本發(fā)明涉及耐火材料工業(yè)領(lǐng)域，尤其涉及一種炭素煅燒爐用紅柱石-莫來(lái)石復(fù)合磚及其制備方法。
背景技術(shù)：
炭素煅燒工藝是炭素陽(yáng)極生產(chǎn)過(guò)程中最重要的工藝過(guò)程，炭素煅燒爐是炭素生產(chǎn)的主要煅燒設(shè)備，煅燒工藝就是把石油焦原料煅燒成具有一定機(jī)械強(qiáng)度和理化指標(biāo)的段后石油焦，簡(jiǎn)稱煅后焦。煅后焦是炭陽(yáng)極生產(chǎn)的主要原料，煅后焦的質(zhì)量決定著陽(yáng)極塊的質(zhì)量。隨著煅燒技術(shù)進(jìn)步和行業(yè)的發(fā)展，多數(shù)煅燒爐火道層由原來(lái)的六層改為八層，拉長(zhǎng)了煅燒帶，提高了物料煅燒溫度。同時(shí)隨著炭素煅燒爐優(yōu)質(zhì)的石油焦原料減少，原料中雜質(zhì)成分越來(lái)越多，高硫石油焦原料的增加，使得炭素煅燒爐的工況條件十分苛刻，對(duì)爐襯耐火材料的侵蝕也更為嚴(yán)重，窯爐使用壽命也隨之降低，傳統(tǒng)的硅磚、高鋁磚等已經(jīng)無(wú)法滿足生產(chǎn)需求。因此，開發(fā)新型的優(yōu)質(zhì)耐火材料，提高其高溫性能和抗侵蝕性，從而保證和延長(zhǎng)炭素煅燒爐的使用壽命，是炭素行業(yè)和耐火行業(yè)共同關(guān)注的重要研究課題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種炭素煅燒爐用紅柱石-莫來(lái)石復(fù)合磚及其制備方法。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種炭素煅燒爐用紅柱石-莫來(lái)石復(fù)合磚，包括由以下重量百分比的原料配比而成的物料a：燒結(jié)高鋁礬土40～60wt％、電熔莫來(lái)石10～30wt％、紅柱石15～25wt％、高嶺土5～15wt％、添加劑1～5wt％，還包括結(jié)合劑，所述結(jié)合劑與物料a按重量配比為2～5:100，其中所述燒結(jié)高鋁礬土粒度≤5mm，所述電熔莫來(lái)石粒度≤0.088mm，所述紅柱石粒度≤0.074mm，所述高嶺土粒度≤0.044mm，所述高嶺土選自廣西白泥和蘇州土其中的一種。
優(yōu)選地，所述燒結(jié)高鋁礬土中al2o3的含量60～75wt％，fe2o3的含量≤3wt％，其余為雜質(zhì)含量。
優(yōu)選地，所述電熔莫來(lái)石中al2o3的含量為60～70wt％，sio2的含量為25～35wt％，fe2o3的含量≤0.8wt％，其余為雜質(zhì)含量。
優(yōu)選地，所述紅柱石中al2o3的含量為50～60wt％，sio2的含量為35～45wt％，fe2o3的含量≤1.5wt％，其余為雜質(zhì)含量。
優(yōu)選地，所述廣西白泥中al2o3的含量為35～40wt％，sio2的含量為40～50wt％，fe2o3的含量為≤1.0wt％，其余為雜質(zhì)含量，所述蘇州土中al2o3的含量為30～35wt％，sio2的含量為45～50wt％，fe2o-3的含量為≤0.8wt％，其余為雜質(zhì)含量。
優(yōu)選地，所述添加劑為選自tio2細(xì)粉、α-al2o3微粉、鐵鱗中的至少一種。
優(yōu)選地，所述tio2細(xì)粉的粒度＜0.044mm，所述tio2細(xì)粉中tio2的含量≥98wt％；所述α-al2o3微粉的粒度為5～10μm，所述α-al2o3微粉中al2o3的含量＞99wt％；所述鐵鱗的粒度＜0.088mm，鐵鱗中fe2o3的含量為65～80wt％。
優(yōu)選地，所述結(jié)合劑為比重1.30～1.35的磷酸溶液。
一種炭素煅燒爐用紅柱石-莫來(lái)石復(fù)合磚的制備方法，包括以下步驟：
a、稱取物料a及結(jié)合劑，先將稱取的燒結(jié)高鋁礬土先加入濕碾機(jī)中，進(jìn)行混料10min，然后加入結(jié)合劑混碾5～10min，然后依次加入電熔莫來(lái)石、紅柱石、高嶺土及添加劑，添加間隔為2～3min，混碾20～30min，得到混合物料；
b、將步驟a得到的混合物料采用擦壓磚機(jī)進(jìn)行壓制成型，壓磚機(jī)的壓力控制為630～2000t，壓制后所得磚坯的體積密度為2.6～2.9g/cm3；
c、將步驟b得到的磚坯在80～160℃下干燥8～24h；然后采用高溫隧道窯進(jìn)行燒成，燒成溫度為1450～1600℃，在此燒成溫度下保溫4～12h，保溫后冷卻出窯，得到產(chǎn)品紅柱石-莫來(lái)石復(fù)合磚。
本發(fā)明的有益效果在于：
1、本發(fā)明技術(shù)方案中引入tio2細(xì)粉，在較低的燒成溫度下促進(jìn)材料達(dá)到良好燒結(jié)，ti4+的擴(kuò)散促進(jìn)了tio2與al2o3形成鈦酸鋁(al2tio3)固溶體的反應(yīng)更加完全，加速了材料的燒結(jié)進(jìn)程。這就有利于制品晶粒尺寸發(fā)育長(zhǎng)大，同時(shí)強(qiáng)化al2o3與莫來(lái)石間的直接結(jié)合，復(fù)合材料抗熱震性和強(qiáng)度為之提高。
2、本發(fā)明技術(shù)方案中引入α-al2o3微粉，由于其表面質(zhì)點(diǎn)的活化和無(wú)序化，因而具有能態(tài)高、活性大，促進(jìn)燒結(jié)的特點(diǎn)。促燒結(jié)主要機(jī)理：1)適量加入微粉，因填隙減少了氣孔；2)微粉分布在顆粒邊緣，因其表面活性和質(zhì)點(diǎn)可動(dòng)性，能在較低的溫度與顆粒結(jié)合得更好，從而封閉部分貫通氣孔，促進(jìn)制品組織結(jié)構(gòu)更為致密，強(qiáng)度、荷重軟化溫度為之提高。
3、本發(fā)明技術(shù)方案中引入鐵鱗，高溫過(guò)程中，feo溶解在方鎂石中，以(mg·fe)o形式存在，fe2o3則與方鎂石形成鎂鐵尖晶石，鎂鐵尖晶石也能部分溶解在方鎂石中形成有限固溶體，從而促進(jìn)基體與基質(zhì)之間的結(jié)合，使制品達(dá)到良好的燒結(jié)，提高強(qiáng)度。
4、本發(fā)明采用的結(jié)合劑為磷酸溶液，磷酸h3po4通常為酸性和中性耐火材料的結(jié)合劑，調(diào)制為60％濃度透明水溶液，可長(zhǎng)期保持其塑性、添加抑制劑，不需要困料。結(jié)合劑優(yōu)點(diǎn)：磚坯泥料潤(rùn)滑易于成型，坯體棱角好，外觀完整，半成品生坯體具有高強(qiáng)度，易于搬運(yùn)，半成品率高，也有助燒效果，使制品在高溫下，始終保持較高的強(qiáng)度。
5、本發(fā)明制備的產(chǎn)品紅柱石-莫來(lái)石復(fù)合磚具有良好的導(dǎo)熱性能，低熱膨脹率，熱震穩(wěn)定性好，強(qiáng)度高，蠕變性小，可節(jié)約能源，延長(zhǎng)爐襯使用壽命，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
6、本發(fā)明產(chǎn)品紅柱石-莫來(lái)石復(fù)合磚的莫來(lái)石化效應(yīng)賦予磚良好的性能：
①高溫下約1300℃紅柱石可直接轉(zhuǎn)化為莫來(lái)石：
3(al2o3·sio2)紅柱石→al2o3·sio2(一次莫來(lái)石)+sio2，一次莫來(lái)石起“纖維增強(qiáng)”效果，提高制品機(jī)械性能；
②隨溫度升高，約在1480℃紅柱石分解完全，莫來(lái)石生成量增多，同時(shí)與部分sio2和基質(zhì)中鋁微粉反應(yīng)生成二次莫來(lái)石：
3al2o3+2sio2→3al2o3·2sio2(二次莫來(lái)石)，二次莫來(lái)石呈顆粒狀均勻分布在整個(gè)制品中，起橋接增韌作用。
7、本發(fā)明產(chǎn)品紅柱石-莫來(lái)石復(fù)合磚性能特點(diǎn)是：熱膨脹率低，復(fù)合磚中紅柱石無(wú)論粒度粗細(xì)，最大的體膨脹率在5％左右，線膨脹率1-1.5％，這種輕微熱膨脹的優(yōu)越性，可避免產(chǎn)品的體積收縮，從而保證了耐火磚磚縫結(jié)合緊密或少開裂。
8、本發(fā)明產(chǎn)品紅柱石-莫來(lái)石復(fù)合磚的結(jié)晶過(guò)程是自表面開始逐步深入的過(guò)程，從約1200℃開始緩慢平衡地進(jìn)行，一般在1400℃開始快速轉(zhuǎn)化，其最終轉(zhuǎn)化溫度在1600℃，轉(zhuǎn)化完全時(shí)生成約83％的莫來(lái)石和16-17％的富硅玻璃相，莫來(lái)石形狀為針狀，纖維狀、網(wǎng)絡(luò)狀等，對(duì)提高材料的高溫性能和韌性起非常關(guān)鍵的作用，也是制品抗熱震性好的根本所在。
9、本發(fā)明產(chǎn)品紅柱石-莫來(lái)石復(fù)合磚適用于炭素煅燒爐，具有高的導(dǎo)熱率，低的膨脹率，良好的熱震穩(wěn)定性，耐壓強(qiáng)度高，抗蠕變性好，可以取代傳統(tǒng)的粘土磚、高鋁磚和硅磚，可節(jié)約能源，對(duì)延長(zhǎng)爐襯使用壽命有很好的效果。
表1本發(fā)明產(chǎn)品紅柱石-莫來(lái)石復(fù)合磚的綜合性能指標(biāo)。
表1
具體實(shí)施方式：
以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。
以下實(shí)施例中其中燒結(jié)高鋁礬土粒度≤5mm，燒結(jié)高鋁礬土中al2o3的含量60～75wt％，fe2o3的含量≤3wt％，其余為雜質(zhì)含量；電熔莫來(lái)石粒度≤0.088mm，電熔莫來(lái)石中al2o3的含量為60～70wt％，sio2的含量為25～35wt％，fe2o3的含量≤0.8wt％，其余為雜質(zhì)含量；紅柱石粒度≤0.074mm，紅柱石中al2o3的含量為50～60wt％，sio2的含量為35～45wt％，fe2o3的含量≤1.5wt％，其余為雜質(zhì)含量；廣西白泥粒度≤0.044mm，廣西白泥中al2o3的含量為35～40wt％，sio2的含量為40～50wt％，fe2o3的含量為≤1.0wt％，其余為雜質(zhì)含量；蘇州土粒度≤0.044mm，蘇州土中al2o3的含量為30～35wt％，sio2的含量為45～50wt％，fe2o3的含量為≤0.8wt％，其余為雜質(zhì)含量；tio2細(xì)粉的粒度＜0.044mm，tio2細(xì)粉中tio2的含量≥98wt％；α-al2o3微粉的粒度為5～10μm，α-al2o3微粉中al2o3的含量＞99wt％；鐵鱗的粒度＜0.088mm，鐵鱗中fe2o3的含量為65～80wt％。
實(shí)施例1
一種炭素煅燒爐用紅柱石-莫來(lái)石復(fù)合磚及其制備方法，包括以下重量的原料：燒結(jié)高鋁礬土60kg、電熔莫來(lái)石15kg、紅柱石15kg、廣西白泥7kg、tio2細(xì)粉3kg，還包括比重為1.30的磷酸溶液4kg。
制備方法如下：
a、稱取原料，先將稱取的燒結(jié)高鋁礬土先加入濕碾機(jī)中，進(jìn)行混料10min，然后加入磷酸溶液混碾10min，然后依次加入電熔莫來(lái)石、紅柱石、廣西白泥及tio2細(xì)粉，添加間隔為2min，混碾30min，得到混合物料；
b、將步驟a得到的混合物料采用擦壓磚機(jī)進(jìn)行壓制成型，壓磚機(jī)的壓力控制為1000t，壓制后所得磚坯的體積密度為2.8g/cm3；
c、將步驟b得到的磚坯在150℃下干燥12h；然后采用高溫隧道窯進(jìn)行燒成，燒成溫度為1500℃，在此燒成溫度下保溫6h，保溫后冷卻出窯，得到產(chǎn)品紅柱石-莫來(lái)石復(fù)合磚。
本實(shí)施例所得產(chǎn)品性能檢測(cè)結(jié)果見表2。
實(shí)施例2
一種炭素煅燒爐用紅柱石-莫來(lái)石復(fù)合磚及其制備方法，包括以下重量的原料：燒結(jié)高鋁礬土55kg、電熔莫來(lái)石20kg、紅柱石15kg、蘇州土5kg、α-al2o3微粉5kg，還包括比重為1.32的磷酸溶液3.5kg。
制備方法如下：
a、稱取原料，先將稱取的燒結(jié)高鋁礬土先加入濕碾機(jī)中，進(jìn)行混料10min，然后加入磷酸溶液混碾8min，然后依次加入電熔莫來(lái)石、紅柱石、蘇州土及α-al2o3微粉，添加間隔為3min，混碾30min，得到混合物料；
b、將步驟a得到的混合物料采用擦壓磚機(jī)進(jìn)行壓制成型，壓磚機(jī)的壓力控制為1200t，壓制后所得磚坯的體積密度為2.9g/cm3；
c、將步驟b得到的磚坯在1200℃下干燥8h；然后采用高溫隧道窯進(jìn)行燒成，燒成溫度為1450℃，在此燒成溫度下保溫8h，保溫后冷卻出窯，得到產(chǎn)品紅柱石-莫來(lái)石復(fù)合磚。
本實(shí)施例所得產(chǎn)品性能檢測(cè)結(jié)果見表2。
實(shí)施例3
一種炭素煅燒爐用紅柱石-莫來(lái)石復(fù)合磚及其制備方法，包括以下重量的原料：燒結(jié)高鋁礬土50kg、電熔莫來(lái)石10kg、紅柱石20kg、廣西白泥15kg、α-al2o3微粉2kg、鐵鱗3kg，還包括比重為1.35的磷酸溶液5kg。
制備方法如下：
a、稱取原料，先將稱取的燒結(jié)高鋁礬土先加入濕碾機(jī)中，進(jìn)行混料10min，然后加入磷酸溶液混碾10min，然后依次加入電熔莫來(lái)石、紅柱石、廣西白泥、α-al2o3微粉、鐵鱗，添加間隔為2min，混碾20～30min，得到混合物料；
b、將步驟a得到的混合物料采用擦壓磚機(jī)進(jìn)行壓制成型，壓磚機(jī)的壓力控制為630t，壓制后所得磚坯的體積密度為2.7g/cm3；
c、將步驟b得到的磚坯在110℃下干燥18h；然后采用高溫隧道窯進(jìn)行燒成，燒成溫度為1550℃，在此燒成溫度下保溫6h，保溫后冷卻出窯，得到產(chǎn)品紅柱石-莫來(lái)石復(fù)合磚。
本實(shí)施例所得產(chǎn)品性能檢測(cè)結(jié)果見表2。
實(shí)施例4
一種炭素煅燒爐用紅柱石-莫來(lái)石復(fù)合磚及其制備方法，包括以下重量的原料：燒結(jié)高鋁礬土40kg、電熔莫來(lái)石30kg、紅柱石15kg、蘇州土10kg、鐵鱗5kg，還包括比重為1.30的磷酸溶液2.5kg。
制備方法如下：
a、稱取原料，先將稱取的燒結(jié)高鋁礬土先加入濕碾機(jī)中，進(jìn)行混料10min，然后加入磷酸溶液混碾7min，然后依次加入電熔莫來(lái)石、紅柱石、蘇州土、鐵鱗，添加間隔為2min，混碾20min，得到混合物料；
b、將步驟a得到的混合物料采用擦壓磚機(jī)進(jìn)行壓制成型，壓磚機(jī)的壓力控制為1600t，壓制后所得磚坯的體積密度為2.84g/cm3；
c、將步驟b得到的磚坯在80℃下干燥24h；然后采用高溫隧道窯進(jìn)行燒成，燒成溫度為1600℃，在此燒成溫度下保溫10h，保溫后冷卻出窯，得到產(chǎn)品紅柱石-莫來(lái)石復(fù)合磚。
本實(shí)施例所得產(chǎn)品性能檢測(cè)結(jié)果見表2。
表2