本發(fā)明為一種燕尾榫式鑲嵌結(jié)構(gòu)的復(fù)合磚及其制備方法，是把耐侵蝕、耐磨和耐高溫材料和隔熱耐火保溫材料復(fù)合起來，起到即耐用又保溫的雙重作用，屬于熱工窯爐領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

專利201520034200.9是涉及回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，也是復(fù)合內(nèi)襯。外層為保溫層，工作層為致密層。兩者之間用金屬錨固件卯住，并金屬錨固件焊接在窯筒體上。因為用在回轉(zhuǎn)窯上，工作層采用的含有碳化硅的鋁硅系耐火材料，隔熱層是沒有碳化硅的輕質(zhì)鋁硅系耐火材料。該結(jié)構(gòu)能保溫，但是在使用溫度高時，特別是回轉(zhuǎn)窯的高溫帶，金屬錨固件就難以抵抗高溫而失效。這導(dǎo)致保溫層和工作層脫節(jié)，出現(xiàn)滑動，剝離，脫落等現(xiàn)象。另一方面，即使用少量的金屬錨固件，也會大大提高導(dǎo)熱性能，導(dǎo)致保溫效果顯著降低。

專利201010130626.6也是回轉(zhuǎn)窯的復(fù)合結(jié)構(gòu)。窯體內(nèi)襯由內(nèi)襯磚和澆注料構(gòu)成，內(nèi)襯磚為耐磨層和保溫層構(gòu)成的復(fù)合磚。保溫層靠近窯體，內(nèi)襯磚中埋伏的錨固件與窯體連接固定。內(nèi)襯磚和澆注料間隔分布。澆注料中埋伏的錨固件與窯體連接固定。內(nèi)襯磚的側(cè)面設(shè)有凹坑，內(nèi)襯磚和澆注料與窯體間襯有輕質(zhì)高鋁纖維氈。使用壽命達(dá)到了2年。這樣的結(jié)構(gòu)仍然存在下列弊?。壕褪墙饘馘^固件的使用溫度受到限制。在回轉(zhuǎn)窯的預(yù)熱帶和冷卻帶等低溫下可以使用，但是在高溫帶金屬件就會失效。導(dǎo)致使用壽命很短，甚至窯體滑動，脫落等事故的發(fā)生。也必須指出的是金屬的導(dǎo)熱系數(shù)高，導(dǎo)致窯襯的保溫性能并不是很好。如對于一種長200mm復(fù)合磚，其中保溫層（導(dǎo)熱系數(shù)為0.9w/mk）長70mm，工作層（導(dǎo)熱系數(shù)為3.2w/mk）長130mm，金屬錨固件占整個磚部分的1%。這樣該復(fù)合結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)為2.09w/mk。而如果不采用金屬錨固件，這樣復(fù)合結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)為1.69w/mk。這樣會導(dǎo)致鋼殼溫度由376⁰C下降到342⁰C，熱量散失減少12%。因此金屬錨固件的復(fù)合襯或磚結(jié)構(gòu)不是好的一種結(jié)構(gòu)。這導(dǎo)致不適合于高溫環(huán)境和導(dǎo)致鋼殼溫度高出近34⁰C，對于節(jié)能產(chǎn)生不利的影響。

專利200920270841.9介紹了一種節(jié)能磚及其構(gòu)成的回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯結(jié)構(gòu)。節(jié)能磚由耐火耐磨層和絕熱層兩部分復(fù)合燒結(jié)而成，上面層為絕熱層，下面層為耐磨層。絕熱層主體部分的上面有凸臺，形成“凸”字形結(jié)構(gòu)?；剞D(zhuǎn)窯內(nèi)襯結(jié)構(gòu)由若干塊節(jié)能磚和保溫磚構(gòu)成，每塊節(jié)能磚上部突臺部分的外邊與窯皮接觸，形成空腔。在該空腔內(nèi)填充保溫材料，形成保溫層。該專利設(shè)計是新穎的有創(chuàng)意，也可以實施，但難以取得好的效果。主要因為有下列問題：1）保溫層和燒結(jié)層直接復(fù)合，在燒成過程中，就會因為兩種材料的不同而膨脹的差異而導(dǎo)致開裂分離開來，2）輕質(zhì)保溫層必須有高強度支撐，一旦強度跟不上去，再加上與窯皮接觸面積小，將會導(dǎo)致在回轉(zhuǎn)窯運轉(zhuǎn)過程中，被磨損，這不但導(dǎo)致保溫被破壞，同時窯襯也被破壞而停窯。

專利200920228196.4申請了“復(fù)合式保溫磚”這種磚型實質(zhì)上就是一種槽型磚，槽內(nèi)放置保溫材料保護起來。這已經(jīng)是很平?，F(xiàn)象了，不足以形成專利了。

專利201620043021.6是一種碳素煅燒回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯用預(yù)制磚。它的金屬錨固件不能滿足高溫下使用，同時也提高了導(dǎo)熱系數(shù)。再就是保溫層與高溫層之間的結(jié)合容易在使用過程中經(jīng)過高溫而因膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致很大熱應(yīng)力而開裂。

專利201010192161.7介紹了“一種鎂鋁尖晶石結(jié)構(gòu)隔熱一體化復(fù)合磚及制備方法”。該磚工作層為鎂鋁尖晶石磚，隔熱層為輕質(zhì)氧化鋁或鋁鎂空心球磚。這種磚看上去可行，實際上難以產(chǎn)生好的效果。主要是因為這兩種材料是兩種不同性質(zhì)的材料。一種是鎂鋁尖晶石材料的工作層，它的熱膨脹系數(shù)高大約11~14×10^-6/⁰C，而保溫層是氧化鋁（鎂）空心球材料作為保溫層，它的熱膨脹系數(shù)為7~8.5×10^-6/⁰C。這界面之間的膨脹差異是非常大的。如對于直徑為3500 mm的回轉(zhuǎn)窯，這個界面處直徑取3300 mm，因高溫（取1200⁰C）而產(chǎn)生的變形量為3.14×3300（12.5-7.75）×10^-6×1200=59 mm。在升溫過程中，變形量只有59/(3.14×3300)=0.0057。這對于升溫是外漲擠壓，應(yīng)該是沒有問題的。但是對于停窯冷卻時，工作層冷到常溫收縮量為3.14×3300×12.5×10^-6×1200=156 mm。一般耐火材料是脆性材料，允許變形量是很小的。這么大的尺寸變化，足以使界面裂開，導(dǎo)致運轉(zhuǎn)過程中滑動和窯襯破壞。

專利“一種低導(dǎo)熱多層復(fù)合莫來石磚及其制備方法”201310172268.9 把低導(dǎo)熱系數(shù)的莫來石磚和硅莫磚進行復(fù)合，并且在磚背面留有凹槽，鑲嵌絕熱層。這樣顯著降低了導(dǎo)熱系數(shù)，提高了保溫性能。因為采用的保溫層和硅莫磚的熱膨脹系數(shù)相當(dāng)（4~5.5×10^-6/⁰C），不會產(chǎn)生很大的應(yīng)力，其二是保溫層也是比較高密度的，它具有較高的強度，因此具有承受較高應(yīng)力的能力。因此這種復(fù)合是可行的。因為采用導(dǎo)熱系數(shù)較高的纖維氈作為絕熱層和保溫層，使得保溫效果不理想，有很大的降溫空間。

專利 201220185773.8介紹了爐窯內(nèi)襯用復(fù)合預(yù)制磚。它的缺點其一是金屬錨固件嚴(yán)重影響了導(dǎo)熱系數(shù)，和限制了高溫使用條件。其二是輻射隔熱節(jié)能涂層。該涂層加快了傳熱，而不是節(jié)能。應(yīng)該是反射隔熱節(jié)能涂層。這才是降低散熱，起到節(jié)能作用。

專利201220221049.6介紹了加強型復(fù)合耐火磚。也是工作層用耐磨致密材料，而后端用隔熱保溫材料。它們之間用金屬加強筋。這可以實現(xiàn)，但達(dá)不到效果。在常溫下可以起到加強作用，但是在高溫下，金屬強度很低，甚至沒有強度，其二是它與本體熱膨脹系數(shù)差異很大，會產(chǎn)生很大熱應(yīng)力而導(dǎo)致裂開，其三是金屬的導(dǎo)熱系數(shù)很高，對降低導(dǎo)熱系數(shù)是沒有好處的。

專利“遠(yuǎn)紅外耐火材料磚”介紹了一種由重質(zhì)材料層一側(cè)為T型部分與凹槽結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)耐火材料層相結(jié)合，在重質(zhì)層外表面貼層遠(yuǎn)紅外層。這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)嵤?，也能產(chǎn)生好的效果。值得吸取。

專利201020260343.9介紹了一種活性石灰回轉(zhuǎn)窯用復(fù)合磚結(jié)構(gòu)。介紹是主要解決了有復(fù)合磚存在的隔熱層與工作層之間結(jié)合不好和磚體與磚體之間連接不牢固的缺點。在工作層和隔熱層之間的結(jié)合面為齒輪狀或小圓弧形狀咬合連接。這比直線復(fù)合是好了很多，但是當(dāng)窯爐冷卻下來時，內(nèi)工作層很大，導(dǎo)致掉磚而抽簽。特別是保溫層和工作層材質(zhì)差別很大時，之間的界面應(yīng)力很大，導(dǎo)致沿著界面裂開時，更容易抽簽。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

現(xiàn)有專利中面臨的問題是：1）采用金屬錨固件。實際上金屬錨固件高溫不是增強而是弱化和提高導(dǎo)熱性；2）輕質(zhì)保溫材料和重質(zhì)耐磨耐高溫和耐蝕性材料之間的復(fù)合不牢固，特別是在熱工窯爐啟動和停爐造成溫度大的波動時，易出現(xiàn)裂縫、抽簽和塌窯現(xiàn)象的發(fā)生；3）采用保溫材料層，為了提高強度而采用的半輕質(zhì)材料，保溫性能不好；4）采用的所謂的絕熱層多是采用的纖維氈或板，其隔熱性能遠(yuǎn)比納米板差。

為了解決這些問題，本發(fā)明提供了一種燕尾榫式鑲嵌結(jié)構(gòu)的復(fù)合磚及其制備方法，將重質(zhì)材料和輕質(zhì)保溫材料分別放置模具的兩端，中間用燕尾榫式擋板隔開，然后進行成型和固化而制得復(fù)合磚。

前述復(fù)合磚，所述重質(zhì)材料和輕質(zhì)保溫材料之間采用燕尾槽式咬合鑲嵌結(jié)構(gòu)，其中重質(zhì)耐火材料A的凸出部分是外大內(nèi)小，輕質(zhì)保溫材料B的凸出部分也是外大內(nèi)小。

前述復(fù)合磚，所述的燕尾槽式鑲嵌結(jié)構(gòu)中，在輕質(zhì)保溫材料B背面留有凹槽，在凹槽內(nèi)放置納米保溫板。

前述復(fù)合磚，所述的成型方式為整體機壓成型、整體澆注成型或先將保溫磚與重質(zhì)磚制成再復(fù)合成型。

前述復(fù)合磚，所述的固化是指成型后要經(jīng)過養(yǎng)護和加熱以提高強度的過程。

前述復(fù)合磚，所述固化的溫度為小于600℃，保溫時間應(yīng)大于3h（優(yōu)選的是：固化溫度為110~250℃，保溫時間為20h）。

前述復(fù)合磚，所述重質(zhì)耐火材料指的是密度大于2.50 g/cm³的鎂鋁質(zhì)耐火磚或澆注料、氧化鋁碳化硅質(zhì)耐火磚或澆注料、高鋁質(zhì)耐火磚或澆注料、鎂鋁鐵尖晶石質(zhì)耐火磚或澆注料。

前述復(fù)合磚，所述輕質(zhì)保溫材料指的是密度小于2.0 g/cm³的鋁硅質(zhì)保溫磚、板或澆注料、鎂鋁質(zhì)保溫磚、板或澆注料。

本發(fā)明用于生產(chǎn)一種燕尾榫式鑲嵌結(jié)構(gòu)的復(fù)合磚，在兩種材料，一種是輕質(zhì)保溫材料，另一種是重質(zhì)耐火材料復(fù)合在一起。輕質(zhì)保溫材料靠近外邊的鋼殼，起到隔熱保溫的作用，另一種重質(zhì)材料作為工作層，具有耐侵蝕、耐磨損和耐高溫的作用。這兩種配料經(jīng)過燕尾榫的形式牢固地復(fù)合在一起。即使經(jīng)過停窯、烘窯等高溫波動也不會裂開分離，仍然能夠成為一個整體。復(fù)合方法是將混合好的兩種料放置模具的兩頭，中間采用燕尾榫式的擋板隔開。放好料抹平后，取出擋板。然后進行成型。成型方法有三種：一是壓力機成型，二是振動澆注成型，三是先各自制成磚（保溫磚和重質(zhì)磚），然后再插入和粘合進行復(fù)合成型。澆注成型同樣是把輕質(zhì)澆注料和重質(zhì)澆注料兩種澆注料分別放置在模具的兩頭，中間采用燕尾榫形式的擋板隔開。振動澆注成型，并取出擋板，繼續(xù)振動成型并致密化。這樣成型的復(fù)合磚呈現(xiàn)卯榫形式的牢固連接，不會因為溫度的波動而開裂和脫離。也不會因停窯而出現(xiàn)襯磚抽簽現(xiàn)象。

本發(fā)明與目前已有的產(chǎn)品相比，采用了下述結(jié)構(gòu)和方法，并產(chǎn)生了顯著的優(yōu)勢：

1）在輕質(zhì)料和重質(zhì)料之間采用燕尾榫式咬合鑲嵌結(jié)構(gòu)，這樣即使兩種材料因性能差別很大導(dǎo)致結(jié)合不牢時，也不會出現(xiàn)工作層和保溫層脫離（抽簽）現(xiàn)象的發(fā)生，同時不用金屬錨固件，也顯著降低了導(dǎo)熱系數(shù)，提高了窯爐保溫性能；

2）輕質(zhì)保溫層采用納微米高溫材料，它具有高強、耐高溫和具有非常低的導(dǎo)熱系數(shù)特點；

3）在輕質(zhì)保溫材料背面，仍然留有一定的凹槽，在凹槽內(nèi)放置納米絕熱板，而不是纖維氈或板，這樣更進一步提高了保溫性能。

附圖說明

圖1是燕尾榫式的鑲嵌結(jié)構(gòu)；

圖2是實施例1中燕尾榫式的鑲嵌結(jié)構(gòu)；

圖3是實施例2中燕尾榫式的鑲嵌結(jié)構(gòu)；

圖中A為工作層，B為保溫層，C為納米保溫板隔熱層，a為燕尾榫小頭尺寸，b為燕尾榫大頭尺寸。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例和實驗例詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但保護范圍不限于此。

本發(fā)明所用原料皆可從陽谷信民耐火材料有限公司和山東柯信新材料有限公司購買。

實施例1見附圖2.工作層A采用鎂鋁尖晶石澆注料，它的性能如表1。輕質(zhì)保溫層B采用納微米鋁硅質(zhì)澆注料，其性能見表1。它們之間的復(fù)合采用燕尾榫方式復(fù)合。燕尾槽大頭尺寸為b，小頭尺寸為a。要求兩者必須滿足下列條件：

a≤0.97b

這樣能保證停窯后，尺寸收縮后大頭仍然會大于小頭尺寸，因此不會產(chǎn)生抽簽和塌窯現(xiàn)象的發(fā)生。

表1

該復(fù)合磚應(yīng)用于窯膛溫度為1500℃的生產(chǎn)石灰回轉(zhuǎn)窯，當(dāng)磚的保溫層長為80mm，工作層長為170mm時，凹槽尺寸為10mm，內(nèi)放置10mm高溫納米板，如附圖2中標(biāo)注C位置。這樣回轉(zhuǎn)窯殼溫度為203℃，而沒有保溫的回轉(zhuǎn)窯運轉(zhuǎn)時溫度達(dá)到了370℃，溫降達(dá)到了167℃之多，對于直徑為4200mm，長為60000mm的回轉(zhuǎn)窯，可每年可以減少散熱達(dá)到5400噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

實施例2

見附圖3.工作層采用高鋁不燒磚，它的性能如表2。輕質(zhì)保溫層B采用納微米鋁硅質(zhì)澆注料，其性能見表2。它們之間的復(fù)合采用燕尾槽方式復(fù)合。燕尾榫大頭尺寸為b，小頭尺寸為a。要求兩者必須滿足下列條件：

a≤0.97b

這樣能保證停窯后，尺寸收縮后大頭仍然會大于小頭尺寸，因此不會產(chǎn)生抽簽和塌窯現(xiàn)象的發(fā)生。

表2

該復(fù)合磚應(yīng)用于窯膛溫度為1600℃的回轉(zhuǎn)窯襯，當(dāng)磚的保溫層長為80mm，工作層長為180mm時，凹槽尺寸為10mm，內(nèi)放置10mm高溫納米板，如附圖3中標(biāo)注C位置。這樣回轉(zhuǎn)窯殼溫度為197℃，而沒有保溫的回轉(zhuǎn)窯運轉(zhuǎn)時初期溫度達(dá)到了340℃，而回轉(zhuǎn)窯后期窯殼溫度達(dá)到接近500℃，不得不向窯殼噴水才能使回轉(zhuǎn)窯運轉(zhuǎn)。對于直徑為3500mm，長為60000mm的生產(chǎn)高鋁礬土熟料的回轉(zhuǎn)窯，每年可以減少散熱達(dá)到5800噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

應(yīng)當(dāng)指出的是，具體實施方式只是本發(fā)明比較有代表性的例子，顯然本發(fā)明的技術(shù)方案不限于上述實施例，還可以有很多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，以本發(fā)明所明確公開的或根據(jù)文件的書面描述毫無異議的得到的，均應(yīng)認(rèn)為是本專利所要保護的范圍。