[发明专利]一种新型轻质耐火材料

说明书

技术领域

本发明涉及耐火材料技术领域，尤其涉及一种用于氧化铝空心球砖的稳定性好、耐热震性高的新型轻质耐火材料。

背景技术

轻质耐火材料为气孔率高、体积密度小、热导率低的耐火材料。在工业窑炉和其他热工设备上用作隔热材料。与一般耐火砖比较，抗渣蚀性、力学强度、耐磨损性较差，高温下体积收缩较大。氧化铝空心球砖因具有氧化铝含量高、体积密度小、高温强度大、使用温度高、导热系数小、节约能源等优点被广泛应用于石化行业高温窑炉，它既可用作隔热保温材料，也可用于高温工作衬里材料。基于现有氧化铝空心球砖中部分组份性能不稳定，使得现有氧化铝空心球砖存在易破碎、耐热震性不高的缺点，导致其使用周期短，浪费材料的后果，大大阻碍了氧化铝空心球砖的广泛应用。

中国专利文献上公开了“一种新型的氧化铝空心球砖”，其公告号为CN105294024A，该发明通过引入碳酸钙在基质中形成CA6结合相，可有效减少或避免材料使用过程中硅迁移的发生，同时还可提高材料的使用温度，可有效减少热量散失，节能环保。但是，该发明并没有解决氧化铝空心球砖易破碎、耐热震性不高的缺点。因此，如何对传统氧化铝空心球砖的配方进行改性提高其耐热震性是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明为了克服传统氧化铝空心球砖易破碎、耐热震性不高的问题，提供了一种稳定性好、耐热震性高的新型轻质耐火材料。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种新型轻质耐火材料，所述新型轻质耐火材料包括以下重量份的组份：氧化铝空心球50～70份，电熔刚玉粉7～13份，碳酸钙1～3份，改性白炭黑3～6份和氧化锆0.5～1份。

本发明的新型轻质耐火材料的配方中加入了少量的氧化锆，可以对氧化铝空心新型轻质耐火材料产生明显的增韧效果，其原理如下：该体系中的氧化铝空心球的热膨胀系数大，弹性模量高，烧结冷却后对氧化锆颗粒的束缚作用强，临界直径Dc较大，四方氧化锆颗粒可以更多更有效地保留下来，因此，对新型轻质耐火材料的增韧效果也比较明显，从而达到提高其耐热震性的效果，得到的增韧新型轻质耐火材料的强度大，不易破碎，使用周期长。

加入碳酸钙和改性白炭黑，可以在烧结过程中形成CaO+SiO₂体系，不但产生液相，而且在基体中产生具有平直晶粒的片状晶体，可以大大提高新型轻质耐火材料的耐热震性。

作为优选，所述新型轻质耐火材料还包括二氧化锰2～5份和金属钼0.5～1份。

金属钼，作为一种难熔金属与氧化铝热膨胀系数接近，相差仅2.3×10^-6，具有良好的热稳定性，其烧结性能也与氧化铝接近，相互适应性良好；体系中同时加入金属钼和二氧化锰具有以下的协同作用：在烧结过程中，二氧化锰与氧化铝空心球发生化学反应生成MnAl₂O₄，与金属钼形成含有孔隙的糊状体，此时，熔融状的二氧化硅可以润湿并填充这些孔隙，将Mo、MnAl₂O₄、Al₂O₃三者牢固粘结在一起，大大降低了新型轻质耐火材料的气孔率，增大了体积密度，从而实现了强度和耐热震性的大幅度提升。

作为优选，所述改性白炭黑的制备方法是：先将白炭黑在450～600℃条件下活化5～10h，加入无水乙醇，配置成4～10wt％的白炭黑溶胶；再在50～60℃条件下滴加吐温20到白炭黑溶胶中，搅拌反应15～30min，超声振荡5～30min，得到改性白炭黑。

本发明采用的改性白炭黑为多孔性物质，其组成可用SiO₂·nH₂O表示，能均匀并良好地分散于新型轻质耐火材料的配方体系中，从而可提高酚醛树脂的残炭率和抗氧化性，使新型轻质耐火材料的性能得到提高；改性后的白炭黑呈球形，能在新型轻质耐火材料中均匀良好地分散，分散效果好，此外，白炭黑的价格比其他纳米二氧化硅低，降低了生产成本，利于工业化生产。本发明对白炭黑进行改性的过程所选用的改性剂为吐温20，由于吐温20中聚山梨酯分子中有较多的亲水性基团一聚氧乙烯基，故亲水性强，为一种非离子型表面活性剂，可以修饰白炭黑，使得白炭黑中环氧基团具有较高的活性，容易发生开环加成，在烧结过程中与碳酸钙形成CaO+SiO₂体系，不但产生液相，而且在基体中产生具有平直晶粒的片状晶体，可以大大提高新型轻质耐火材料的耐热震性。本发明改性白炭黑的制备工艺加单、易于推广。