本發明涉及耐火材料
技術領域：
，尤其涉及一種用于氧化鋁空心球磚的穩定性好、耐熱震性高的新型輕質耐火材料。
背景技術：
：輕質耐火材料為氣孔率高、體積密度小、熱導率低的耐火材料。在工業窯爐和其他熱工設備上用作隔熱材料。與一般耐火磚比較，抗渣蝕性、力學強度、耐磨損性較差，高溫下體積收縮較大。氧化鋁空心球磚因具有氧化鋁含量高、體積密度小、高溫強度大、使用溫度高、導熱系數小、節約能源等優點被廣泛應用于石化行業高溫窯爐，它既可用作隔熱保溫材料，也可用于高溫工作襯里材料。基于現有氧化鋁空心球磚中部分組份性能不穩定，使得現有氧化鋁空心球磚存在易破碎、耐熱震性不高的缺點，導致其使用周期短，浪費材料的后果，大大阻礙了氧化鋁空心球磚的廣泛應用。中國專利文獻上公開了“一種新型的氧化鋁空心球磚”，其公告號為cn105294024a，該發明通過引入碳酸鈣在基質中形成ca6結合相，可有效減少或避免材料使用過程中硅遷移的發生，同時還可提高材料的使用溫度，可有效減少熱量散失，節能環保。但是，該發明并沒有解決氧化鋁空心球磚易破碎、耐熱震性不高的缺點。因此，如何對傳統氧化鋁空心球磚的配方進行改性提高其耐熱震性是本領域技術人員亟待解決的技術問題。技術實現要素：本發明為了克服傳統氧化鋁空心球磚易破碎、耐熱震性不高的問題，提供了一種穩定性好、耐熱震性高的新型輕質耐火材料。為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種新型輕質耐火材料，所述新型輕質耐火材料包括以下重量份的組份：氧化鋁空心球50～70份，電熔剛玉粉7～13份，碳酸鈣1～3份，改性白炭黑3～6份和氧化鋯0.5～1份。本發明的新型輕質耐火材料的配方中加入了少量的氧化鋯，可以對氧化鋁空心新型輕質耐火材料產生明顯的增韌效果，其原理如下：該體系中的氧化鋁空心球的熱膨脹系數大，彈性模量高，燒結冷卻后對氧化鋯顆粒的束縛作用強，臨界直徑dc較大，四方氧化鋯顆粒可以更多更有效地保留下來，因此，對新型輕質耐火材料的增韌效果也比較明顯，從而達到提高其耐熱震性的效果，得到的增韌新型輕質耐火材料的強度大，不易破碎，使用周期長。加入碳酸鈣和改性白炭黑，可以在燒結過程中形成cao+sio2體系，不但產生液相，而且在基體中產生具有平直晶粒的片狀晶體，可以大大提高新型輕質耐火材料的耐熱震性。作為優選，所述新型輕質耐火材料還包括二氧化錳2～5份和金屬鉬0.5～1份。金屬鉬，作為一種難熔金屬與氧化鋁熱膨脹系數接近，相差僅2.3×10-6，具有良好的熱穩定性，其燒結性能也與氧化鋁接近，相互適應性良好；體系中同時加入金屬鉬和二氧化錳具有以下的協同作用：在燒結過程中，二氧化錳與氧化鋁空心球發生化學反應生成mnal2o4，與金屬鉬形成含有孔隙的糊狀體，此時，熔融狀的二氧化硅可以潤濕并填充這些孔隙，將mo、mnal2o4、al2o3三者牢固粘結在一起，大大降低了新型輕質耐火材料的氣孔率，增大了體積密度，從而實現了強度和耐熱震性的大幅度提升。作為優選，所述改性白炭黑的制備方法是：先將白炭黑在450～600℃條件下活化5～10h，加入無水乙醇，配置成4～10wt％的白炭黑溶膠；再在50～60℃條件下滴加吐溫20到白炭黑溶膠中，攪拌反應15～30min，超聲振蕩5～30min，得到改性白炭黑。本發明采用的改性白炭黑為多孔性物質，其組成可用sio2·nh2o表示，能均勻并良好地分散于新型輕質耐火材料的配方體系中，從而可提高酚醛樹脂的殘炭率和抗氧化性，使新型輕質耐火材料的性能得到提高；改性后的白炭黑呈球形，能在新型輕質耐火材料中均勻良好地分散，分散效果好，此外，白炭黑的價格比其他納米二氧化硅低，降低了生產成本，利于工業化生產。本發明對白炭黑進行改性的過程所選用的改性劑為吐溫20，由于吐溫20中聚山梨酯分子中有較多的親水性基團一聚氧乙烯基，故親水性強，為一種非離子型表面活性劑，可以修飾白炭黑，使得白炭黑中環氧基團具有較高的活性，容易發生開環加成，在燒結過程中與碳酸鈣形成cao+sio2體系，不但產生液相，而且在基體中產生具有平直晶粒的片狀晶體，可以大大提高新型輕質耐火材料的耐熱震性。本發明改性白炭黑的制備工藝加單、易于推廣。作為優選，所述氧化鋁空心球的顆粒度為5～3mm、3～1mm和0.5～0.1mm。坯料的顆粒組成對坯體的致密度有很大的影響，在大顆粒的組成中加入一定數目尺寸較小的顆粒，填充于大顆粒的間隙，可以使得坯體的氣孔率下降，體積密度增大，使胚體變成具有一定尺寸、形狀和結構強度的制品，使得材料的體積密度、耐壓強度以及高溫性能均得以提高，顯著提升新型輕質耐火材料的理化性能。作為優選，所述電熔剛玉粉的顆粒度不大于500目，顆粒越細，就越容易燒結，燒結溫度也就越低，可以降低能耗，節約成本。作為優選，所述碳酸鈣的自然堆積密度小于0.2g/cm3。本發明具有如下有益效果：通過多種助劑與氧化鋁空心球發生協同作用，提高新型輕質耐火材料的強度和使用周期，大大增強了其耐熱震性，從而延長了使用壽命。具體實施方式下面通過具體實施例，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。在本發明中，若非特指，所有設備和原料均可從市場購得或是本行業常用的，下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領域常規方法。實施例1：(1)制備改性白炭黑備用：先將白炭黑在450℃條件下活化5h，加入無水乙醇，配置成4wt％的白炭黑溶膠；再在50℃條件下滴加吐溫20到白炭黑溶膠中，攪拌反應15min，超聲振蕩5min，得到改性白炭黑；一種新型輕質耐火材料，包括如下組份：氧化鋁空心球50g(5～3mm的氧化鋁空心球30g，3～1mm的氧化鋁空心球15g，0.5～0.1mm的氧化鋁空心球5g)，電熔剛玉粉7g(顆粒度400目)，碳酸鈣(自然堆積密度0.1g/cm3)1g，改性白炭黑3g，氧化鋯0.5g，二氧化錳2g，金屬鉬0.5g。實施例2：(1)制備改性白炭黑備用：先將白炭黑在600℃條件下活化10h，加入無水乙醇，配置成10wt％的白炭黑溶膠；再在60℃條件下滴加吐溫20到白炭黑溶膠中，攪拌反應30min，超聲振蕩30min，得到改性白炭黑；一種新型輕質耐火材料，包括如下組份：氧化鋁空心球70g(5～3mm的氧化鋁空心球40g，3～1mm的氧化鋁空心球20g，0.5～0.1mm的氧化鋁空心球10g)，電熔剛玉粉13g(顆粒度350目)，碳酸鈣(自然堆積密度0.15g/cm3)3g，改性白炭黑6g，氧化鋯1g，二氧化錳5g，金屬鉬1g。實施例3：(1)制備改性白炭黑備用：先將白炭黑在550℃條件下活化8h，加入無水乙醇，配置成7wt％的白炭黑溶膠；再在55℃條件下滴加吐溫20到白炭黑溶膠中，攪拌反應20min，超聲振蕩15min，得到改性白炭黑；一種新型輕質耐火材料，包括如下組份：氧化鋁空心球60g(5～3mm的氧化鋁空心球25g，3～1mm的氧化鋁空心球18g，0.5～0.1mm的氧化鋁空心球17g)，電熔剛玉粉10g(顆粒度500目)，碳酸鈣(自然堆積密度0.05g/cm3)2g，改性白炭黑5g，氧化鋯0.7g，二氧化錳3g，金屬鉬0.7g。對比例對比例采用市輕質耐火材料，該輕質耐火材料的配方組分中未添加氧化鋯、二氧化錳和金屬鉬的任意一種。對實施例1-3和對比例的輕質耐火材料進行性能檢測，結果如表1所示。表1.理化指標檢測結果實施例1實施例2實施例3對比例體積密度(g/cm3)1.41.551.451.65耐壓強度(mpa)1700168016501580熱震穩定性(1100℃，次)28263518由表1的理化指標結果可以看出，本發明的新型輕質耐火材料相對于市售輕質耐火材料具有良好的耐壓強度和熱震穩定性能，通過多種助劑與氧化鋁空心球發生協同作用，提高新型輕質耐火材料的強度和使用周期，從而延長了使用壽命。當前第1頁12