本發(fā)明涉及耐火材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種用于氧化鋁空心球磚的穩(wěn)定性好、耐熱震性高的新型輕質(zhì)耐火材料。
背景技術(shù)：
：輕質(zhì)耐火材料為氣孔率高、體積密度小、熱導(dǎo)率低的耐火材料。在工業(yè)窯爐和其他熱工設(shè)備上用作隔熱材料。與一般耐火磚比較，抗渣蝕性、力學(xué)強度、耐磨損性較差，高溫下體積收縮較大。氧化鋁空心球磚因具有氧化鋁含量高、體積密度小、高溫強度大、使用溫度高、導(dǎo)熱系數(shù)小、節(jié)約能源等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于石化行業(yè)高溫窯爐，它既可用作隔熱保溫材料，也可用于高溫工作襯里材料?；诂F(xiàn)有氧化鋁空心球磚中部分組份性能不穩(wěn)定，使得現(xiàn)有氧化鋁空心球磚存在易破碎、耐熱震性不高的缺點，導(dǎo)致其使用周期短，浪費材料的后果，大大阻礙了氧化鋁空心球磚的廣泛應(yīng)用。中國專利文獻上公開了“一種新型的氧化鋁空心球磚”，其公告號為cn105294024a，該發(fā)明通過引入碳酸鈣在基質(zhì)中形成ca6結(jié)合相，可有效減少或避免材料使用過程中硅遷移的發(fā)生，同時還可提高材料的使用溫度，可有效減少熱量散失，節(jié)能環(huán)保。但是，該發(fā)明并沒有解決氧化鋁空心球磚易破碎、耐熱震性不高的缺點。因此，如何對傳統(tǒng)氧化鋁空心球磚的配方進行改性提高其耐熱震性是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明為了克服傳統(tǒng)氧化鋁空心球磚易破碎、耐熱震性不高的問題，提供了一種穩(wěn)定性好、耐熱震性高的新型輕質(zhì)耐火材料。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種新型輕質(zhì)耐火材料，所述新型輕質(zhì)耐火材料包括以下重量份的組份：氧化鋁空心球50～70份，電熔剛玉粉7～13份，碳酸鈣1～3份，改性白炭黑3～6份和氧化鋯0.5～1份。本發(fā)明的新型輕質(zhì)耐火材料的配方中加入了少量的氧化鋯，可以對氧化鋁空心新型輕質(zhì)耐火材料產(chǎn)生明顯的增韌效果，其原理如下：該體系中的氧化鋁空心球的熱膨脹系數(shù)大，彈性模量高，燒結(jié)冷卻后對氧化鋯顆粒的束縛作用強，臨界直徑dc較大，四方氧化鋯顆?？梢愿喔行У乇Ａ粝聛恚虼?，對新型輕質(zhì)耐火材料的增韌效果也比較明顯，從而達到提高其耐熱震性的效果，得到的增韌新型輕質(zhì)耐火材料的強度大，不易破碎，使用周期長。加入碳酸鈣和改性白炭黑，可以在燒結(jié)過程中形成cao+sio2體系，不但產(chǎn)生液相，而且在基體中產(chǎn)生具有平直晶粒的片狀晶體，可以大大提高新型輕質(zhì)耐火材料的耐熱震性。作為優(yōu)選，所述新型輕質(zhì)耐火材料還包括二氧化錳2～5份和金屬鉬0.5～1份。金屬鉬，作為一種難熔金屬與氧化鋁熱膨脹系數(shù)接近，相差僅2.3×10-6，具有良好的熱穩(wěn)定性，其燒結(jié)性能也與氧化鋁接近，相互適應(yīng)性良好；體系中同時加入金屬鉬和二氧化錳具有以下的協(xié)同作用：在燒結(jié)過程中，二氧化錳與氧化鋁空心球發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成mnal2o4，與金屬鉬形成含有孔隙的糊狀體，此時，熔融狀的二氧化硅可以潤濕并填充這些孔隙，將mo、mnal2o4、al2o3三者牢固粘結(jié)在一起，大大降低了新型輕質(zhì)耐火材料的氣孔率，增大了體積密度，從而實現(xiàn)了強度和耐熱震性的大幅度提升。作為優(yōu)選，所述改性白炭黑的制備方法是：先將白炭黑在450～600℃條件下活化5～10h，加入無水乙醇，配置成4～10wt％的白炭黑溶膠；再在50～60℃條件下滴加吐溫20到白炭黑溶膠中，攪拌反應(yīng)15～30min，超聲振蕩5～30min，得到改性白炭黑。本發(fā)明采用的改性白炭黑為多孔性物質(zhì)，其組成可用sio2·nh2o表示，能均勻并良好地分散于新型輕質(zhì)耐火材料的配方體系中，從而可提高酚醛樹脂的殘?zhí)柯屎涂寡趸?，使新型輕質(zhì)耐火材料的性能得到提高；改性后的白炭黑呈球形，能在新型輕質(zhì)耐火材料中均勻良好地分散，分散效果好，此外，白炭黑的價格比其他納米二氧化硅低，降低了生產(chǎn)成本，利于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明對白炭黑進行改性的過程所選用的改性劑為吐溫20，由于吐溫20中聚山梨酯分子中有較多的親水性基團一聚氧乙烯基，故親水性強，為一種非離子型表面活性劑，可以修飾白炭黑，使得白炭黑中環(huán)氧基團具有較高的活性，容易發(fā)生開環(huán)加成，在燒結(jié)過程中與碳酸鈣形成cao+sio2體系，不但產(chǎn)生液相，而且在基體中產(chǎn)生具有平直晶粒的片狀晶體，可以大大提高新型輕質(zhì)耐火材料的耐熱震性。本發(fā)明改性白炭黑的制備工藝加單、易于推廣。作為優(yōu)選，所述氧化鋁空心球的顆粒度為5～3mm、3～1mm和0.5～0.1mm。坯料的顆粒組成對坯體的致密度有很大的影響，在大顆粒的組成中加入一定數(shù)目尺寸較小的顆粒，填充于大顆粒的間隙，可以使得坯體的氣孔率下降，體積密度增大，使胚體變成具有一定尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)強度的制品，使得材料的體積密度、耐壓強度以及高溫性能均得以提高，顯著提升新型輕質(zhì)耐火材料的理化性能。作為優(yōu)選，所述電熔剛玉粉的顆粒度不大于500目，顆粒越細，就越容易燒結(jié)，燒結(jié)溫度也就越低，可以降低能耗，節(jié)約成本。作為優(yōu)選，所述碳酸鈣的自然堆積密度小于0.2g/cm3。本發(fā)明具有如下有益效果：通過多種助劑與氧化鋁空心球發(fā)生協(xié)同作用，提高新型輕質(zhì)耐火材料的強度和使用周期，大大增強了其耐熱震性，從而延長了使用壽命。具體實施方式下面通過具體實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。在本發(fā)明中，若非特指，所有設(shè)備和原料均可從市場購得或是本行業(yè)常用的，下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領(lǐng)域常規(guī)方法。實施例1：(1)制備改性白炭黑備用：先將白炭黑在450℃條件下活化5h，加入無水乙醇，配置成4wt％的白炭黑溶膠；再在50℃條件下滴加吐溫20到白炭黑溶膠中，攪拌反應(yīng)15min，超聲振蕩5min，得到改性白炭黑；一種新型輕質(zhì)耐火材料，包括如下組份：氧化鋁空心球50g(5～3mm的氧化鋁空心球30g，3～1mm的氧化鋁空心球15g，0.5～0.1mm的氧化鋁空心球5g)，電熔剛玉粉7g(顆粒度400目)，碳酸鈣(自然堆積密度0.1g/cm3)1g，改性白炭黑3g，氧化鋯0.5g，二氧化錳2g，金屬鉬0.5g。實施例2：(1)制備改性白炭黑備用：先將白炭黑在600℃條件下活化10h，加入無水乙醇，配置成10wt％的白炭黑溶膠；再在60℃條件下滴加吐溫20到白炭黑溶膠中，攪拌反應(yīng)30min，超聲振蕩30min，得到改性白炭黑；一種新型輕質(zhì)耐火材料，包括如下組份：氧化鋁空心球70g(5～3mm的氧化鋁空心球40g，3～1mm的氧化鋁空心球20g，0.5～0.1mm的氧化鋁空心球10g)，電熔剛玉粉13g(顆粒度350目)，碳酸鈣(自然堆積密度0.15g/cm3)3g，改性白炭黑6g，氧化鋯1g，二氧化錳5g，金屬鉬1g。實施例3：(1)制備改性白炭黑備用：先將白炭黑在550℃條件下活化8h，加入無水乙醇，配置成7wt％的白炭黑溶膠；再在55℃條件下滴加吐溫20到白炭黑溶膠中，攪拌反應(yīng)20min，超聲振蕩15min，得到改性白炭黑；一種新型輕質(zhì)耐火材料，包括如下組份：氧化鋁空心球60g(5～3mm的氧化鋁空心球25g，3～1mm的氧化鋁空心球18g，0.5～0.1mm的氧化鋁空心球17g)，電熔剛玉粉10g(顆粒度500目)，碳酸鈣(自然堆積密度0.05g/cm3)2g，改性白炭黑5g，氧化鋯0.7g，二氧化錳3g，金屬鉬0.7g。對比例對比例采用市輕質(zhì)耐火材料，該輕質(zhì)耐火材料的配方組分中未添加氧化鋯、二氧化錳和金屬鉬的任意一種。對實施例1-3和對比例的輕質(zhì)耐火材料進行性能檢測，結(jié)果如表1所示。表1.理化指標(biāo)檢測結(jié)果實施例1實施例2實施例3對比例體積密度(g/cm3)1.41.551.451.65耐壓強度(mpa)1700168016501580熱震穩(wěn)定性(1100℃，次)28263518由表1的理化指標(biāo)結(jié)果可以看出，本發(fā)明的新型輕質(zhì)耐火材料相對于市售輕質(zhì)耐火材料具有良好的耐壓強度和熱震穩(wěn)定性能，通過多種助劑與氧化鋁空心球發(fā)生協(xié)同作用，提高新型輕質(zhì)耐火材料的強度和使用周期，從而延長了使用壽命。當(dāng)前第1頁12