一種高強(qiáng)耐火保溫材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)耐火保溫材料，以膨脹蛭石、粘土、耐火水泥、糊精為初始料，外加防水劑和結(jié)合劑，其中防水劑使用的是納米改性有機(jī)硅橡膠溶液，結(jié)合劑為無機(jī)結(jié)合劑；采用機(jī)壓成型方式制備所需尺寸的定型制品，經(jīng)干燥后，保溫，并高溫焙烤而得到。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)和體積穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高、成本低、工藝簡(jiǎn)單、便于施工與烘爐，并且環(huán)保安全等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種高強(qiáng)耐火保溫材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種保溫材料，尤其涉及一種以膨脹蛭石、粘土、耐火水泥、糊精為初始料的高強(qiáng)耐火保溫材料。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)領(lǐng)域，凡是高于常溫環(huán)境下的窯體和爐體，尤其是高溫窯、高溫熔爐，為了防止熱量的流失，在爐體或窯體采用保溫材料。目前800°C以上部位多采用的硅酸鋁陶瓷纖維板或纖維毯作為窯爐耐火襯與鐵殼之間的保溫材料，然而纖維狀隔熱材料一般為疏松多孔結(jié)構(gòu)，吸水性強(qiáng)不利于澆注施工，另外在800~1000°C長(zhǎng)期使用會(huì)發(fā)生析晶，使纖維變脆粉化，導(dǎo)致保溫層塌落變薄，會(huì)引起窯爐襯里結(jié)構(gòu)變形，松動(dòng)、掉磚等，用作電解槽保溫層易導(dǎo)致漏鋁現(xiàn)象，用作回轉(zhuǎn)窯、鋼包、中間包及魚雷車等的耐火襯與鐵殼間的保溫層易引起中后期表面溫度升高，鐵殼變形，影響爐襯保溫性和整體穩(wěn)定性。
[0003]能源價(jià)格日益高昂，傳統(tǒng)能源供應(yīng)緊缺，節(jié)能降耗，綠色生產(chǎn)，勢(shì)在必行。當(dāng)前最迫切的任務(wù)是開發(fā)熱導(dǎo)率低、強(qiáng)度高、高溫體積穩(wěn)定性優(yōu)，1000°c長(zhǎng)期使用不粉化變形的隔熱保溫材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題存在的不足，提供一種結(jié)構(gòu)和體積穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高、成本低、工藝簡(jiǎn)單、便于施工與烘爐，并且環(huán)保安全的高強(qiáng)耐火保溫材料及及制備方法。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，以膨脹蛭石、粘土、耐火水泥、糊精為初始料，外加防水劑和結(jié)合劑；采用機(jī)壓成型方式制備所需尺寸的定型制品，經(jīng)干燥后，保溫，并高溫焙烤，得到這種高強(qiáng)耐火保溫材料。
[0006]初始料中的膨脹蛭石、粘土、耐火水泥、糊精的重量份數(shù)為:膨脹蛭石占初始料總重量的百分比80~95%，粘土占初始料總重量的百分比2~15%，耐火水泥占初始料總重量的百分比2~5%，糊精占初始料總重量的百分比O~2% ;防水劑占初始料總重量的百分比為3~6% ;結(jié)合劑占初始料總重量的百分比為25~30% ;
[0007]其中膨脹蛭石的粒度在0.1~2mm之間，粒度在小于等于Imm與大于0.1mm之間占膨脹蛭石總重量的75~95%，粒度小于等于2mm與大于Imm之間占膨脹蛭石總重量的5 ~25% ；
[0008]其中粘土細(xì)粉的粒度< 0.044mm,扣除灼減后的化學(xué)成分Al20335~48 0Z0 ’AlA+SiO2 ≥ 97%，堿性氧化物 R2O ^ 0.6%0
[0009]其中耐火水泥的Al2O3 > 50%，粒度< 0.088臟。
[0010]其中糊精為工業(yè)黃糊精粉，粒度< 0.1mm。
[0011]其中防水劑使用的是納米改性有機(jī)硅橡膠溶液。
[0012]其中結(jié)合劑為無機(jī)結(jié)合劑，為磷酸二氫鋁、磷酸中的一種，或兩種的組合溶液。[0013]本發(fā)明的制備方法為:
[0014]步驟一、膨脹蛭石的制備:把片狀蛭石從常溫緩慢加熱到800°C后，迅速投入加熱到1000°c的加熱爐中高溫焙燒膨化，膨化后經(jīng)過破碎風(fēng)選分級(jí)制得膨脹蛭石物料；
[0015]步驟二、基質(zhì)的制備:將粘土、耐火水泥、糊精按上述的份數(shù)在混料設(shè)備進(jìn)行混合30-60分鐘得到的混合粉基質(zhì)；
[0016]步驟三、把步驟一制備的膨脹蛭石物料加入結(jié)合劑攪拌，攪拌均勻后加入防水劑，充分?jǐn)嚢杈鶆驖?rùn)濕；再加入步驟二所制備的混合粉混合均勻；
[0017]步驟四、用常規(guī)機(jī)壓成型方式制備各種所需尺寸的定型制品，經(jīng)100~110°C干燥24~36小時(shí)后，在230~300°C下高溫焙烤10~12小時(shí)，得到這種高強(qiáng)耐火保溫材料。
[0018]其中步驟一中的蛭石膨化后經(jīng)過破碎風(fēng)選分級(jí)制得，粒度I~2_，松散堆積密度
<0.2g / cm3 ;粒度0.1~Imm,松散堆積密度< 0.3g/cm3。
[0019]在步驟一中蛭石膨化處理的熱工工藝選擇了先預(yù)熱，再快速加熱的方式，這是因?yàn)槿绻寐偕郎氐?000°c的加熱方式，蛭石只是層間分裂開來，膨脹較小，從而延長(zhǎng)了膨脹時(shí)間；如果將蛭石快速加熱到100(TC時(shí)，在高溫直接作用下，蛭石表面層首先膨脹成為表面隔熱層，致使整個(gè)顆粒的熱阻增大，傳熱變慢，顆粒內(nèi)部的脫水速度變小，并導(dǎo)致降低膨化效率，使膨化時(shí)間延長(zhǎng)；因此本發(fā)明所用的蛭石膨化處理的熱工工藝，使蛭石膨化倍數(shù)可提高30 %，膨化時(shí)間縮短50 %。 [0020]這種熱工工藝所得到的膨化蛭石具有獨(dú)特的層片狀結(jié)構(gòu)和大量的細(xì)小氣孔，在受壓成型時(shí)形成層片狀互穿鑲嵌網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而具有很小的熱導(dǎo)率，對(duì)傳熱有較大的阻隔作用；使最終制品具有耐壓強(qiáng)度高，保溫隔熱性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，并且隨著溫度遞增熱導(dǎo)率變化很小，能夠在使用溫度1000°c以上的高溫始終如一地提供類似于陶瓷纖維板的隔熱保溫效果和水泥石棉板的強(qiáng)度，又具有一定的韌性可緩解熱應(yīng)力；另外在本發(fā)明中膨化蛭石使用了不同的配比，把不連續(xù)尺寸顆粒的堆積和連續(xù)尺寸顆粒的分布與堆積對(duì)顆粒進(jìn)行匹配和密度控制，使制品結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，在高溫下長(zhǎng)期使用本發(fā)明的產(chǎn)品不會(huì)像陶瓷纖維板發(fā)生析晶而粉化變形，從而保證爐襯的保溫性和整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠有效延長(zhǎng)爐體壽命，改善周圍的操作環(huán)境，保證了正常生產(chǎn)，減少了維修率，從而降低了生產(chǎn)成本。
[0021]本發(fā)明使用了納米改性有機(jī)硅橡膠溶液作為防水劑，納米改性有機(jī)硅橡膠溶液具有獨(dú)特防水性，高彈性，整體性涂膜連續(xù)、致密無接縫；性能穩(wěn)定、耐高溫、耐低溫、超耐候、抗老化；它還極具活性的納米粒子能迅速滲透進(jìn)基層內(nèi)部，交聯(lián)成立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體，使制品具有優(yōu)良的觸變性和分散的穩(wěn)定性，因此納米改性有機(jī)硅橡膠溶液作為建筑材料，常用于建筑屋頂樓層、衛(wèi)生間、停車場(chǎng)等一些建筑物中；而本發(fā)明創(chuàng)新把納米改性有機(jī)硅橡膠溶液運(yùn)用在這種耐火保溫材料配方中，充分利用了納米改性有機(jī)硅橡膠溶液的憎水性等這些優(yōu)點(diǎn)，使本發(fā)明的制品不易被水潤(rùn)濕，方便澆注料的施工與烘爐；因此納米改性有機(jī)硅橡膠溶液在本發(fā)明中起到了至關(guān)重要的作用；
[0022]本發(fā)明采用了磷酸鹽高溫結(jié)合劑，可以充分有效地利用產(chǎn)量大、成本低的小顆粒原礦，提高了粉粒狀原礦的利用率和使用溫度。
[0023]本發(fā)明還充分利用了耐火水泥與結(jié)合劑的反應(yīng)固化作用，只需采用常規(guī)液壓機(jī)壓制方法即可成型，整體工藝簡(jiǎn)單，易于大批量生產(chǎn)，可大幅降低了生產(chǎn)成本。
[0024]另外，本發(fā)明不含任何石棉及陶瓷纖維等危害人體健康和污染環(huán)境的物質(zhì)，健康安全，清潔生產(chǎn)。
[0025]本發(fā)明的性能指標(biāo)為:體積密度1.1~1.5g / cm3,耐壓強(qiáng)度15~35MPa，熱導(dǎo)率
0.17~0.25W / mk, 1000°C X24h小時(shí)線收縮率≤2%,24小時(shí)泡水后耐壓強(qiáng)度≥12MPa。
[0026]因此，本發(fā)明可廣泛運(yùn)用在電解槽、回轉(zhuǎn)窯、鋼包、中間包及魚雷車等的耐火襯與鐵殼間的保溫襯，可大為降低鐵殼溫度，減小鐵殼變形，延長(zhǎng)鐵殼壽命，改善周圍的操作環(huán)境。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下實(shí)施例詳細(xì)說明了本發(fā)明。
[0028]實(shí)施例1:
[0029]步驟一、膨脹蛭石的制備:把片狀蛭石從常溫緩慢加熱到800°C后，迅速投入加熱到1000°c的加熱爐中高溫焙燒膨化，膨化后經(jīng)過破碎風(fēng)選分級(jí)制得膨脹蛭石物料；
[0030]步驟二、基質(zhì)的制備:把粘土 2 %，耐火水泥2 %，糊精I(xiàn) %，放在混料設(shè)備進(jìn)行混合60分鐘得到的混合粉基質(zhì)；
[0031]步驟三、把步驟一制備的膨脹蛭石物料選取95%，再加入占初始料總重量的百分比為30%的結(jié)合劑攪拌， 攪拌均勻后加入占初始料總重量的百分比為6%防水劑，充分?jǐn)嚢杈鶆驖?rùn)濕；再加入步驟二所制備的混合粉混合攪拌均勻；
[0032]步驟四、用常規(guī)機(jī)壓成型方式制備各種所需尺寸的定型制品，經(jīng)110°C干燥36小時(shí)后，在300°C下高溫焙烤12小時(shí)，得到這種高強(qiáng)耐火保溫材料。
[0033]本實(shí)施例所獲得的高強(qiáng)耐火保溫材料的體積密度為1.14g / cm3,常溫耐壓強(qiáng)度為17MPa，熱導(dǎo)率(熱面溫度1000°C )為0.165W / mk, 1000°C X 24h小時(shí)線收縮率1.52%，24小時(shí)泡水后耐壓強(qiáng)度12.5MPa。
[0034]實(shí)施例2:
[0035]步驟一、膨脹蛭石的制備:把片狀蛭石從常溫緩慢加熱到800°C后，迅速投入加熱到1000°c的加熱爐中高溫焙燒膨化，膨化后經(jīng)過破碎風(fēng)選分級(jí)制得膨脹蛭石物料；
[0036]步驟二、基質(zhì)的制備:把粘土 5%，耐火水泥3%，糊精2%，放在混料設(shè)備進(jìn)行混合50分鐘得到的混合粉基質(zhì)；
[0037]步驟三、把步驟一制備的膨脹蛭石物料選取90%，再加入占初始料總重量的百分比為28%的結(jié)合劑攪拌，攪拌均勻后加入占初始料總重量的百分比為5%防水劑，充分?jǐn)嚢杈鶆驖?rùn)濕；再加入步驟二所制備的混合粉混合攪拌均勻；
[0038]步驟四、用常規(guī)機(jī)壓成型方式制備各種所需尺寸的定型制品，經(jīng)100°C干燥36小時(shí)后，在280°C下高溫焙烤10小時(shí)，得到這種高強(qiáng)耐火保溫材料。
[0039]本實(shí)施例所獲得的高強(qiáng)耐火保溫材料的體積密度為1.26g/cm3,常溫耐壓強(qiáng)度為20MPa，熱導(dǎo)率(熱面溫度1000°C)為0.169W / mk, 1000°C X 24h小時(shí)線收縮率1.45%，24小時(shí)泡水后耐壓強(qiáng)度14.6MPa。
[0040]實(shí)施例3:
[0041]步驟一、膨脹蛭石的制備:把片狀蛭石從常溫緩慢加熱到800°C后，迅速投入加熱到1000°c的加熱爐中高溫焙燒膨化，膨化后經(jīng)過破碎風(fēng)選分級(jí)制得膨脹蛭石物料；
[0042]步驟二、基質(zhì)的制備:把粘土 8%，耐火水泥5%，糊精2%，放在混料設(shè)備進(jìn)行混合40分鐘得到的混合粉基質(zhì)；
[0043]步驟三、把步驟一制備的膨脹蛭石物料選取85%，再加入占初始料總重量的百分比為28%的結(jié)合劑攪拌，攪拌均勻后加入占初始料總重量的百分比為5%防水劑，充分?jǐn)嚢杈鶆驖?rùn)濕；再加入步驟二所制備的混合粉混合攪拌均勻；
[0044]步驟四、用常規(guī)機(jī)壓成型方式制備各種所需尺寸的定型制品，經(jīng)105°C干燥30小時(shí)后，在250°C下高溫焙烤10小時(shí)，得到這種高強(qiáng)耐火保溫材料。
[0045]本實(shí)施例所獲得的高強(qiáng)耐火保溫材料的體積密度為1.38g/cm3,常溫耐壓強(qiáng)度為25MPa，熱導(dǎo)率(熱面溫度10000C )為0.219W / mk, 1000°C X24h小時(shí)線收縮率1.15%,24小時(shí)泡水后耐壓強(qiáng)度18MPa。
[0046]實(shí)施例4:
[0047]步驟一、膨脹蛭石的制備:把片狀蛭石從常溫緩慢加熱到800°C后，迅速投入加熱到1000°c的加熱爐中高溫焙燒膨化，膨化后經(jīng)過破碎風(fēng)選分級(jí)制得膨脹蛭石物料；
[0048]步驟二、基質(zhì)的制備:把粘土 15 %，耐火水泥5 %，糊精O %，放在混料設(shè)備進(jìn)行混合30分鐘得到的混合粉基質(zhì)；
[0049]步驟三、把步驟一制備的膨脹蛭石物料選取80%，再加入占初始料總重量的百分比為25%的結(jié)合劑攪拌，攪拌均勻后加入占初始料總重量的百分比為3%防水劑，充分?jǐn)嚢杈鶆驖?rùn)濕；再加入步 驟二所制備的混合粉混合攪拌均勻；
[0050]步驟四、用常規(guī)機(jī)壓成型方式制備各種所需尺寸的定型制品，經(jīng)110°C干燥24小時(shí)后，在230°C下高溫焙烤12小時(shí)，得到這種高強(qiáng)耐火保溫材料。
[0051]本實(shí)施例所獲得的高強(qiáng)耐火保溫材料的體積密度為1.49g / cm3,常溫耐壓強(qiáng)度為35MPa，熱導(dǎo)率(熱面溫度1000°C )為0.248W / mk, 1000°C X 24h小時(shí)線收縮率0.96%，24小時(shí)泡水后耐壓強(qiáng)度20MPa。
【權(quán)利要求】
1.一種高強(qiáng)耐火保溫材料，其特征在于:以膨脹蛭石、粘土、耐火水泥、糊精為初始料，外加防水劑和結(jié)合劑；初始料中的膨脹蛭石、粘土、耐火水泥、糊精的重量份數(shù)為:膨脹蛭石占初始料總重量的百分比80~95%，粘土占初始料總重量的百分比2~15%，耐火水泥占初始料總重量的百分比2~5%，糊精占初始料總重量的百分比O~2% ;防水劑占初始料總重量的百分比為3~6% ;結(jié)合劑占初始料總重量的百分比為25~30%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)耐火保溫材料，其特征在于:膨脹蛭石的粒度在0.1~2mm之間，粒度在小于等于Imm與大于0.1mm之間占膨脹蛭石總重量的75~95%,粒度小于等于2mm與大于1mm之間占膨脹蛭石總重量的5~25%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)耐火保溫材料，其特征在于:粘土細(xì)粉的粒度<0.044mm,扣除灼減后的化學(xué)成分Al20335~48 %，Al203+Si02≥97 %，堿性氧化物R2O < 0.6%。
4.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的一種高強(qiáng)耐火保溫材料，其特征在于:耐火水泥的Al2O3>50%，粒度< 0.088mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)耐火保溫材料，其特征在于:糊精為工業(yè)黃糊精粉，粒度< 0.1mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)耐火保溫材料，其特征在于:防水劑使用的是納米改性有機(jī)硅橡膠溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)耐火保溫材料，其特征在于:結(jié)合劑為無機(jī)結(jié)合劑，為磷酸二氫鋁、磷酸中的一種，或兩種的組合溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)耐火保溫材料的制備方法，其特征在于:步驟一、膨脹蛭石的制備:把片狀蛭石從常溫緩慢加熱到800°C后，迅速投入加熱到1000°C的加熱爐中高溫焙燒膨化，膨化后經(jīng)過破碎風(fēng)選分級(jí)制得膨脹蛭石物料； 步驟二、基質(zhì)的制備:將粘土、耐火水泥、糊精按上述的份數(shù)在混料設(shè)備進(jìn)行混合30-60分鐘得到的混合粉基質(zhì)； 步驟三、把步驟一制備的膨脹蛭石物料加入結(jié)合劑攪拌，攪拌均勻后加入防水劑，充分?jǐn)嚢杈鶆驖?rùn)濕；再加入步驟二所制備的混合粉混合均勻； 步驟四、用常規(guī)機(jī)壓成型方式制備各種所需尺寸的定型制品，經(jīng)100~110°C干燥24~36小時(shí)后，在230~300°C下高溫焙烤10~12小時(shí)，得到這種高強(qiáng)耐火保溫材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種高強(qiáng)耐火保溫材料的制備方法，其特征在于:步驟一中的蛭石膨化后經(jīng)過破碎風(fēng)選分級(jí)制得，粒度1~2mm,松散堆積密度< 0.2g/cm3 ;粒度0.1~1mm，松散堆積密度< 0.3g/cm3。
【文檔編號(hào)】C04B28/34GK103951372SQ201410155179
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】張克強(qiáng), 王國(guó)田, 吳愛軍, 張藝?yán)_, 崔明奎, 王磊 申請(qǐng)人:張克強(qiáng)