超低气孔率、低膨胀率粘土质耐火材料的制作工艺

摘要

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种超低气孔率、低膨胀率粘土质耐火材料的制作工艺。所述的制作工艺，采用传统的半干法原料混料工艺混料，采用传统成型工艺成型制作成半成品坯体，半成品坯体在烧成过程中，在1200℃以上的升温和升至烧成最高温度后的保温过程中均采用还原气氛，保温结束后，转为常规氧化气氛。采用本发明所述工艺，将过去通过精密的粒度级配、极度的高压成型都无法制作的超低气孔率粘土砖，很容易的制作出来，使粘土质耐火材料的品质最大限度的得到提升和优化；能够制作出荷重软化温度高、外观平整、气孔率极低、热膨胀率低的适用于海绵钛行业和玻璃行业的粘土质耐火材料。

说明书

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种超低气孔率、低膨胀率粘土质耐火材料的制作工艺。

背景技术

制作低气孔粘土砖通常采用硬质粘土熟料(焦宝石)作为骨料和主要粉料，添加高氧化铝含量粉料作为强化基质，添加软质粘土作为常温粘结剂和增塑剂。

传统的低气孔粘土砖制作工艺如下：

1)通常采用行星式混炼机或类似的机械进行泥料混炼，混炼程序为：首先，加入骨料在混炼机中混匀，然后，加入适量的木质素磺酸盐电解质水溶液混匀，再加入所有的粉料在混炼机中碾压混匀成半干法泥料。所述的混炼程序为传统半干法原料混料工艺。

2)通常采用摩擦压力机或液压机对半干法泥料进行成型，制作成半成品坯体。

3)通常采用隧道窑或梭式窑对半成品坯体进行烧成，制作成低气孔粘土砖，烧成气氛一般是弱氧化气氛，烧成温度一般在1330-1380℃。

4)为降低气孔率，还有采用添加钾长石类促烧结剂的方法，在烧成过程出现较低温度玻璃相，形成液相烧结，闭口气孔率增加，显气孔率降低，但是高温性能受到负面影响，荷重软化点温度降低，高温蠕变率升高。

5)在以上的工艺条件下可以制作的低气孔粘土砖，气孔率最低在12-15％、体积密度在2.30g/cm³以上、0.2MPa荷重软化开始点在1500℃、1000℃热膨胀率在0.6％以上的低气孔粘土砖。

6)在以上工艺条件下，烧成温度超过1380℃，则出现粘土砖制品表面瘤状突起，外表面凹凸不平，气孔率下降不明显，抗热冲击性弱化。

7)在以上工艺条件下，通过改变粒度分布，加大成型压力，制品的气孔率降低的极限值为11-12％。

客户需求的变化：在玻璃行业开始出现要求气孔率降低到10％以下的超低气孔粘土砖需求，在海绵钛行业出现要求气孔率降低到5％以下的极低气孔粘土砖需求。

因此，创新开发制造超低气孔和极低气孔率的高级粘土砖制造新的工艺十分必要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种超低气孔率、低膨胀率粘土质耐火材料的制作工艺，能够制作出荷重软化温度高、外观平整、气孔率极低、热膨胀率低的适用于海绵钛行业和玻璃行业的粘土质耐火材料。

本发明所述的超低气孔率、低膨胀率粘土质耐火材料的制作工艺，采用传统的半干法原料混料工艺混料，采用传统成型工艺成型制作成半成品坯体，半成品坯体在烧成过程中，在1200℃以上的升温和升至烧成最高温度后的保温过程中均采用还原气氛，保温结束后，转为常规氧化气氛。

所述的还原气氛CO浓度控制在10000ppm以上。

优选地，制作气孔率5％以下、体积密度2.50g/cm³以上、0.2MPa荷重软化开始点在1600℃以上、1000℃热膨胀率0.46％的极低气孔率低膨胀率粘土砖时，烧成最高温度为1550-1600℃，保温时间为6-48h，优选为8-12h。

优选地，制作气孔率10％以下、体积密度2.45g/cm³以上、0.2MPa荷重软化开始点在1500℃以上的超低气孔率粘土砖时，烧成最高温度为1500-1550℃，保温时间为6-48h，优选为12h。

优选地，制作气孔率12％以下、体积密度2.40g/cm³以上、0.2MPa荷重软化开始点在1500℃以上的高级低气孔率粘土砖时，烧成最高温度为1450-1500℃，保温时间为6-48h，优选为12h。

本发明采用的原料与传统粘土质耐火材料相同，骨料为氧化铝含量为43-50％焦宝石熟料或氧化铝含量为40-50％合成均化莫来石熟料；粉料为粒度为180-320目的高温氧化铝粉或硅线石矿物系列细粉；增塑剂和常温结合剂为软质粘土；电解质溶液为木质素磺酸盐系列溶液或其他电解质分散剂。

采用的成型方式为：采用摩擦压力机、液压成型机或等静压成型机成型，或者采用泥浆浇注成型方式。

本发明烧成机理：

(1)焦宝石特点：焦宝石属于硬质粘土矿物，新开采的生焦宝石为块状物料，层状显微结构，1250℃左右烧成密度达到最大，成为市售商品焦宝石熟料。再提高其烧成温度，由于形成的莫来石和方石英晶粒长大及相变，导致层状结构产生了裂隙，体积密度反而降低。

(2)传统的粘土砖主要采用市售焦宝石熟料作为骨料和主要粉料，烧成温度超过1380℃以后，砖坯内的焦宝石熟料，产生剧烈的不规则膨胀和层状内部裂隙，导致制品表面产生瘤状突起，体积膨胀，抵消了高温烧结体积收缩因素，气孔率不下降或下降不明显。

(3)采用本发明烧成工艺，升温至1200℃以上，转为还原气氛。

在还原烧成条件下，制品坯体中焦宝石熟料中的少量Fe₂O₃和TiO₂杂质，还原成较低熔点的氧化亚铁FeO和钛的亚氧化物，产生了较低熔点的玻璃相，形成液相烧结，导致焦宝石致密化，形成显微结构为莫来石晶粒间充填玻璃相的致密结构。

在此烧成过程中，制品的气孔率不断降低、制品的密度不断增大。烧成温度越高，烧结越剧烈，气孔率越低，体积密度越大。

在此烧结过程，制品坯体中的焦宝石熟料一致收缩，不会产生膨胀和裂隙，宏观表现为制品表面平整、无瘤状突起物。

(4)在烧成最高温保温结束，转为氧化气氛后，坯体内的氧化亚铁FeO和钛的亚氧化物不断被氧化，低熔点玻璃相的熔点不断提高，制品的高温性能提高，荷重软化点温度提高。

(5)采用本发明的烧成方式，可将粘土质耐火材料的气孔率最大限度的得到降低、体积密度最大限度的得到提高、高温性能最大限度的得到提高。

综上所述，本发明的有益效果如下：

(1)采用本发明所述工艺，将过去通过精密的粒度级配、极度的高压成型都无法制作的超低气孔率粘土砖，很容易的制作出来，使粘土质耐火材料的品质最大限度的得到提升和优化。

(2)采用本发明所述工艺，能够制作出荷重软化温度高、外观平整、气孔率极低、热膨胀率低的适用于海绵钛行业和玻璃行业的粘土质耐火材料。

(3)采用本发明所述工艺，能够制作出气孔率5％以下、体积密度2.50g/cm³以上、0.2MPa荷重软化开始点在1600℃以上、1000℃热膨胀率0.46％的极低气孔率低膨胀率粘土砖。

(4)采用本发明所述工艺，能够制作出气孔率10％以下、体积密度2.45g/cm³以上、0.2MPa荷重软化开始点在1500℃以上的超低气孔率粘土砖。

(5)采用本发明所述工艺，能够制作出气孔率12％以下、体积密度2.40g/cm³以上、0.2MPa荷重软化开始点在1500℃以上的高级低气孔率粘土砖。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例中采用的所有原料均为市购。

实施例中采用的主要原料的理化指标见表1。

表1主要原料的理化指标

其中，广西土和苏州土的烧失量为14％。

实施例1-2

制备表面平整、气孔率12％以下、体积密度2.40g/cm³以上、0.2MPa荷重软化开始点在1500℃以上的高级低气孔粘土砖。

采用的原料配方见表5。

按照比例混料后，采用摩擦压力机成型，成型后的半成品坯体干燥后进行烧成，烧成最高温度为1480℃，烧成时间为12小时，1200℃以上的升温和升至烧成最高温度后的保温过程中均采用还原气氛，CO浓度大于10000PPm。烧成过程中条件控制参数见表2。

表2实施例1-2烧成过程中条件控制参数

测试烧成后制品的体积密度、气孔率、常温耐压强度、荷重软化温度等性能，检测结果见表6。

实施例3-4

制备气孔率10％以下、体积密度2.45g/cm³以上、0.2MPa荷重软化开始点在1500℃以上的超低气孔粘土砖。

采用的原料配方见表5。

按照比例混料后，采用摩擦压力机成型，成型后的半成品坯体干燥后进行烧成，烧成最高温度为1530℃，烧成时间为12小时，1200℃以上的升温和升至烧成最高温度后的保温过程中均采用还原气氛，CO浓度大于10000PPm。烧成过程中条件控制参数见表3。

表3实施例3-4烧成过程中条件控制参数

测试烧成后制品的体积密度、气孔率、常温耐压强度、荷重软化温度等性能，检测结果见表6。

实施例5-7

制备气孔率1.05％、体积密度2.58g/cm³以上、0.2MPa荷重软化开始点在1636℃、1000℃热膨胀率0.46％的粘土质耐火材料。

采用的原料配方见表5。

按照比例混料后，采用摩擦压力机成型，成型后的半成品坯体干燥后进行烧成，烧成最高温度为1600℃，烧成时间为12小时，1200℃以上的升温和升至烧成最高温度后的保温过程中均采用还原气氛，CO浓度大于10000PPm。烧成过程中条件控制参数见表4。

表4实施例5-7烧成过程中条件控制参数

测试烧成后制品的体积密度、气孔率、常温耐压强度、荷重软化温度等性能，检测结果见表6。

表5实施例1-7采用的原料配方

表6实施例1-7检测结果