一种烧成蜡石砖以及该烧成蜡石砖的制备方法

摘要

本发明公开了一种烧成蜡石砖以及该烧成蜡石砖的制备方法，其中制备方法包括以下步骤：（1）将所述烧成蜡石砖的各原料混配成混合物，烧成蜡石砖的原料重量份组成为：叶腊石生矿100；氧化铝1～5；膨润土1～5；粘土0～10；结合剂2～4；所述氧化铝的平均粒径≤10um；所得混合物中SiO2的重量百分含量为71%～90%，Al2O3的重量百分含量为5%～24%；（2）将步骤（1）所得混合物通过机压成型得到半成品，半成品经烧制得到所述烧成蜡石砖。本发明烧成蜡石砖以及该烧成蜡石砖的制备方法，通过选择合适的助烧剂，提高半成品的强度，进而提高成品的合格率，使成品的耐用性有很大改善。

说明书

技术领域

本发明涉及耐火材料领域，具体涉及一种烧成蜡石砖以及该烧成蜡石砖的制备方法。

背景技术

蜡石砖是以蜡石为原料制成的半硅质耐火材料，蜡石砖的主要化学成分为Al₂O₃10～18%，SiO₂78-86%，其主要用于钢包永久层，铁水包工作层，及铸造钢包工作层等。

申请公开号为CN103288465A的专利文献公开了一种叶腊石砖及其制备方法，其中叶腊石砖的原料重量份数配比为：叶蜡石生料75～85份，叶蜡石熟料5～10份，粘土4～8份，添加剂5～10份，结合剂1～2份，制备方法包括以下步骤：（1）配料：将叶蜡石生料、蜡石熟料、添加剂、粘土按质量分数配比称料倒入混碾机中，先干混3～5分钟，再加入结合剂混合15～20分钟；（2）困料：将混和均匀的原料困料24小时；（3）成型：待困好的料于真空脱气压砖机内压制成型；（4）干燥：成型砖坯经200℃干燥24小时；（5）烧成：干燥后砖坯进隧道窑内烧结并保温，随后冷却至室温出窑。

授权公告号为CN102030547B的专利文献公开了一种不烧叶蜡石质铁水罐衬材料，由下述成分按重量份比例制成：SiO₂50～70份；Al₂O₃25～35份；结合剂3～15份；防爆纤维0.1～1份；钢纤维1～5份，所述的SiO₂是叶腊石、矾土、硅微粉中的一种或两种以上混合物；Al₂O₃是叶腊石、矾土、刚玉中的一种或两种以上混合物；制备步骤为：将原料按上述比例投入混合机中混匀，由压砖机或模具中成型，得到半成品。

传统的用于炼铁或者炼钢用的高温容器的永久层一般使用烧成蜡石砖，上述两个专利以及现有技术中的烧成石蜡砖均以普通的耐火粘土或者硅微粉为助烧剂，由于这两种助烧剂的粘结以及烧结性能较差，机压成型后的半成品的强度较低，缺角掉棱现象比较严重，降低成品的合格率以及强度，大大影响烧成蜡石砖的耐用性。

发明内容

本发明提供了一种烧成蜡石砖以及该烧成蜡石砖的制备方法，通过选择合适的助烧剂，提高半成品的强度，进而提高成品的合格率，使成品的耐用性有很大改善。

一种烧成蜡石砖的制备方法，包括以下步骤：

（1）将所述烧成蜡石砖的各原料混配成混合物，烧成蜡石砖的原料重量份组成为：

叶腊石生矿 100；

氧化铝 1～5；

膨润土 1～5；

粘土 0～10；

结合剂 2～4；

所述叶腊石生矿的粒度级配为：

3～2mm10～30%；

2～1mm10～30%；

1～0mm20～40%；

0～0.088mm5～20%；

所述氧化铝的平均粒径≤10um；

所得混合物中SiO₂的重量百分含量为71%～90%，Al₂O₃的重量百分含量为5%～24%；

（2）将步骤（1）所得混合物通过机压成型得到半成品，半成品经烧制得到所述烧成蜡石砖。

在烧成蜡石砖的过程中，合理的粒度级配在很大程度上影响烧成蜡石砖的强度性能，粒度级配的目的是使叶腊石生矿中的各种粒度的原料相互配合，达到最大的堆积密度，即实现各种粒度的原料混合后，颗粒间的孔隙最小。

本申请中所述粒度级配中的百分数是指重量百分数，例如：3～2mm30%是指：若烧成蜡石砖原料中的叶腊石生矿的总重量为100kg，则3～2mm粒度的叶腊石生矿为30kg。

所得混合物中的SiO₂和Al₂O₃的重量百分含量，由各原料混合之后进行测定得到，以混合物的总重量为计算基准。

Al₂O₃的重量百分含量越高，则步骤（2）中的烧成越容易进行；SiO₂的重量百分含量越高，则步骤（2）中的烧成越难进行，因此，在保证蜡石砖性能满足要求的前提下，SiO₂和Al₂O₃的重量百分含量需要控制在一个合适的范围之内。

实际生产过程中，不同产地的叶腊石中，SiO₂和Al₂O₃的重量百分含量有所不同，例如上虞产叶腊石生矿中，SiO₂的重量百分含量约为75～80%，Al₂O₃的重量百分含量约15%～25%；泰顺产叶腊石生矿中，SiO₂的重量百分含量约为80～85%；Al₂O₃的重量百分含量约5%～16%；但是同一矿脉中SiO₂和Al₂O₃的重量百分含量较为均一，因此，当某一产地的SiO₂和Al₂O₃的重量百分含量不能满足要求时，可以将不同产地的叶腊石生矿进行混合，使SiO₂和Al₂O₃的重量百分含量满足需求。

所得混合物中除了主要成分SiO₂和Al₂O₃外，还含有微量的其余组分，例如叶腊石中的Fe₂O₃杂质，膨润土中的MgO、CaO等。

膨润土(Bentonite)是以蒙脱石为主的含水粘土矿，其化学成分为：（Al₂，Mg₃）Si₄O₁₀(OH)₂·nH₂O，由于它具有特殊的性质，如膨润性、粘结性、吸附性、催化性、触变性、悬浮性以及阳离子交换性，广泛用于各个领域。

在烧成蜡石砖的原料中添加微米级的氧化铝和膨润土，一方面能够使步骤（2）的烧制过程更容易进行，即烧成温度相对降低，烧制时间相应缩短；另一方面膨润土和氧化铝的配合使用，能够辅助提高半成品的强度，减小缺角掉棱现象。

烧成蜡石砖的原料配比中可以添加粘土，也可以不添加粘土，粘土能够起到粘结以及助烧剂的作用，且价格低廉，但是粘土的粘结和助烧剂能力都比较差，会影响半成品以及成品的强度及使用性能。

作为优选，所述烧成蜡石砖的各原料重量份组成为：

叶腊石生矿 100；

氧化铝 1.5～4；

膨润土 2～4；

粘土 0～5；

结合剂 2～4。

微米级的氧化铝的添加，有助于降低步骤（2）中的烧成难度，与膨润土配合使用，效果更佳。

基于粒度级配对烧成蜡石砖的强度具有重要影响，因此，对叶腊石生矿的原料配比进一步优选，所述叶腊石生矿的粒度级配为：

3～2mm30%；

2～1mm15～25%；

1～0mm25～35%；

0～0.088mm10～20%。

在该配比条件下，半成品和成品都具有更高的强度。

机压成型的压力也在一定程度上影响半成品以及成品的强度，优选地，所述机压成型的压力为70～90MPa。

所述结合剂为纸浆废液、磷酸或磷酸盐溶液中的一种，优选采用纸浆废液。

作为优选，所述步骤（2）中的烧成温度为900～1400℃。所述步骤（2）中的烧制时间为48～180h。

进一步优选，所述步骤（2）中的烧成温度为1210～1350℃。所述步骤（2）中的烧制时间为48～150h。

本申请中所述的烧制时间是指：从半成品进入高温烧成窑到成品输出高温烧成窑的总的时间。

高温烧成窑划分为依次排列的干燥段、烧成段和冷却段，其中干燥段和冷却段的温度和经历时间可以采用现有技术，例如干燥段和冷却段的温度为100～200℃，干燥时间12～36h，冷却时间24～36h，烧成段的温度为本申请所述的烧成温度。

本发明还提供了一种烧成蜡石砖，采用所述的烧成蜡石砖的制备方法制备得到。

本发明提供的制备方法能够提高半成品的强度，提高烧成蜡石砖的成品的强度，同时，成品的平均合格率相比现有技术能够提高3～5%。

采用本发明提供的方法制备得到的蜡石砖为白色，或略偏灰色，或黄色，蜡石砖中SiO₂的重量百分含量为71%～90%，Al₂O₃的重量百分含量为5%～24%，与传统方法相比强度高，耐用性好，用作小钢包的工作层时，使用寿命可以提高20～30炉。

具体实施方式

实施例1～4以及对比例1～2

以泰顺叶腊石生矿和上虞叶腊石生矿为主要原料，泰顺叶腊石生矿和上虞叶腊石生矿的重量比为60：40，添加氧化铝和/或膨润土作为助烧剂，并添加纸浆废液（即木质素磺酸钙粉末的水溶液，纸浆废液的比重约为1.14g/cm³）混合，将所得混合物在70MPa压力下，机压成型，得到半成品，然后将半成品在1210℃温度下烧成，烧制时间为144小时，得到烧成蜡石砖。

叶腊石生矿中的粒度级配为：3～2mm30%；2～1mm20%；1～0mm30%；0～0.088mm20%。

本申请所有实施例中采用的氧化铝的平均粒径≤10um。

实施例1～4以及对比例1～2中各原料的配比如表1所示，由于添加的氧化铝和膨润土的量较少，因此，混合物中的SiO₂和Al₂O₃的主要来源为叶腊石生矿，即叶腊石生矿的配比一样，则最终混合物中SiO₂和Al₂O₃的含量基本一致。

各实施例1～4以及对比例1～2中各原料混合后所得的混合物中的SiO₂的重量百分数（以混合物的总重量为基准）为80%，Al₂O₃的重量百分数为16%。

                         表1

原料实施例1实施例2实施例3实施例4对比例1对比例2叶腊石生矿100100100100100100氧化铝123102膨润土5215510粘土000500纸浆废液333333

实施例5～8以及对比例3～4

以泰顺叶腊石生矿和常山叶腊石生矿为主要原料，泰顺叶腊石生矿和常山叶腊石生矿的重量比为90：10，添加氧化铝和/或膨润土作为助烧剂，并添加纸浆废液混合，将所得混合物在70MPa压力下，机压成型，得到半成品，然后将半成品在1300℃温度下烧成，烧制时间为144小时，得到烧成蜡石砖。

叶腊石生矿中的粒度级配为：3～2mm30%；2～1mm25%；1～0mm25%；0～0.088mm20%。

实施例5～8以及对比例3～4中各原料的配比如表2所示，实施例5～8以及对比例3～4中各原料混合后所得的混合物中的SiO₂的重量百分数（以混合物的总重量为基准）为83%，Al₂O₃的重量百分数为13%。

                               表2

原料实施例5实施例6实施例7实施例8对比例3对比例4叶腊石生矿100100100100100100氧化铝123136膨润土521502粘土000500纸浆废液333333

对比例5

采用申请公开号为CN103288465A的专利文献中实施例5所采用的原料配比以及方法制备得到半成品以及成品。

半成品强度测试方法：

在机压成型后的半成品中，任意选取一角截取一立方体，立方体的边长为40mm，然后测试该立方体的耐压强度。

各个实施例以及对比例分别取6个样品进行测试，以6个样品测试结果的平均值作为半成品的强度指标。

各实施例以及对比例的半成品强度、成品合格率、成品耐火度以及成品体积密度和成品的常温耐压强度测试结果如表3所示。

                               表3

由表3中可以看出，由于配合使用了氧化铝和膨润土，使半成品的强度较现有技术有较大提高，半成品在搬运过程中的缺角少棱现象大大减少，从而提高了成品的合格率。

本申请相较对比例5而言，省却了困料的步骤，可以提高烧成蜡石砖的制备效率。

按实施例1的方法制备得到的烧成蜡石砖的成品的平均合格率相比对比例5的方法提高了4.5%；按实施例7的方法制备得到的烧成蜡石砖的成品的平均合格率相比对比例5的方法提高了5.0%。

按实施例1的方法制备得到的烧成蜡石砖成品在宝钢一炼钢300T铁水包中用作永久层时，寿命可以达到5个炉役，由原来的1200次提高到2000次以上。

按实施例7的方法制备得到的烧成蜡石砖成品在日本神户制钢电炉钢包中用作工作层时，寿命由50炉提升至70炉。