輕質(zhì)莫來石磚的力學(xué)性能由Al2O3/SiO2之比和顯微結(jié)構(gòu)決定，尤其是Al2O3含量為68%的莫來石磚，在1300℃時(shí)抗彎強(qiáng)度達(dá)570MPa，斷裂韌性Kic達(dá)5.7MPa.Nm，均比常溫時(shí)高1.6倍，這種隨溫度升高、強(qiáng)度和韌性不僅不衰減反而大幅度提高，在現(xiàn)有的高溫陶瓷材料中除SiC外，是絕無僅有的，這也是輕質(zhì)莫來石磚作為高溫材料極佳的特性。
以燒結(jié)或電熔莫來石為主要原料制得的耐火磚，可全部采用莫來石，也可以部分采用莫來石，部分采用剛玉為原料。前者稱為莫來石耐火磚，后者稱為剛玉一莫來石耐火磚或剛玉莫來石磚。莫來石耐火磚的生產(chǎn)工藝流程與高鋁磚相同，配料經(jīng)混料、成型、干燥與燒成等幾個(gè)工序。燒成溫度與配料組成、原料的純度及對耐火磚性能的要求有關(guān)，通常為1500～1700℃。莫來石耐火磚及剛玉莫來石磚具有荷重軟化溫度高、高溫蠕變率低、抗熱震性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高爐熱風(fēng)爐、玻璃熔窯、干熄焦及加熱爐等工業(yè)爐窯上。莫來石耐火耐火磚在高溫下容易被堿性耐火磚侵蝕。此外，在高溫下，莫來石可以與水蒸氣按反應(yīng)生成Al2O3而受到損壞。因此，莫來石耐火磚不宜在高堿性渣及高水蒸氣含量的環(huán)境下長期使用。除了莫來石以及它與剛玉構(gòu)成的復(fù)合耐火耐火磚外，莫來石還可以與其他材料構(gòu)成耐火磚以提高其性能，如鋯莫來石耐火磚、莫來石一碳化硅耐火磚等。所謂鋯莫來石耐火磚就是莫來石一氧化鋯復(fù)合材料。但是由于氧化鋯價(jià)格昂貴，在實(shí)際生產(chǎn)中常通過Al2O3或礬土與鋯英石反應(yīng)制得鋯莫來石熟料或耐火磚。
這類耐火磚及原料的制造方法包括電熔法與燒結(jié)法。用電熔鑄制的鋁鋯硅(AZS)耐火磚我們在電熔鋯剛玉磚中已討論。將Al2O3與ZrSiO4配料煅燒制得鋯莫來石熟料，再將其破碎、混練、成型與燒成制得鋯莫來石耐火磚，即燒結(jié)AZS磚。
當(dāng)使用礬土為原料時(shí)，最常見的是將ZrSiO4引入到高鋁磚中來提高高鋁磚的抗熱震性，即所謂的“抗剝落高鋁磚”。通過反應(yīng)生成的ZrO2分散在莫來石與剛玉中。由于ZrO2在加熱與冷卻過程中的相變，在ZrO2顆粒周圍產(chǎn)生微裂紋，從而提高其抗熱震性。燒結(jié)AZS耐火磚常用于玻璃窯中。
一種耐腐蝕莫來石耐火磚，包括耐火磚基體和噴涂在所述耐火磚基體表面的耐高溫涂層；其中，所述耐火磚基體的制備原料包括：莫來石大顆粒27%～31%、空心玻璃微珠15%～25%、偏高嶺土超細(xì)粉3%～5%、鈦白粉10%～18%、聚乙烯醇水溶液0.5%～1.5%、粉煤灰5%～10%、硅藻土5%～10%、碳酸鈣6%～11%、余量為紙漿水得所述耐高溫涂層的制備原料包括：聚硅氧烷20%～35%、聚硼硅氮烷30%～38%、Mo粉3%～10%、余量為乙醇。所述莫來石大顆粒粒徑為1 mm～3 mm、所述空心玻璃微珠粒徑為0.5 mm～1 mm。所述偏高嶺土超細(xì)粉粒度小于0.043mm、所述硅藻土粒度小于0.074mm。
按照上述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的原料計(jì)算，將莫來石大顆粒、空心玻璃微珠、偏高嶺土超細(xì)粉、鈦白粉、聚乙烯醇水溶液、粉煤灰、硅藻土、碳酸鈣和紙漿水進(jìn)行混碾制得預(yù)制泥料，將所述混碾泥料壓制成磚坯并干燥；
將聚硅氧烷、聚硼硅氮烷、Mo粉與乙醇制得耐高溫涂料，然后將干燥后的所述磚坯表面噴涂所述耐高溫涂料，制得噴涂磚坯，所述噴涂磚坯經(jīng)干燥、煅燒后制得所述耐腐蝕莫來石耐火磚。
基于上述，將所述混碾泥料壓制成磚坯，并將所述磚坯在自然干燥24小時(shí)后置于干燥窯內(nèi)，在100℃～200℃的溫度條件下干燥24小時(shí)～48小時(shí)；然后將干燥后的所述磚坯浸漬在所述耐高溫涂料中制得噴涂磚坯，并在1100℃～1250℃的溫度下對其進(jìn)行煅燒8小時(shí)～10小時(shí)，從而制得所述耐腐蝕莫來石耐火磚。
輕質(zhì)莫來石耐火磚原料中各成分的性能作用如下：
莫來石大顆粒：是一系列鋁硅酸鹽組成的礦物統(tǒng)稱，具有耐高溫、強(qiáng)度高導(dǎo)熱系數(shù)小，節(jié)能效果顯著等特點(diǎn)，適用于石油裂解爐、冶金熱風(fēng)爐、陶瓷輥道窯、隧道窯、電瓷抽屜窯、玻璃坩堝窯及各種電爐的內(nèi)襯，可直接接觸火焰。
紅柱石：晶體屬正交（斜方）晶系的島狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物，紅柱石在磚坯煅燒過程中會(huì)發(fā)生不可逆的晶體轉(zhuǎn)化形成具有良好的莫來石網(wǎng)絡(luò)的莫來石，從而使其具有1800℃以上的耐火性能，且耐驟冷驟熱、機(jī)械強(qiáng)度大、抗熱沖擊力和抗渣性強(qiáng)、荷重轉(zhuǎn)化點(diǎn)高，并具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性和極強(qiáng)的抗化學(xué)腐蝕性，從而使得制備的所述低蠕變紅柱石復(fù)合耐火磚具有高荷軟、低蠕變、高抗熱震性能。
偏高嶺土超細(xì)粉：偏高嶺土是高嶺土在適當(dāng)溫度下脫水形成的無水硅酸鋁。偏高嶺土中原子排列順序是不規(guī)則的，呈現(xiàn)熱力學(xué)介穩(wěn)狀態(tài)，在適當(dāng)激發(fā)下具有膠凝性。當(dāng)溫度升至925℃時(shí)開始結(jié)晶生成莫來石和方石英。晶體主要由硅氧四面體和氫氧八面體組成，其中硅氧四面體以共用頂角的方式沿著二維方向連結(jié)形成六方排列的網(wǎng)格層。高嶺土具有強(qiáng)的耐酸性能、良好的電絕緣性和較高的耐火性能，耐火度與高嶺土的化學(xué)組成有關(guān)，純的高嶺土的耐火度一般在1700℃左右，當(dāng)水云母、長石含量多，鉀、鈉、鐵含量高時(shí)，耐火度降低，偏高嶺土的耐火度最低不小于1500℃。
鈦白粉：主要成分為二氧化鈦，化學(xué)性質(zhì)極為穩(wěn)定，是一種偏酸性的兩性氧化物，廣泛用于各類結(jié)構(gòu)表面涂料、紙張涂層和填料、塑料及彈性。本文中其主要作為燒結(jié)助劑，降低耐火磚的燒結(jié)溫度。
硅藻土：硅藻土是一種硅質(zhì)巖石，是一種生物成因的硅質(zhì)沉積巖，它主要由古代硅藻的遺骸所組成。其化學(xué)成分以SiO2為主。工業(yè)上常用來作為保溫材料。由于具有孔隙度大、吸收性強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐磨、耐熱等特點(diǎn)，能為涂料提供優(yōu)異的表面性能，增容，增稠以及提高附著力。
碳酸鈣：碳酸鈣是一種無機(jī)化合物、俗稱：灰石、石灰石、石粉。本文中主要利用碳酸鈣及聚乙烯醇水溶液作為造孔劑及燒結(jié)助劑使用。
聚硅氧烷、聚硼硅氮烷與Mo粉在高溫條件下會(huì)裂解反應(yīng)生成Mo2C、Mo3Si等新相，并形成非晶態(tài)SiOC陶瓷涂層，提高了耐火磚的表面抗腐蝕能力，產(chǎn)生的體積膨脹能有效降低耐火磚表面的孔隙率。
本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，具體的說，本發(fā)明首先將不同粒度及長度的莫來石大顆粒、空心玻璃微珠、偏高嶺土超細(xì)粉、鈦白粉、聚乙烯醇水溶液、粉煤灰、硅藻土、碳酸鈣與紙漿水進(jìn)行混合，使得制備的磚坯各個(gè)部位成分配比搭配一致，保證了煅燒所得的耐腐蝕莫來石耐火磚各部位性能的一致性，同時(shí)原料中含有大量棱角突出的粒度料，增大了臨界粒度，為耐腐蝕莫來石耐火磚提供了牢固的骨架結(jié)構(gòu)使其在使用過程中不易產(chǎn)生變形。本發(fā)明將所述磚坯噴涂由聚硼硅氮烷、聚硅氧烷、Mo粉與乙醇混合制備的耐高溫涂料中，使得燒制后的磚坯表面形成一層耐高溫陶瓷層，提升了產(chǎn)品的耐高溫和表面抗腐蝕性能。
同時(shí)，本發(fā)明充分利用聚乙烯醇水溶液與上述原料混合，使得材料內(nèi)部在多時(shí)間內(nèi)存在大量微小氣孔，且所述微小氣孔不會(huì)隨燒結(jié)過程的進(jìn)行而聚集長大，最終在產(chǎn)品中形成微米級且均勻分布的氣孔，使得制備的耐腐蝕莫來石耐火磚具有高荷軟、低蠕變、高抗熱震性能。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例提供一種耐腐蝕莫來石耐火磚，包括耐火磚基體和噴涂在所述耐火磚基體表面的耐高溫涂層；其中，所述耐火磚基體的制備原料包括：莫來石大顆粒31%、空心玻璃微珠18%、偏高嶺土超細(xì)粉5%、鈦白粉13%、聚乙烯醇水溶液0.5%、粉煤灰10%、硅藻土5.5%、碳酸鈣6%、紙漿水11%。所述耐高溫涂層的制備原料包括：聚硅氧烷35%、Mo粉10%、聚硼硅氮烷33%、乙醇22%。
其中，所述莫來石大顆粒粒徑為1 mm～3 mm、所述空心玻璃微珠粒徑為0.5 mm～1 mm、所述偏高嶺土超細(xì)粉粒度小于0.043mm、所述硅藻土粒度小于0.074mm。各原料中的化學(xué)成分如表1所示。
本實(shí)施例還提供一種所述耐腐蝕莫來石耐火磚的制備方法，具體制備步驟包括：
（1）按照上述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的原料計(jì)算，將莫來石大顆粒、空心玻璃微珠、偏高嶺土超細(xì)粉、鈦白粉、聚乙烯醇水溶液、粉煤灰、硅藻土、碳酸鈣和紙漿水進(jìn)行混碾制得預(yù)制泥料；將聚硅氧烷Mo粉與乙醇制得耐高溫涂料；
（2）采用壓力噸位大于315噸的制磚機(jī)將所述混碾泥料壓制成磚坯，并將所述磚坯在自然干燥24小時(shí)，然后置于干燥窯內(nèi)，在200℃的溫度條件下干燥24小時(shí)；然后將干燥后的磚坯浸漬在所述耐高溫涂料中制得噴涂磚坯，并在1250℃的溫度下對其進(jìn)行煅燒8小時(shí)，從而制得所述耐腐蝕莫來石耐火磚。經(jīng)檢測，本實(shí)施例制得的所述耐腐蝕莫來石耐火磚密度為1.9g/cm3
方法相同。經(jīng)檢測，本實(shí)施例制得的所述耐腐蝕莫來石耐火磚密度為2.1g/cm3。
耐火材料由于對高溫介質(zhì)良好的抗侵蝕性，以及具有保溫隔熱的性能， 在冶金、石化、玻璃等高溫行業(yè)被廣泛使用。隨著我國對節(jié)能降耗的重視程度不斷提高，具有良好保溫隔熱效果的輕質(zhì)耐火材料得到了更多的研究與發(fā)展。不定形耐火材料由于具有施工便利、生產(chǎn)成本低，以及襯體的整體結(jié)構(gòu)性好等優(yōu)勢，而受到了特別的關(guān)注，其中尤以耐火澆注料應(yīng)用得最為廣泛。
現(xiàn)有的耐火磚大多為粘質(zhì)隔熱耐火磚，粘土磚主要由莫來石、玻璃相和方石英及石英所組成。通常以硬質(zhì)粘土為原料，預(yù)先煅燒成熟料，然后配以軟質(zhì)粘土，以半干法或可塑法成型，溫度在1300℃～1400℃燒成粘土磚制品。也可以加少量的水玻璃、水泥等結(jié)合劑制成不燒制品和不定形材料。還有這種耐火磚使用壽命短，不可再利用。另外，由于傳統(tǒng)的耐火骨料中氣孔尺寸較大，孔徑多處于毫米級，這樣當(dāng)該材料在高溫環(huán)境中使用時(shí)，由于通過氣孔內(nèi)氣體輻射傳熱與對流傳熱的加劇，會(huì)使耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù)升高，進(jìn)而降低了耐火材料的隔熱保溫效果，增大了熱能的流失，導(dǎo)致能源成本的上升。
|
產(chǎn)品名稱 |
輕質(zhì)莫來石磚 |
|
分類溫度（℃） |
1260 |
1430 |
1540 |
1650 |
1760 |
|
產(chǎn)品代碼 |
JM-23 |
JM-26 |
JM-28 |
JM-30 |
JM-32 |
|
理論體積密度（kg/m3） |
800 |
800 |
900 |
1000 |
1100 |
|
重?zé)峋€變化（%） |
1280℃x3h,≤0.6 |
1380℃x3h,≤0.6 |
1500℃x3h,≤0.6 |
1550℃x3h,≤0.6 |
1570℃x3h,≤0.6 |
|
冷態(tài)耐壓強(qiáng)度（Mpa） |
1.8 |
2.4 |
3.0 |
3.6 |
4.6 |
|
熱膨脹（1000℃）% |
0.5 |
0.5 |
0.55 |
0.58 |
0.60 |
理論導(dǎo)熱系數(shù)
（w/m.k）（300℃） |
0.21 |
0.25 |
0.28 |
0.33 |
0.40 |
|
AL2O3 |
40 |
50 |
62 |
70 |
79 |
|
Fe2O3 |
≤1.0 |
≤1.0 |
≤0.8 |
≤0.6 |
≤0.5 |
|
產(chǎn)品尺寸 |
常用規(guī)格230x114x65；其他規(guī)格根據(jù)要求定做 |
