一种超低气孔高铝砖及其制备工艺的制作方法

2021-01-31 00:01:56|

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本发明属于高铝耐火材料技术领域，具体涉及一种超低气孔高铝砖及其制备工艺。

背景技术：

高炉中，炉缸炉底经常受到铁渣、铁水的侵蚀，其中铁渣的主要成分为cao、sio2、al2o3、mgo，而高炉的炉底、炉缸多使用碳化硅耐火材料以及铝硅系的耐火材料，铝硅系耐火材料包括莫来石耐火材料以及刚玉质耐火材料。

申请号为cn201010535348.2的发明专利公开了一种含均质料的刚玉-莫来石质高强耐磨可塑料。该发明指出，传统的刚玉-莫来石系耐磨耐火可塑料主要有两种形式，一种是直接采用刚玉和莫来石原料复合级配使用，另一种是使用矿物相由刚玉和莫来石相组成的烧结矾土熟料，其中，直接采用刚玉和莫来石原料复合级配使用时，由于刚玉和莫来石都是高温相，不用烧结，使用时，结合强度低，耐磨性能不好，而传统的高铝矾土熟料的天然原料，随着产地的差异，原料组成不同，尤其是杂质种类和含量差异较大，而且受传统的烧成工艺和人工拣选工艺的影响，高铝矾土熟料具有质量不够稳定、加工不够精细、均匀性差等特点，严重影响了耐磨耐火可塑料性能指标的稳定性和损毁速率的均匀性，在杂质集中或者低档烧结矾土熟料混入时，会出现高温炉衬局部磨损、渗透及侵蚀过快等问题，严重降低了耐磨材料的使用寿命和高温窑炉的利用系数。该发明公开的高强耐磨可塑料区别于浇注料，其施工时无需支设模具，而是直接采用涂抹、捣打的方式施工。其组分包括：粒度为3-1mm的均质料、粒度为1-0mm的均质料、粒度<0.074的均质料、硅微粉95、氧化铝微粉、45%的磷酸溶液、高铝水泥、磷酸二氢铝溶液。该发明指出，其是使用了低吸水率、低气孔率以及高均匀性的人工合成均质料替代刚玉、莫来石原料直接复合使用的体系或者高吸水率、高气孔率以及均匀性差的烧结铝矾土熟料的天然原料，使得施工性能好，强度高，耐磨性好，其中其体积密度在2.65g/cm³-2.72g/cm³之间。从现在的工艺来看，体积密度在2.65g/cm³-2.72g/cm³时，其气孔率应当在15%以上，而这种砖在实际应用中，其体积密度、气孔率已经不能满足很多高炉的应用要求，其抗碱渣以及抗铁水熔蚀性能较差，微小碱渣、铁水会从气孔中逐步侵蚀耐火砖的内部结构。

申请号为cn200910263025.x的发明专利公开了一种提高致密重质耐火制品力学性能及抗热震性方法。该发明涉及干熄焦炉用致密重质耐火制品。该发明指出，耐火制品需要提高的1100℃高温抗折强度、1100℃高温下耐冲刷能力、耐压强度以及热震稳定性，而前三者都需要有较高的致密度和较低的气孔率，热震稳定性有要求有第低致密度和较高的气孔率，通常耐火制品的这四种特性很难同时提高，其认为是致密重质耐火砖采用摩擦压力机压制成型，由于摩擦压力机压力不均匀，再加上原料混练的均匀程度、原料纯度、低温结合剂、原料中含有的低熔物等种种因素，生产过程中会造成耐火制品中存在微小裂纹、微小熔洞等伤痕缺陷，造成耐火制品内在质量不稳定，性能下降。该发明采用完全反应形成的磷酸盐溶液充分浸泡耐火制品，随后中温烘烤使得磷酸盐与耐火制品中金属氧化物反应生成磷酸铝、磷酸硅、磷酸镁等结晶状磷酸盐驻留，填充与修复了致密重质耐火制品内部的各种缺陷。但是，最终，经过这种处理方法处理的莫来石-碳化硅砖、莫来石砖的显气孔率在16.8%-18.5%，体积密度在2.62g/cm³-2.72g/cm³。该发明通过致密耐火制品加工成型之后浸润于磷酸盐溶液中，并使用600-800℃的温度进行烘烤，使得耐火制品内部形成磷酸铝、磷酸硅、磷酸镁等结晶状磷酸盐驻留，填充修复致密重质耐火制品内部的各种缺陷，但从结果上看，其处理结果并不理想，莫来石、莫来石-碳化硅砖等铝硅系的耐火砖经过该工艺处理后，显气孔率还是在15%以上，在高炉的实际应用中，各种碱渣、铁水都会从气孔内部逐步侵蚀耐火制品，降低耐火制品的使用性能与使用寿命。

现有技术中，尽管通过各种手段使得高铝砖更为致密，但是，可以看到，现有技术中的高铝砖的气孔率都在15%以上，且这个气孔率往往是显气孔率，其对于耐火制品的抗渗透性能来说仍然不够，但是目前又没有好的办法能够将高铝砖的气孔率再下降一个数量级。

技术实现要素：

为了解决背景技术中提出的问题，本发明首先给出了一种超低气孔高铝砖，其次，给出一种超低气孔高铝砖的制备工艺。

一种超低气孔高铝砖，其组成成分按重量份计为：板状刚玉30-40份、电熔棕刚玉15-25份、板刚玉粉10-20份、氧化铝超微粉10-20份、粘土2-6份、结合剂a2-6份、结合剂b2-8份，所述的结合剂a的组分包括浓磷酸、水，结合剂b的组分包括铝溶胶、水，超低气孔高铝砖的显气孔率在10%以下，al2o3的含量在88%以上。

进一步地，所述的结合剂a中，按重量比，浓磷酸:水=(5-7):3，结合剂b中，铝溶胶:水=(3-5):1。

进一步地，所述的板状刚玉的粒度为3-1mm，电熔棕刚玉的粒度为1mm-0.5mm，板刚玉粉的粒度在325目-400目，氧化铝超微粉的粒度在5μm以下，粘土的粒度分布范围在200目-270目。

一种超低气孔高铝砖的制备工艺，包括如下工艺步骤：a.将板状刚玉、电熔棕刚玉充分分散混匀；b.加入结合剂a，然后再加入氧化铝超微粉、板刚玉粉、粘土，混练，之后再加入结合剂b，再混练；c.将混合物使用液压机压成成型的砖坯；d.在隧道窑中将砖坯烧成。

进一步地，在所述的步骤a中，按粒度从大到小依次将30-40重量份板状刚玉、15-25重量份电熔棕刚玉投入混料机，干混3-5min。

进一步地，在所述的步骤b中，首先将结合剂a加入步骤a制得的混合物中，混练6-10min后，再加入10-20重量份的氧化铝超微粉、2-6重量份粘土、10-20重量份板刚玉粉，混练6-10min，之后，再加入结合剂b，混练6-10min，之后困料24小时，其中，结合剂a中，按重量比，浓磷酸:水=(5-7):3，结合剂b中，按重量比，铝溶胶:水=(3-5):1。

进一步地，步骤c中的液压机为千吨级液压机。

进一步地，步骤d中，隧道窑温度维持在1560-1600℃，烧成时长在3-5h。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：使用了特殊的结合剂组合、配比以及制备工艺，使得本产品的显气孔率在10%以下，将气孔率降低了一个数量级，显气孔率的降低对于高铝砖的抗渗透性能寿命来说，意义重大，且经过实践检验，普通莫来石砖的高炉检修寿命是2-3年，而本发明公开的超低气孔高铝砖的检修寿命为5年，一方面大大降低了检修的资金成本，另一方面大大降低了检修的人力成本。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明进行进一步地解释说明。以下实施例仅是对本发明的解释，并非是对本发明的限定，在本发明基础上进行的简单替换、叠加得到的技术方案均应落入本发明的保护范围。

实施例1

一种超低气孔高铝砖，其组成成分按重量份计为：板状刚玉30份、电熔棕刚玉25份、板刚玉粉10份、氧化铝超微粉20份、粘土2份、结合剂a6份、结合剂b2份，所述的结合剂a的组分包括浓磷酸、水，结合剂b的组分包括铝溶胶、水。

进一步地，所述的结合剂a中，按重量比，浓磷酸:水=5:3，结合剂b中，铝溶胶:水=5:1。

进一步地，在所述的步骤a中，按粒度从大到小依次将30重量份板状刚玉、25重量份电熔棕刚玉投入混料机，干混3min。

进一步地，在所述的步骤b中，首先将结合剂a加入步骤a制得的混合物中，混练10min后，再加入10重量份板刚玉粉、20重量份的氧化铝超微粉、2重量份粘土，混练6min，之后，再加入结合剂b，混练10min，之后困料24小时，其中，结合剂a中，按重量比，浓磷酸:水=5:3，结合剂b中，按重量比，铝溶胶:水=5:1。

进一步地，步骤c中的液压机为千吨级液压机。

进一步地，步骤d中，隧道窑温度维持在1560-1600℃，烧成时长3h。

按gb/t2997-2015中的相关方法测定体积密度、气孔率，得到体积密度为3.12g/cm³，显气孔率为10%，按gb/t5072-2008中的致密定形耐火制品耐压强度无衬垫试验法（仲裁法）测定，得到常温耐压强度为136.2mpa。

实施例2

一种超低气孔高铝砖，其组成成分按重量份计为：板状刚玉40份、电熔棕刚玉15份、板刚玉粉20份、氧化铝超微粉10份、粘土6份、结合剂a2份、结合剂b8份，所述的结合剂a的组分包括浓磷酸、水，结合剂b的组分包括铝溶胶、水。

进一步地，所述的结合剂a中，按重量比，浓磷酸:水=7:3，结合剂b中，铝溶胶:水=3:1。

进一步地，在所述的步骤a中，按粒度从大到小依次将40重量份板状刚玉、15重量份电熔棕刚玉投入混料机，干混5min。

进一步地，在所述的步骤b中，首先将结合剂a加入步骤a制得的混合物中，混练6min后，再加入10重量份的氧化铝超微粉、6重量份粘土、20重量份板刚玉粉，混练10min，之后，再加入结合剂b，混练6in，之后困料24小时，其中，结合剂a中，按重量比，浓磷酸:水=7:3，结合剂b中，按重量比，铝溶胶:水=3:1。

进一步地，步骤c中的液压机为千吨级液压机。

进一步地，步骤d中，隧道窑温度维持在1560-1600℃，烧成时长5h。

按gb/t2997-2015中的相关方法测定体积密度、气孔率，得到体积密度为3.12g/cm³，显气孔率为9.7%，按gb/t5072-2008中的致密定形耐火制品耐压强度无衬垫试验法（仲裁法）测定，得到常温耐压强度为156.2mpa。

实施例3

一种超低气孔高铝砖，其组成成分按重量份计为：板状刚玉35份、电熔棕刚玉20份、板刚玉粉15份、氧化铝超微粉15份、粘土4份、结合剂a4份、结合剂b4份，所述的结合剂a的组分包括浓磷酸、水，结合剂b的组分包括铝溶胶、水。

进一步地，所述的结合剂a中，按重量比，浓磷酸:水=2:1，结合剂b中，铝溶胶:水=4:1。

进一步地，在所述的步骤a中，按粒度从大到小依次将35重量份板状刚玉、20重量份电熔棕刚玉投入混料机，干混4min。

进一步地，在所述的步骤b中，首先将结合剂a加入步骤a制得的混合物中，混练8min后，再加入15重量份的氧化铝超微粉、4重量份粘土、15重量份板刚玉粉，混练8min，之后，再加入结合剂b，混练8min，之后困料24小时，其中，结合剂a中，按重量比，浓磷酸:水=2:1，结合剂b中，按重量比，铝溶胶:水=4:1。

进一步地，步骤c中的液压机为千吨级液压机。

进一步地，步骤d中，隧道窑温度维持在1560-1600℃，烧成时长4h。

按gb/t2997-2015中的相关方法测定体积密度、气孔率，得到体积密度为3.15g/cm³，显气孔率为9.6%，按gb/t5072-2008中的致密定形耐火制品耐压强度无衬垫试验法（仲裁法）测定，得到常温耐压强度为180.2mpa。

对比例1

与实施例1不同之处在于，结合剂a的重量份为7份，结合剂a中，浓磷酸:水=4:1，结合剂b的重量份为9份，结合剂b中，铝溶胶:水=6:1，最终分别根据gb/t2997-2015中的相关方法测定体积密度、气孔率，根据gb/t5072-2008中的致密定形耐火制品耐压强度无衬垫试验法（仲裁法）测定常温耐压强度，得到体积密度为3.01g/cm³、显气孔率为14.1%、常温耐压强度为121mpa。

对比例2

与实施例2不同之处在于，结合剂a的重量份为8份，结合剂a中，浓磷酸:水=5:1，结合剂b的重量份为10份，结合剂b中，铝溶胶:水=6:1，最终分别根据gb/t2997-2015中的相关方法测定体积密度、气孔率，根据gb/t5072-2008中的致密定形耐火制品耐压强度无衬垫试验法（仲裁法）测定常温耐压强度，得到体积密度为3.01g/cm³、显气孔率为14.3%、常温耐压强度为125mpa。

对比例3

与实施例3不同之处在于，结合剂a的重量份为9份，结合剂a中，浓磷酸:水=5:1，结合剂b的重量份为11份，结合剂b中，铝溶胶:水=7:1，最终分别根据gb/t2997-2015中的相关方法测定体积密度、气孔率，根据gb/t5072-2008中的致密定形耐火制品耐压强度无衬垫试验法（仲裁法）测定常温耐压强度，得到体积密度为3.02g/cm³、显气孔率为14.1%、常温耐压强度为130mpa。

由实施例1与对比例1、实施例2与对比例2、实施例3与对比例3的对比可知，在相同的情况下，改变了结合剂a、结合剂b的加入量，以及结合剂a中各个组分的配比、结合剂b中各个组分的配比，最终得到的高铝耐火制品的体积密度、气孔率、常温耐压强度性能都有较大的提升，尤其是显气孔率，取得了突跃式地提升，下降了一个数量级，稳定在10%以下，对于高铝耐火制品的发展具有重要意义。

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