)而成的鎂鋁尖晶石。
細(xì)顆粒骨料由25wt％的鎂鐵粉與75wt％的尖晶石空心球組成，粒徑范圍為0.1mm-0.5mm。尖晶石空心球由鎂鋁尖晶石空心球與鐵鋁尖晶石空心球以1:3的質(zhì)量比組合而成。
基質(zhì)由鎂鐵砂、改性水泥以2：1的組成。
工藝：
(1)配料：按照上述配方將所有原料混合，再加入3％的甲基纖維素，攪拌。
(2)成型：將步驟(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)干燥及燒結(jié)：
將步驟(2)的定型料經(jīng)100℃干燥后，再升溫至1700-1750℃燒結(jié)13小時(shí)。
實(shí)施例3
與實(shí)施例1的區(qū)別在于大顆粒骨料中微孔尖晶石的含量不同，配方為：
按重量計(jì)，大顆粒骨料35％，細(xì)顆粒骨料12％，基質(zhì)余量。
大顆粒骨料由100wt％的微孔尖晶石組成，粒徑范圍為2mm-4mm。微孔尖晶石為輕燒鎂、工業(yè)氧化鋁燒結(jié)而成的尖晶石。
細(xì)顆粒骨料由25wt％的鎂鐵粉與75wt％的尖晶石空心球組成，粒徑范圍為1mm-4mm。尖晶石空心球由鎂鋁尖晶石空心球與鐵鋁尖晶石空心球以1:2的質(zhì)量比組合而成。
基質(zhì)由鎂鐵砂、改性水泥以2：1的組成。
工藝：
(1)配料：按照上述配方將所有原料混合，再加入3％的甲基纖維素，攪拌。
(2)成型：將步驟(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)干燥及燒結(jié)：
將步驟(2)的定型料經(jīng)100℃干燥后，再升溫至1800℃燒結(jié)12小時(shí)。
實(shí)施例4
與實(shí)施例1的區(qū)別在于細(xì)顆粒骨料中微孔尖晶石的含量不同，配方為：
按重量計(jì)，大顆粒骨料40％，細(xì)顆粒骨料15％，基質(zhì)余量。
大顆粒骨料由40wt％鎂砂與60wt％的微孔尖晶石組成，粒徑范圍為1mm-4mm。微孔尖晶石為輕燒鎂、工業(yè)氧化鋁燒結(jié)而成的尖晶石。
細(xì)顆粒骨料由40wt％的鎂鐵粉與60wt％的尖晶石空心球組成，粒徑范圍為1mm-4mm。尖晶石空心球?yàn)殒V鋁尖晶石空心球。
基質(zhì)由鎂鐵砂、改性水泥以2：1的組成。
工藝：
(1)配料：按照上述配方將所有原料混合，再加入1％的甲基纖維素，攪拌。
(2)成型：將步驟(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)干燥及燒結(jié)：
將步驟(2)的定型料經(jīng)100℃干燥后，再升溫至1800℃燒結(jié)12小時(shí)。
實(shí)施例5
與實(shí)施例1的區(qū)別在于細(xì)顆粒骨料中尖晶石空心球的含量與組成不同，配方為：
按重量計(jì)，大顆粒骨料30％，細(xì)顆粒骨料15％，基質(zhì)余量。
大顆粒骨料由15wt％鎂砂與85wt％的微孔尖晶石組成，粒徑范圍為1mm-3mm。微孔尖晶石為輕燒鎂、工業(yè)氧化鋁燒結(jié)而成的鎂鋁尖晶石。
細(xì)顆粒骨料由40wt％的鎂鐵粉與60wt％的尖晶石空心球組成，粒徑范圍為0.1mm-0.3mm。所述尖晶石空心球?yàn)殒V鋁尖晶石空心球與鐵鋁尖晶石空心球以1:2的質(zhì)量比組合而成.
基質(zhì)由鎂鐵砂、改性水泥以2：1的組成。
工藝：
(1)配料：按照上述配方將所有原料混合，再加入2％的甲基纖維素，攪拌。
(2)成型：將步驟(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)干燥及燒結(jié)：
將步驟(2)的定型料經(jīng)100℃干燥后，再升溫至1800℃燒結(jié)12小時(shí)。
實(shí)施例6
與實(shí)施例1的區(qū)別在于結(jié)合劑的用量及組成不同，配方為：
按重量計(jì)，大顆粒骨料30％，細(xì)顆粒骨料15％，基質(zhì)余量。
大顆粒骨料由10wt％鎂砂與90wt％的微孔尖晶石組成，粒徑范圍為1mm-3mm。微孔尖晶石為輕燒鎂、工業(yè)氧化鋁燒結(jié)而成的鎂鋁尖晶石。
細(xì)顆粒骨料由15wt％的鎂鐵粉與85wt％的尖晶石空心球組成，粒徑范圍為0.5-1mm。尖晶石空心球?yàn)殒V鋁尖晶石空心球與鐵鋁尖晶石空心球以1:1的質(zhì)量比組合而成。
基質(zhì)由鎂鐵砂、改性水泥以2：1的組成。
工藝：
(1)配料：按照上述配方將所有原料混合，再加入2％的結(jié)合劑(木質(zhì)素與甲基纖維素以1:0.5的質(zhì)量比組成)，攪拌。
(2)成型：將步驟(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)干燥及燒結(jié)：
將步驟(2)的定型料經(jīng)100℃干燥后，再升溫至1850℃燒結(jié)13小時(shí)。
實(shí)施例7
與實(shí)施例1的區(qū)別在于結(jié)合劑的用量及組成不同，配方為：
按重量計(jì)，大顆粒骨料30％，細(xì)顆粒骨料15％，基質(zhì)余量。
大顆粒骨料由10wt％鎂砂與90wt％的微孔尖晶石組成，粒徑范圍為1mm-3mm。微孔尖晶石為輕燒鎂、工業(yè)氧化鋁燒結(jié)而成的鎂鋁尖晶石。
細(xì)顆粒骨料由15wt％的鎂鐵粉與85wt％的尖晶石空心球組成，粒徑范圍為0.5-1mm。尖晶石空心球?yàn)殒V鋁尖晶石空心球與鐵鋁尖晶石空心球以1:1的質(zhì)量比組合而成。
基質(zhì)由鎂鐵砂、改性水泥以2：1的組成。
工藝：
(1)配料：按照上述配方將所有原料混合，再加入1％的結(jié)合劑(木質(zhì)素與甲基纖維素以1:2的質(zhì)量比組成)，攪拌。
(2)成型：將步驟(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)干燥及燒結(jié)：
將步驟(2)的定型料經(jīng)100℃干燥后，再升溫至1800℃燒結(jié)12小時(shí)。
實(shí)施例8
與實(shí)施例1的區(qū)別在于燒結(jié)條件不同，配方為：
按重量計(jì)，大顆粒骨料30％，細(xì)顆粒骨料15％，基質(zhì)余量。
大顆粒骨料由10wt％鎂砂與90wt％的微孔尖晶石組成，粒徑范圍為1mm-3mm。微孔尖晶石為輕燒鎂、工業(yè)氧化鋁燒結(jié)而成的鎂鋁尖晶石。
細(xì)顆粒骨料由15wt％的鎂鐵粉與85wt％的尖晶石空心球組成，粒徑范圍為0.5-1mm。尖晶石空心球?yàn)殒V鋁尖晶石空心球與鐵鋁尖晶石空心球以1:1的質(zhì)量比組合而成。
基質(zhì)由鎂鐵砂、改性水泥以2：1的組成。
工藝：
(1)配料：按照上述配方將所有原料混合，再加入3％的甲基纖維素，攪拌。
(2)成型：將步驟(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)干燥及燒結(jié)：
將步驟(2)的定型料經(jīng)100℃干燥后，再升溫至1700-1750℃燒結(jié)12小時(shí)。
實(shí)施例9
與實(shí)施例1的區(qū)別在于大顆粒骨料中微孔尖晶石的種類(lèi)不同，配方為：
按重量計(jì)，大顆粒骨料30％，細(xì)顆粒骨料15％，基質(zhì)余量。
大顆粒骨料由10wt％鎂砂與90wt％的微孔尖晶石組成，粒徑范圍為1mm-3mm。微孔尖晶石為輕燒鎂、工業(yè)氧化鋁再添加尖晶石纖維燒結(jié)而成，具體為：輕燒鎂、工業(yè)氧化鋁以20:80的質(zhì)量比混合成基體原料，然后加入5wt％的造孔劑，8wt％的結(jié)合劑，5wt％的尖晶石纖維。
造孔劑選用淀粉。
結(jié)合劑選用木質(zhì)素。
尖晶石纖維選用MgAl2O4纖維。濕法研磨成預(yù)設(shè)粒徑的漿料。
(2)成型：將步驟(1)的漿料干燥、定型。
(3)干燥及燒結(jié)：將步驟(2)的成型物在100-150℃下干燥20min，然后再在1650-1700℃下燒結(jié)3小時(shí)。
細(xì)顆粒骨料由15wt％的鎂鐵粉與85wt％的尖晶石空心球組成，粒徑范圍為0.5-1mm。尖晶石空心球?yàn)殒V鋁尖晶石空心球與鐵鋁尖晶石空心球以1:1的質(zhì)量比組合而成。
基質(zhì)由鎂鐵砂、改性水泥以2：1的組成。
工藝：
(1)配料：按照上述配方將所有原料混合，再加入3％的甲基纖維素，攪拌。
(2)成型：將步驟(1)的混合料倒入模具中，定型。
(3)干燥及燒結(jié)：
將步驟(2)的定型料經(jīng)100℃干燥后，再升溫至1800℃燒結(jié)14小時(shí)。
檢測(cè)以上所有實(shí)施例所得磚的導(dǎo)熱系數(shù)、強(qiáng)度，結(jié)果如下表1所示。
強(qiáng)度的測(cè)試方法為：常溫下測(cè)量。
表1
最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。