高发射率陶瓷纤维板及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种高发射率陶瓷纤维板及其制备方法，该高发射率陶瓷纤维板由普通陶纤板原材料与红外高发射率粉体材料复合加工而成；普通陶纤板原材料的原料包括：硅酸铝短陶瓷纤维、有机结合剂、无机结合剂、添加剂；红外高发射率粉体材料的原料包括：二氧化硅或铁矿渣、氧化铁、氧化锰、氧化锆、氧化铬、碳化硅。有机结合剂包括树脂、淀粉、纤维素，无机结合剂包括硅溶胶或铝溶胶，添加剂包括二氧化硅超细粉体。制备高发射率陶瓷纤维板兼具传统陶纤板各方面优点，而且提高了抗热震和耐老化性能，尤其是具有高的红外发射率，能起到增加炉膛辐射作用，可有效提高炉膛内的热利用率，起到节能增效的作用。
【专利说明】高发射率陶瓷纤维板及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高温窑炉耐火材料，尤其涉及一种高发射率陶瓷纤维板及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 陶瓷纤维板是一种广泛使用的高温隔热材料，在高温使用过程中仍能保持较好的 机械强度和力学性能，且使用寿命长，广泛应用于水泥、石化、冶金、陶瓷、玻璃等行业的窑 炉保温。近年来，随着陶瓷纤维板的强度、耐火度、抗热震等性能的提高，也被用于高温窑炉 的工作面。
[0003] 现有技术中，中国专利 CN102515661A、CN101591193、CN101462876、CN102464469A 等分别公开了不同类型陶纤板及其制备方法。
[0004] 上述现有技术至少存在以下缺点：
[0005] 陶纤板普遍存在红外发射率较低（通常为0. 6左右），无法有效利用炉膛内的热射 线。而高的红外发射率可以提高炉膛内的热利用率，起到节约能源的作用。因此，现有技术 中的陶纤板的热辐射效果较差，特别是用于炉膛工作面的陶纤板，热辐射效果尤其不理想。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种可有效提高炉膛内的热利用率，起到节能增效作用的高 发射率陶瓷纤维板及其制备方法。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008] 本发明的高发射率陶瓷纤维板，该高发射率陶瓷纤维板由普通陶纤板原材料与红 外高发射率粉体材料复合加工而成；
[0009] 所述普通陶纤板原材料的原料包括：硅酸铝短陶瓷纤维、有机结合剂、无机结合 齐U、添加剂；
[0010] 所述红外高发射率粉体材料的原料包括：二氧化硅或铁矿渣、氧化铁、氧化锰、氧 化锆、氧化铬、碳化硅。
[0011] 本发明的制备上述的高发射率陶瓷纤维板的方法，包括以下步骤：
[0012] A、红外高发射率粉体材料制备：
[0013] A1.按以下重量配比称取粉体原材料：铁矿渣或二氧化硅30-75份、氧化铁5-15 份、氧化锰5-15份、氧化锆5-15份、氧化铬5-15份、碳化硅5-15份；
[0014] A2.将步骤A1所称量的粉体原材料进行球磨，并充分混合均匀；
[0015] A3.将步骤A2所得混合粉体在高温下进行热处理，热处理温度为KKKTC? 1150°C，处理时间为6?24小时；
[0016] A4.将步骤A3获得的粉体进行球磨，获得粒径分布从数十纳米到数十微米的红外 高发射率粉体；
[0017] B、普通陶纤板浆料制备：
[0018] B1.按重量配比称取25-35份硅酸铝陶瓷纤维，1-5份有机结合剂，5-15份添加剂， 25-35份无机结合剂；
[0019] B2.将B1步骤所选原材料混合并加水搅拌均匀得到普通陶纤板浆料；
[0020] C、高发射率陶纤板浆料制备：
[0021] C1.按重量配比称取20-30份硅酸铝陶瓷纤维，1-5份有机结合剂，1-5份添加剂， 6-15份高发射率粉体，25-35份无机结合剂；
[0022] C2.将C1步骤所选原材料混合并加水搅拌均匀得到高发射率陶纤板浆料；
[0023] D、制备高发射率陶纤板湿坯或复合型高发射率陶纤板湿坯：
[0024] 将步骤C所得高发射率陶纤板浆料加入成型罐，并使其均匀平铺，然后进行真空 脱水，脱模得到高发射率陶纤板湿坯；
[0025] 或者：
[0026] 将步骤C所制高发射率陶纤板浆料加入成型罐，先在成型罐底部均匀填充一层 后，再将步骤B所制普通陶纤板浆料均匀覆盖在其上方，然后进行脱水，脱模得到复合型高 发射率陶纤板湿坯；
[0027] E、烘干：将步骤D制得的高发射率陶纤板湿坯或复合型高发射率陶纤板湿坯烘干 硬化即得到产品。
[0028] 由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的高发射率陶瓷纤维 板及其制备方法，由于高发射率陶瓷纤维板由普通陶纤板原材料与红外高发射率粉体材料 复合加工而成，兼具传统陶纤板各方面优点，同时又具有高的红外发射率，能起到增加炉膛 辐射作用，在高温窑炉内壁安装后，可有效提高炉膛内的热利用率，起到节能增效的作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0029] 图1为本发明实施例一和二中高发射率陶瓷纤维板的制备方法的流程示意图；
[0030] 图2为本发明实施例三和四中高发射率陶瓷纤维板的制备方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0031] 下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
[0032] 本发明的高发射率陶瓷纤维板，其较佳的【具体实施方式】是：
[0033] 该高发射率陶瓷纤维板由普通陶纤板原材料与红外高发射率粉体材料复合加工 而成；
[0034] 所述普通陶纤板原材料的原料包括：硅酸铝短陶瓷纤维、有机结合剂、无机结合 齐IJ、添加剂；
[0035] 所述红外高发射率粉体材料的原料包括：二氧化硅或铁矿渣、氧化铁、氧化锰、氧 化锆、氧化铬、碳化硅。
[0036] 所述有机结合剂包括树脂、淀粉、纤维素或其中的一种或两种，所述无机结合剂包 括硅溶胶或铝溶胶，所述添加剂包括二氧化硅超细粉体。
[0037] 所述铁矿渣的成分包括：65%?80%重量份的二氧化硅和10%?18%重量份的 氧化铁，所述铁矿渣中钙、铝、镁氧化物的含量为10%?18%重量份。
[0038] 本发明的制备上述的高发射率陶瓷纤维板的方法，其较佳的【具体实施方式】是：
[0039] 包括以下步骤：
[0040] A、红外高发射率粉体材料制备：
[0041] A1.按以下重量配比称取粉体原材料：铁矿渣或二氧化硅30-75份、氧化铁5-15 份、氧化锰5-15份、氧化锆5-15份、氧化铬5-15份、碳化硅5-15份；
[0042] A2.将步骤A1所称量的粉体原材料进行球磨，并充分混合均匀；
[0043] A3.将步骤A2所得混合粉体在高温下进行热处理，热处理温度为KKKTC? 1150°C，处理时间为6?24小时；
[0044] A4.将步骤A3获得的粉体进行球磨，获得粒径分布从数十纳米到数十微米的红外 高发射率粉体；
[0045] B、普通陶纤板浆料制备：
[0046] B1.按重量配比称取25-35份硅酸铝陶瓷纤维，1-5份有机结合剂，5-15份添加剂， 25-35份无机结合剂；
[0047] B2.将B1步骤所选原材料混合并加水搅拌均匀得到普通陶纤板浆料；
[0048] C、高发射率陶纤板浆料制备：
[0049] C1.按重量配比称取20-30份硅酸铝陶瓷纤维，1-5份有机结合剂，1-5份添加剂， 6-15份高发射率粉体，25-35份无机结合剂；
[0050] C2.将C1步骤所选原材料混合并加水搅拌均匀得到高发射率陶纤板浆料；
[0051] D、制备高发射率陶纤板湿坯或复合型高发射率陶纤板湿坯：
[0052] 将步骤C所得高发射率陶纤板浆料加入成型罐，并使其均匀平铺，然后进行真空 脱水，脱模得到高发射率陶纤板湿坯；
[0053] 或者：
[0054] 将步骤C所制高发射率陶纤板浆料加入成型罐，先在成型罐底部均匀填充一层 后，再将步骤B所制普通陶纤板浆料均匀覆盖在其上方，然后进行脱水，脱模得到复合型高 发射率陶纤板湿坯；
[0055] E、烘干：将步骤D制得的高发射率陶纤板湿坯或复合型高发射率陶纤板湿坯烘干 硬化即得到产品。
[0056] 所述高发射率陶纤板湿坯的厚度为0. 8cm?2. 5cm ;所述复合型高发射率陶纤板 湿坯中高发射率陶纤板层的厚度为0. 5cm?lcm。
[0057] 本发明的高发射率陶瓷纤维板及其制备方法，具有高的红外发射率能起到增加炉 膛辐射作用，这种陶纤板既具有普通陶纤板的各方面优点，同时红外发射率高，在高温窑炉 内壁安装后，可有效提高炉膛内的热利用率，起到节能增效的作用；且该高发射率陶瓷纤维 板使用时机械强度高、力学性能好、表面微裂痕少、不掉渣、不脱落，可长期在1KKTC以下温 度工作，抗热震性优于普通陶瓷纤维板。经检测，采用上述方法制备的高发射率陶瓷纤维板 在800°C时法向全发射率大于0. 83,并且长期使用不易老化。
[0058] 具体实施例一：
[0059] 1、高发射率粉体材料制备：称取二氧化硅9kg，氧化铁3kg，氧化锰2kg，氧化锆 2kg，氧化铬2kg、碳化硅2kg，加入球磨机，研磨混合均匀。将混合均匀后的粉体在1100°C热 处理8小时。待热处理结束后经球磨超细化处理，制得粒径分布从数十纳米到数十微米的 高发射率粉体。本步骤所选原材料均为工业纯粉体，其粉体粒度约为200目。
[0060] 2、普通陶纤板浆料制备：称取硅酸铝陶瓷纤维50kg，有机结合剂（树脂、淀粉、纤 维素）5kg，无机结合剂（娃溶胶）50kg，添加剂（二氧化娃超细粉体）20kg加入混料罐搅拌， 使用机械或空气搅拌方法充分搅拌均匀至带有一定粘稠度的普通陶纤板浆料。根据所用无 机结合剂硅溶胶的含量，在浆料制备时必要时需加入适量的水。
[0061] 3、高发射率陶纤板浆料制备：称取硅酸铝陶瓷纤维23kg，有机结合剂（树脂、淀 粉、纤维素）2kg，无机结合剂（硅溶胶）25kg，添加剂（二氧化硅超细粉体）2kg加入混料罐 搅拌，高发射率粉体12kg，使用机械或空气搅拌方法充分搅拌均匀至带有一定粘稠度的高 发射率陶纤板浆料。根据所用无机结合剂硅溶胶的含量，在浆料制备时需加入适量的水。
[0062] 4、复合型高发射率陶纤板湿坯制备：将步骤3所制高发射率陶纤板浆料加入成型 罐，待高发射率陶纤板浆料充满并均匀分布在成型罐底部后，将步骤2所制普通陶纤板浆 料均匀覆盖在高发射率陶纤板浆料上，然后使用抽真空方式对浆料进行脱水，脱模后制成 带高发射率层的复合型陶纤板湿坯。其中，高发射率陶纤板浆料层厚度控制在约〇. 8cm，普 通陶纤板浆料层厚度控制在1. 5cm左右。
[0063] 5、复合型高发射率陶纤板成品制备：将步骤4所得复合型高发射率陶纤板湿坯放 入烘房烘干，烘干温度100-150°C。待烘干硬化，达到理想的强度时取出，得到复合型高发射 率陶纤板，并根据需要对其裁剪、切边、磨削，制得本发明成品。
[0064] 具体实施例二：
[0065]为了降低成本，高发射率粉体材料制备中的二氧化硅原料可以由铁矿渣替代。
[0066] 1、高发射率粉体材料制备：称取铁矿渣10kg，氧化铁2kg，氧化锰2kg，氧化锆2kg， 氧化铬2kg、碳化硅2kg，加入球磨机，研磨混合均匀。将混合均匀后的粉体在1KKTC热处 理8小时。待热处理结束后经球磨超细化处理，制得粒径分布从数十纳米到数十微米的高 发射率粉体。本步骤所选原材料均为工业纯，其粒度约为200目。
[0067] 2、普通陶纤板浆料制备：与实施例一中步骤2相同。称取硅酸铝陶瓷纤维50kg， 有机结合剂（树脂、淀粉、纤维素）5kg，无机结合剂（硅溶胶）50kg，添加剂（二氧化硅超细 粉体）20kg加入混料罐搅拌，使用机械或空气搅拌方法充分搅拌均匀至带有一定粘稠度的 普通陶纤板浆料。根据所用无机结合剂硅溶胶的含量，在浆料制备时需加入适量的水。
[0068] 3、高发射率陶纤板浆料制备：与实施例一中步骤3相同。称取硅酸铝陶瓷纤维 23kg，有机结合剂（树脂、淀粉、纤维素）2kg，无机结合剂（硅溶胶）25kg，添加剂（二氧化 硅超细粉体）2kg加入混料罐搅拌，高发射率粉体12kg，使用机械或空气搅拌方法充分搅拌 均匀至带有一定粘稠度的高发射率陶纤板浆料。根据所用无机结合剂硅溶胶的含量，在浆 料制备时需加入适量的水。
[0069] 4、复合型高发射率陶纤板湿坯制备：将步骤3所制高发射率陶纤板浆料加入成型 罐，待高发射率陶纤板浆料充满并均匀分布在成型罐底部后，将步骤2所制普通陶纤板浆 料均匀覆盖在高发射率陶纤板浆料上，然后使用抽真空方式对浆料进行脱水，脱模后制成 带高发射率层的复合陶纤板湿坯。其中，高发射率陶纤板浆料层厚度控制在约〇. 8cm，普通 陶纤板浆料层厚度控制在1. 5cm左右。
[0070] 5、复合型高发射率陶纤板成品制备：将步骤4所得复合型高发射率陶纤板湿坯放 入烘房烘干，烘干温度100-150°C。待烘干硬化，达到理想的强度时取出，得到复合型高发射 率陶纤板，并根据需要对其裁剪、切边、磨削，制得本发明成品。
[0071] 具体实施例三：
[0072] 1、高发射率粉体材料制备：称取二氧化硅9kg，氧化铁3kg，氧化锰2kg，氧化锆 2kg，氧化铬2kg、碳化硅2kg，加入球磨机，研磨混合均匀。将混合均匀后的粉体在1100°C热 处理8小时。待热处理结束后经球磨超细化处理，制得粒径分布从数十纳米到数十微米的 高发射率粉体。本步骤所选原材料均为工业纯，其粒度约为200目。
[0073] 2、高发射率陶纤板浆料制备：称取硅酸铝陶瓷纤维23kg，有机结合剂（树脂、淀 粉、纤维素）2kg，无机结合剂（硅溶胶）25kg，添加剂（二氧化硅超细粉体）2kg，高发射率粉 体12kg加入混料罐搅拌，使用机械或空气搅拌方法充分搅拌均匀至带有一定粘稠度的浆 料。根据所用无机结合剂硅溶胶的含量，在浆料制备时需加入适量的水。
[0074] 3、高发射率陶纤板湿坯制备：将步骤2得到的高发射率陶纤板浆料放入成型罐 中，均匀填充在成型罐底部，成型罐中填充浆料的量以最后形成厚度约为1. 5cm的成品高 发射率陶纤板为准，然后，采用抽真空方式对浆料进行脱水，脱模后制成高发射率陶纤板湿 坯。
[0075] 4、高发射率陶纤板成品制备：将步骤3制得的高发射率陶纤板湿坯放入烘房烘 干，烘干温度为100-150°C。待烘干硬化，达到理想的强度时取出，得到高发射率陶纤板，并 根据需要对其裁剪、切边、磨削，制得本发明成品。
[0076] 具体实施例四：
[0077] 为了降低成本，高发射率粉体材料制备中的二氧化硅原料可以由铁矿渣替代。
[0078] 1、高发射率粉体材料制备：称取铁矿渣10kg，氧化铁2kg，氧化锰2kg，氧化锆2kg， 氧化铬2kg、碳化硅2kg，加入球磨机，研磨混合均匀。将混合均匀后的粉体在1KKTC热处 理8小时。待热处理结束后经球磨超细化处理，制得粒径分布从数十纳米到数十微米的高 发射率粉体。本步骤所选原材料均为工业纯，其粒度约为200目。
[0079] 2、高发射率陶纤板浆料制备：称取硅酸铝陶瓷纤维23kg，有机结合剂（树脂、淀 粉、纤维素）2kg，无机结合剂（硅溶胶）25kg，添加剂（二氧化硅超细粉体）2kg，高发射率粉 体12kg加入混料罐搅拌，使用机械或空气搅拌方法充分搅拌均匀至带有一定粘稠度的浆 料。根据所用无机结合剂硅溶胶的含量，在浆料制备时需加入适量的水。
[0080] 3、高发射率陶纤板湿坯制备：将步骤2得到的高发射率陶纤板浆料放入成型罐 中，均匀填充在成型罐底部，成型罐中填充浆料的量以最后形成厚度约为1. 5cm的成品高 发射率陶纤板为准，然后，采用抽真空方式对浆料进行脱水，脱模后制成高发射率陶纤板湿 坯。
[0081] 4、高发射率陶纤板成品制备：将步骤3制得的高发射率陶纤板湿坯放入烘房烘 干，烘干温度为100-150°C。待烘干硬化，达到理想的强度时取出，得到高发射率陶纤板，并 根据需要对其裁剪、切边、磨削，制得本发明成品。
[0082] 按照上述流程制得的高发射率（复合型）陶纤板经测试，在800°C时法向全发射率 大于0. 83,在高温炉膛内壁使用后有明显的节能效果。同时材料在高温时机械性能、表面强 度好，不易开裂，不掉渣，抗热震性强，可长期工作在1KKTC。并且产品具有性能稳定、不易 老化、使用寿命长、价格低廉等优点。在高温窑炉炉膛内使用后不仅可以节能，而且能够保 护炉膛，延长窑炉使用寿命。
[〇〇83] 以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范 围为准。
【权利要求】
1. 一种高发射率陶瓷纤维板，其特征在于，该高发射率陶瓷纤维板由普通陶纤板原材 料与红外高发射率粉体材料复合加工而成； 所述普通陶纤板原材料的原料包括：硅酸铝短陶瓷纤维、有机结合剂、无机结合剂、添 加剂； 所述红外高发射率粉体材料的原料包括：二氧化硅或铁矿渣、氧化铁、氧化锰、氧化锆、 氧化铬、碳化硅。
2. 根据权利要求1所述的高发射率陶瓷纤维板，其特征在于，所述有机结合剂包括树 月旨、淀粉、纤维素，所述无机结合剂包括硅溶胶或铝溶胶，所述添加剂包括二氧化硅超细粉 体。
3. 根据权利要求2所述的高发射率陶瓷纤维板，其特征在于，所述铁矿渣的成分包括： 65%?80%重量份的二氧化硅和10%?18%重量份的氧化铁，所述铁矿渣中钙、铝、镁氧 化物的含量为10 %?18 %重量份。
4. 一种制备权利要求1、2或3所述的高发射率陶瓷纤维板的方法，其特征在于，包括以 下步骤： A、 红外高发射率粉体材料制备： A1.按以下重量配比称取粉体原材料：铁矿渣或二氧化硅30-75份、氧化铁5-15份、氧 化锰5-15份、氧化锆5-15份、氧化铬5-15份、碳化硅5-15份； A2.将步骤A1所称量的粉体原材料进行球磨，并充分混合均匀； A3.将步骤A2所得混合粉体在高温下进行热处理，热处理温度为KKKTC?1150°C，处 理时间为6?24小时； A4.将步骤A3获得的粉体进行球磨，获得粒径分布从数十纳米到数十微米的红外高发 射率粉体； B、 普通陶纤板浆料制备： B1.按重量配比称取25-35份硅酸铝陶瓷纤维，1-5份有机结合剂，5-15份添加剂， 25-35份无机结合剂； B2.将B1步骤所选原材料混合并加水搅拌均匀得到普通陶纤板浆料； C、 高发射率陶纤板浆料制备： C1.按重量配比称取20-30份硅酸铝陶瓷纤维，1-5份有机结合剂，1-5份添加剂，6-15 份高发射率粉体，25-35份无机结合剂； C2.将C1步骤所选原材料混合并加水搅拌均匀得到高发射率陶纤板浆料； D、 制备高发射率陶纤板湿坯或复合型高发射率陶纤板湿坯： 将步骤C所得高发射率陶纤板浆料加入成型罐，并使其均匀平铺，然后进行真空脱水， 脱模得到高发射率陶纤板湿坯； 或者： 将步骤C所制高发射率陶纤板浆料加入成型罐，先在成型罐底部均匀填充一层后，再 将步骤B所制普通陶纤板浆料均匀覆盖在其上方，然后进行脱水，脱模得到复合型高发射 率陶纤板湿坯； E、 烘干：将步骤D制得的高发射率陶纤板湿坯或复合型高发射率陶纤板湿坯烘干硬化 即得到产品。
5.根据权利要求4所述的制备高发射率陶瓷纤维板的方法，其特征在于，所述高发射 率陶纤板湿坯的厚度为0. 8cm?2. 5cm ;所述复合型高发射率陶纤板湿坯中高发射率陶纤 板层的厚度为0. 5cm?lcm。
【文档编号】C04B35/66GK104098340SQ201410323569
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月8日 优先权日:2014年7月8日
【发明者】邹键, 戴建明, 郭帅 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院