本发明涉及耐火材料制造技术领域，尤其是涉及一种隔热保温耐火材料及其制备方法。
背景技术：
在传统意义上，耐火材料是指耐火度不低于1580℃的无机非金属材料，它是为高温技术服务的基础材料，是用作高温窑炉等热工设备的结构材料，以及工业高温容器和部件的材料，并且能够承受相应的物理化学变化及机械作用。
大部分耐火材料是以天然矿石（如耐火粘土、硅石、菱镁矿、白云石）为原料制造的，采用某些工业原料和人工合成原料（如工业氧化铝、碳化硅、合成莫来石、合成尖晶石等）也日益增多，因此，耐火材料的种类很多。耐火材料按照矿物组成可以分为氧化硅质、硅酸铝质、镁质、白云石质、橄榄石质、尖晶石质、含碳质、含锆质耐火材料及特殊耐火材料；按照制造方法可以分为天然矿石和人造制品；按其方式可分为块状制品和不定形耐火材料；按照热处理方式可分为不烧制品、烧成制品和熔铸制品；按照耐火度可分为普通、高级和特级耐火制品；按照化学性质可分为酸性、中性及碱性耐火材料；按照其密度可分为轻质及重质耐火材料；按照其制品的形状和尺寸可分为标准砖、异形砖、特异形砖、管和耐火器皿；还可以按其应用分为高炉用、水泥窑用、玻璃窑用、陶瓷窑用耐火材料等。
隔热保温耐火材料在工业窑炉和其他热工设备上用作隔热材料，其具有气孔率高、体积密度小、热导率低的耐火材料；工业窑炉砌体蓄热损失和炉体表面散热损失约占燃料消耗的24～45%，能量损失巨大，使得能源利用率低，使用热导率低、热容量小的隔热保温耐火材料作炉体结构材料，可节省燃料消耗；同时，由于窑炉可以快速升温和冷却，能提高设备生产效率；还能减轻炉体重量，简化窑炉构造，提高产品质量，降低环境温度，改善劳动条件。但是隔热保温耐火材料也存在力学强度低，不能用于承重，而且其耐磨性能也较差。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明提供了一种气孔率高、体积密度小、热导率低，并且机械强度和耐磨性能较优的隔热保温耐火材料；
本发明还提供了一种步骤简洁且能够制得高气孔率、低体积密度、低热导率、较高力学强度和较高耐磨性能隔热保温耐火材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种隔热保温耐火材料，由以下重量份的原料制得：氧化铝600～700份，氧化硅200～240份，碳酸镁50～60份，氧化钙90～110份，氧化钛15～60份，氧化锆12～14份，氧化锌20～22份，水600～640份，碳酸氢钠200～240份，造孔剂380～460份。
氧化铝与氧化硅体系的无机氧化物会形成莫来石相，莫来石是一种具有较高熔点的无机化合物，其熔点在1850℃以上，硅铝氧化物体系是一个常见且优良的耐火材料体系，同时碳酸镁和碳酸钙在高温时会分解产生氧化镁、氧化钙和二氧化碳，生成的二氧化碳具有造孔的作用，氧化镁、氧化钙也是具有较高熔点的无机氧化物，与硅铝系氧化物反应形成固溶体可以增进耐火材料的耐火度，但是由于硅铝系氧化物和氧化镁、氧化钙等原料的反应温度较高，使得耐火材料的合成温度较高，能耗也很大，为了在不影响耐火度或较小影响耐火度的前提下适当降低合成温度，因此在原料中再添加具有降低合成温度的烧结助剂，氧化钛、氧化锌和氧化铋是一类具有良好性能的烧结助剂，在少量添加的情况下即可以显著的降低耐火材料的合成温度，同时这几种烧结助剂的加入也不会像钾钠系烧结助剂一样对耐火度造成一个较大的影响。由于本发明中的耐火材料需要预先进行蒸养发泡工艺，因此在原料中添加调制浆料的水和碳酸氢钠，使原料混合后呈现为碱性的浆料，以便于与造孔剂中的铝粉反应生成氢气从而形成大量的孔道。
作为优选，氧化铝的纯度为98～99wt%，D50为0.1～1微米；氧化硅的纯度为95～99wt%，D50为0.1～1微米。
作为优选，造孔剂由以下重量份的原料组成：蔗糖30份，炭粉40～60份，铝粉100～120份，聚乙烯微球40～80份，硅藻土50～60份，五水硫酸铜60～80份，十二烷基苯磺酸钾20～40份，水240～300份。
隔热保温材料是由于其中具有较多的气孔具有轻质隔热的效果，现有技术中制备隔热保温耐火材料多使用单一的造孔剂，一般为木屑等较原始的造孔剂；单一的造孔剂，孔道形成的温度单一，而且由于几乎是在同一温度区间形成孔道，也即为了在耐火材料中间形成气孔，在同一温度区间会排放大量的气体，短时间内大量气体的冲击会造成耐火材料结构变得特别松散，制得的耐火材料的机械强度很差；同时，现有技术中，有些造孔剂是在较低温时就使耐火材料内部形成孔道，但是温度升高后，在高温反应下这些孔道又会被封闭或者被填补，造成气孔率下降，甚至耐火材料发生坍缩。因此本发明中采用复合的造孔剂，使得从100～800℃区间范围内不同阶段都会有造孔剂产生气体在耐火材料中形成气孔，造孔剂分解气体释放更加的缓和，持续时间也更长，这样就不会造成气体在短时间内释放，避免了气体冲击导致的耐火材料结构特别松散的不利情形，也可以避免继续高温反应后气孔被重新填补的情况。
这些成孔剂在整个高温反应的不同时期发生分解放出不同种类的气体，在100～150℃温度时五水硫酸铜失去结晶水，在300～450℃温度时葡萄糖、果糖炭化释放水汽，在600～800℃温度时聚乙烯微球发生热分解放出气体，蔗糖炭化后形成的炭和炭粉也在这个温度区间发生反应放出气体，失结晶水后的硫酸铜也在这个温度区间分解生成含硫气体、氧化铜，最后在1300～1400℃温度区间内，成孔剂中所有的高温可分解物质完全分解产生气体并完成烧结，所有物质变得稳定。成孔剂中的多种物质在不同温度发生程度不同的分解产生不同种类的气体，使得制得的耐火材料中的气孔更加丰富，孔径的分布也更加多样和均匀，而且在整个过程中产生气体，发生造孔反应使得不会因反应温度升高部分先生成的气孔被重新填补的情况。
十二烷基苯磺酸钾是作为一种分散剂加入到造孔剂中的，使的造孔剂混合后具有更好的分散效果，使制得的B混合液更加的均匀，同时十二烷基苯磺酸钾也是一种发泡剂，可以在A、B混合液混合后协同铝粉进行发泡，使浆料中的泡沫更加的丰富且稳定。
传统工艺中，经过成孔剂处理后的耐火材料由于其中孔道增多其强度会大大降低，本发明中采用的成孔剂大都为一些会热分解的无机矿物，这些矿物在产生气体形成孔道的同时残余的无机物会成为耐火材料的一部分，对耐火材料的强度起到补充作用，改善隔热保温耐火材料的强度。
作为优选，造孔剂中的蔗糖添加前经预处理；其中预处理为将蔗糖混合后加入蔗糖重量40～60%的水，在100～120℃下处理1～2小时，然后自然冷却至室温后干燥并研磨粉碎至200～250目。
造孔剂中的蔗糖预先进行溶解高温处理可以使得原料这样变成具有多孔质的蔗糖粉末，用于耐火材料造孔时效果更佳。
一种隔热保温耐火材料的制备方法，包括以下步骤：
a）将除造孔剂以外的原料混合后在转速为2000～2500rpm下球磨4～6小时，制得A混合液；将造孔剂中的组分在转速为1400～1800rpm下球磨1～2小时，制得B混合液；
b）将A混合液和B混合液在模具中混合并搅拌均匀，制得混合物；
c）向由步骤b制得的混合物中通入温度为100～150℃蒸汽蒸养处理1～2小时，处理并烘干后制得预制耐火材料；
d）将预制耐火材料裁切后进行烧结，由室温开始升温，在300～450℃保温20～40分钟，在600～900℃保温60～80分钟，在1300～1400℃烧结6～8小时，然后自然冷却至室温，制得隔热保温耐火材料初品；
e）将制得的隔热保温耐火材料初品，在盐酸溶液中浸泡20～60分钟，接着清洗烘干后制得隔热保温耐火材料。
因为除造孔剂除外的原料进行混合后形成的A混合液为碱性，而造孔剂制得的B混合液中含有大量的铝粉，碱性环境中铝粉会反应生成大量的氢气，在混合物中产生大量的气泡和泡沫，因此在预处理时需将其分开处理；两步球磨法使除成孔剂外的原料更加的均匀细腻，改善烧结性能，也可以使得烧结而成的耐火材料在非孔区域更加的致密，增强强度；蒸养工序可以使得在较高温度下，铝-碱发泡工序更加的顺利和迅速，也使浆料发泡后具有一定的强度，便于之后的操作。多温度区间的烧结方法是配合成孔剂的种类，让不同的成孔剂在各自的温度范围内起到成孔的作用；最后的盐酸溶液浸泡时为了除去显气孔内残存的、未烧结的氧化钙等一些粉尘。
作为优选，步骤d中，各阶段的升温速率为8～10℃/min。
作为优选，步骤e中盐酸溶液的PH值为6.0～6.2。
作为优选，步骤b中，模具的体积为A混合液和B混合液体积的2～3倍。
因此，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明中的耐火材料具有较低的体积密度，较大的气孔率；
（2）本发明中的耐火材料还具有较高的可使用温度和较高的耐压强度；
（3）本发明中的耐火材料还具有较低的热导率，具有良好的隔热作用。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1
一种隔热保温耐火材料，由以下重量份的原料制得：氧化铝600份，氧化硅200份，碳酸镁50份，氧化钙90份，氧化钛15份，氧化锆12份，氧化锌20份，水600份，碳酸氢钠200份，造孔剂380份；
其中，造孔剂由以下重量份的原料组成：蔗糖30份，炭粉40份，铝粉100份，聚乙烯微球40份，硅藻土50份，五水硫酸铜60份，十二烷基苯磺酸钾20份，水240份。
一种隔热保温耐火材料的制备方法，包括以下步骤：
a）将除造孔剂以外的原料混合后在转速为2000rpm下球磨4小时，制得A混合液；将造孔剂中的组分在转速为1400rpm下球磨1小时，制得B混合液；
b）将A混合液和B混合液在模具中混合并搅拌均匀，制得混合物；
c）向由步骤b制得的混合物中通入温度为100℃蒸汽蒸养处理1小时，处理并烘干后制得预制耐火材料；
d）将预制耐火材料裁切后进行烧结，由室温开始升温，在300℃保温20分钟，在600℃保温60分钟，在1300℃烧结6小时，然后自然冷却至室温，制得隔热保温耐火材料初品；
e）将制得的隔热保温耐火材料初品，在盐酸溶液中浸泡20分钟，接着清洗烘干后制得隔热保温耐火材料。
实施例2
一种隔热保温耐火材料，由以下重量份的原料制得：氧化铝650份，氧化硅220份，碳酸镁55份，氧化钙100份，氧化钛17份，氧化锆13份，氧化锌21份，水620份，碳酸氢钠220份，造孔剂420份；
其中，造孔剂由以下重量份的原料组成：蔗糖30份，炭粉50份，铝粉110份，聚乙烯微球60份，硅藻土55份，五水硫酸铜70份，十二烷基苯磺酸钾30份，水270份。
一种隔热保温耐火材料的制备方法，包括以下步骤：
a）将除造孔剂以外的原料混合后在转速为2300rpm下球磨5小时，制得A混合液；将造孔剂中的组分在转速为1600rpm下球磨1.5小时，制得B混合液；
b）将A混合液和B混合液在模具中混合并搅拌均匀，制得混合物；
c）向由步骤b制得的混合物中通入温度为130℃蒸汽蒸养处理1.5小时，处理并烘干后制得预制耐火材料；
d）将预制耐火材料裁切后进行烧结，由室温开始升温，在380℃保温30分钟，在750℃保温70分钟，在1350℃烧结7小时，然后自然冷却至室温，制得隔热保温耐火材料初品；
e）将制得的隔热保温耐火材料初品，在盐酸溶液中浸泡40分钟，接着清洗烘干后制得隔热保温耐火材料。
实施例3
一种隔热保温耐火材料，由以下重量份的原料制得：氧化铝700份，氧化硅240份，碳酸镁60份，氧化钙110份，氧化钛20份，氧化锆14份，氧化锌22份，水640份，碳酸氢钠240份，造孔剂460份；
其中，造孔剂由以下重量份的原料组成：蔗糖30份，炭粉60份，铝粉120份，聚乙烯微球80份，硅藻土60份，五水硫酸铜80份，十二烷基苯磺酸钾40份，水300份。
一种隔热保温耐火材料的制备方法，包括以下步骤：
a）将除造孔剂以外的原料混合后在转速为2500rpm下球磨6小时，制得A混合液；将造孔剂中的组分在转速为1800rpm下球磨2小时，制得B混合液；
b）将A混合液和B混合液在模具中混合并搅拌均匀，制得混合物；
c）向由步骤b制得的混合物中通入温度为150℃蒸汽蒸养处理2小时，处理并烘干后制得预制耐火材料；
d）将预制耐火材料裁切后进行烧结，由室温开始升温，在450℃保温40分钟，在900℃保温80分钟，在1400℃烧结8小时，然后自然冷却至室温，制得隔热保温耐火材料初品；
e）将制得的隔热保温耐火材料初品，在盐酸溶液中浸泡60分钟，接着清洗烘干后制得隔热保温耐火材料。
实施例4
一种隔热保温耐火材料，由以下重量份的原料制得：氧化铝600份，氧化硅240份，碳酸镁50份，氧化钙90份，氧化钛15份，氧化锆12份，氧化锌20份，水600份，碳酸氢钠200份，造孔剂380份；氧化铝的纯度为98wt%，D50为0.1微米；氧化硅的纯度为95wt%，D50为0.1微米；
其中，造孔剂由以下重量份的原料组成：蔗糖30份，炭粉40份，铝粉100份，聚乙烯微球40份，硅藻土50份，五水硫酸铜60份，十二烷基苯磺酸钾20份，水240份；造孔剂中的蔗糖添加前经预处理；其中预处理为将蔗糖混合后加入蔗糖重量40%的水，在100℃下处理1小时，然后自然冷却至室温后干燥并研磨粉碎至200目。
一种隔热保温耐火材料的制备方法，包括以下步骤：
a）将除造孔剂以外的原料混合后在转速为2000rpm下球磨4小时，制得A混合液；将造孔剂中的组分在转速为1400rpm下球磨1小时，制得B混合液；
b）将A混合液和B混合液在模具中混合并搅拌均匀，制得混合物；模具的体积为A混合液和B混合液体积的2倍；
c）向由步骤b制得的混合物中通入温度为100℃蒸汽蒸养处理1小时，处理并烘干后制得预制耐火材料；
d）将预制耐火材料裁切后进行烧结，由室温开始升温，在300℃保温20分钟，在600℃保温60分钟，在1300℃烧结6小时，然后自然冷却至室温，制得隔热保温耐火材料初品；各阶段的升温速率为8℃/min；
e）将制得的隔热保温耐火材料初品，在PH值为6.0的盐酸溶液中浸泡20分钟，接着清洗烘干后制得隔热保温耐火材料。
实施例5
一种隔热保温耐火材料，由以下重量份的原料制得：氧化铝650份，氧化硅220份，碳酸镁55份，氧化钙100份，氧化钛18份，氧化锆13份，氧化锌21份，水620份，碳酸氢钠220份，造孔剂420份；氧化铝的纯度为98.5wt%，D50为0.5微米；氧化硅的纯度为97wt%，D50为0.5微米；
其中，造孔剂由以下重量份的原料组成：蔗糖30份，炭粉50份，铝粉110份，聚乙烯微球60份，硅藻土55份，五水硫酸铜70份，十二烷基苯磺酸钾30份，水270份；造孔剂中的蔗糖添加前经预处理；其中预处理为将蔗糖混合后加入蔗糖重量50%的水，在110℃下处理1.5小时，然后自然冷却至室温后干燥并研磨粉碎至230目。
一种隔热保温耐火材料的制备方法，包括以下步骤：
a）将除造孔剂以外的原料混合后在转速为2300rpm下球磨5小时，制得A混合液；将造孔剂中的组分在转速为1600rpm下球磨1.5小时，制得B混合液；
b）将A混合液和B混合液在模具中混合并搅拌均匀，制得混合物；模具的体积为A混合液和B混合液体积的2.5倍；
c）向由步骤b制得的混合物中通入温度为130℃蒸汽蒸养处理1.5小时，处理并烘干后制得预制耐火材料；
d）将预制耐火材料裁切后进行烧结，由室温开始升温，在380℃保温30分钟，在750℃保温70分钟，在1350℃烧结7小时，然后自然冷却至室温，制得隔热保温耐火材料初品；各阶段的升温速率为9℃/min；
e）将制得的隔热保温耐火材料初品，在PH值为6.1的盐酸溶液中浸泡40分钟，接着清洗烘干后制得隔热保温耐火材料。
实施例6
一种隔热保温耐火材料，由以下重量份的原料制得：氧化铝700份，氧化硅200份，碳酸镁60份，氧化钙110份，氧化钛20份，氧化锆14份，氧化锌22份，水640份，碳酸氢钠240份，造孔剂460份；氧化铝的纯度为99wt%，D50为1微米；氧化硅的纯度为99wt%，D50为1微米；
其中，造孔剂由以下重量份的原料组成：蔗糖30份，炭粉60份，铝粉120份，聚乙烯微球80份，硅藻土60份，五水硫酸铜80份，十二烷基苯磺酸钾40份，水300份；造孔剂中的蔗糖添加前经预处理；其中预处理为将蔗糖混合后加入蔗糖重量60%的水，在120℃下处理2小时，然后自然冷却至室温后干燥并研磨粉碎至250目。
一种隔热保温耐火材料的制备方法，包括以下步骤：
a）将除造孔剂以外的原料混合后在转速为2500rpm下球磨6小时，制得A混合液；将造孔剂中的组分在转速为1800rpm下球磨2小时，制得B混合液；
b）将A混合液和B混合液在模具中混合并搅拌均匀，制得混合物；模具的体积为A混合液和B混合液体积的3倍；
c）向由步骤b制得的混合物中通入温度为150℃蒸汽蒸养处理2小时，处理并烘干后制得预制耐火材料；
d）将预制耐火材料裁切后进行烧结，由室温开始升温，在450℃保温40分钟，在900℃保温80分钟，在1400℃烧结8小时，然后自然冷却至室温，制得隔热保温耐火材料初品；各阶段的升温速率为10℃/min；
e）将制得的隔热保温耐火材料初品，在PH值为6.2的盐酸溶液中浸泡60分钟，接着清洗烘干后制得隔热保温耐火材料。
技术指标：
1.气孔率50～60%；
2.体积密度1.2g/cm3及以下；
3.最高可使用温度1200℃；
4.热导率（1000℃环境下）：0.56W/（m·℃）；
5.常温耐压强度：≥140MPa。