[发明专利]一种氧化铝空心球隔热耐火材料的制备方法

说明书

 

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种氧化铝空心球隔热耐火材料的制备方法。

背景技术

在能源价格日益高昂，传统能源供应紧缺，且环境保护日趋严格，而新能源开发缓慢的今天，当前最迫切的任务是开发轻质多孔、热导率低、抗热震性能好，耐火度高、高温使用体积稳定性优且使用温度高，能满足轻质结构高温窑炉所需的隔热耐火材料，以改变传统高温窑炉采用的重质材料所存在的热容量大、升温速率慢、热导率高、窑炉表面温度高、能耗大、使用寿命短等缺点。氧化铝隔热耐火材料的使用能够实现节能降耗和低碳经济，为社会的可持续发展提供有力支持。轻质隔热耐火材料制品通常采用在无机氧化物细粉中引入聚轻球、锯末或柏油等有机烧失物来造孔，增加材料的气孔率，从而获得热导率低，然而大量气孔的存在导致了制品加热永久线变化过大，耐压强度下降，高温体积稳定性变差，从而使制品的应用受到较大局限。同时作为内衬材料的隔热耐火材料制品，使用过程中受到高温变形、烟气中杂质的冲刷和侵蚀，窑炉使用中的周期温度波动所产生的热应力损坏，使用环境非常苛刻。

氧化铝隔热制品作为窑炉工作内衬已是常见的选择。其通常以氧化铝空心球为骨料，以α-Al₂O₃微粉为基质，添加少量粘土、硫酸铝、磷酸或磷酸盐等酸性结合剂，烘干后经1650-1700℃保温2-8h烧成。该种方法引入了粘土，由于粘土为原生矿物，其中含有少量的TiO₂、Fe₂O₃及碱金属氧化物，易溶于酸性结合剂，在干燥和烧成过程中，迁移并富集于制品表面，引起制品着色，同时易受烟气中的杂质侵蚀。

氧化铝空心球已经在隔热耐火材料中得到了广泛应用，其利用了氧化铝空心球的密闭内腔，隔热效果好，强度高，使用温度高和荷重软化温度高等优点。可以直接接触火焰和烟气，还可作为隔热层。“一种制备轻质高强度氧化铝空心球陶瓷的制备方法”(CN 1223547C)的专利技术中，以α-Al₂O₃微粉和氧化铝空心球为原料，以磷酸溶液为结合剂，制备的轻质隔热砖体积密度较低，抗折耐压强度较高，但该方法制备的隔热砖，由于只有氧化铝空心球和α-Al₂O₃微粉，而高纯α-Al₂O₃微粉在高温下难以烧结，需要更高温烧成，造成烧成成本较高，同时该砖基质相为致密刚玉相，导致了其热导率较高，同时抗热震性能差；而“一种氧化铝空心球轻质隔热砖及其制备方法”(申请号：201110023753.0)的专利技术中，以α-Al₂O₃微粉、ρ-Al₂O₃微粉、硅微粉和空心球为原料，加入有机聚合物，制备的轻质隔热制品体积密度低，耐压强度高，但其采用了ρ-Al₂O₃微粉和硅微粉在基质中合成部分莫来石，而ρ-Al₂O₃微粉和硅微粉合成莫来石比较困难，也需要高温烧成，且其原料成本高，造成了其生产成本较高，同时其莫来石相含量较低。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术缺陷，提供一种工艺简单、成本低廉的氧化铝空心球隔热耐火材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

分别将粘土和α-Al₂O₃微粉按照占氧化铝空心球隔热耐火材料重量的15-25%和15-25%进行称量，放置在混料设备进行30-60分钟混合，用作基质；

将氧化铝空心球按小于等于3 mm、大于2 mm，小于等于2 mm、大于1 mm，小于等于1mm、大于0.2 mm筛选分级后，并按照占氧化铝空心球隔热耐火材料重量的10-30%、10-30%、10-30%的比例进行骨料级配；

在级配好的氧化铝空心球中先加入有机结合剂，充分搅拌达到均匀混合后；再加入一定量的水，搅拌，使有机结合剂充分润湿并附着氧化铝空心球表面后；再加入作为基质的粘土和α-Al₂O₃微粉的混合粉，混合均匀；

采用加压震动方式制备各种所需尺寸的定型制品，经100-110℃干燥24-36小时后于1550-1650℃保温6-10小时烧成。