专利名称：一种高硅质结构隔热一体化复合砖及制备方法
技术领域：
本发明涉及耐 火材料，尤其是一种结构隔热一体化复合砖及制备方法。
背景技术：
耐高温隔热材料是各种窑炉等热工设备的关键部分，耐高温隔热材料直接接触火焰，要求既耐高温又隔热节能，对材料的性能要求特别高。开发轻质、高强、热震稳定性好、 使用温度高能满足轻质结构高温窑炉所需的材料，改变传统高温窑炉采用重质材料而存在的热容量大、升温速率小、能耗大、使用寿命短、施工维修量大等缺点，为建设资源节约型和环境友好型社会服务。氧化铝空心球已经在耐火保温隔热领域得到广泛应用，空心球利用了封闭空腔热阻大的特点，隔热效果好，强度高，耐高温，抗剥落。轻质氧化铝空心球制品克服了泡沫氧化铝产品强度低、高温抗蠕变性能差的特点，不但可以直接接触火焰，还可以作为隔热层使用，但其荷重软化温度有待于进一步提高，特别是炉龄得到提高之后，由于烟气中的低熔点挥发成份进入及长时间蠕变作用易造成炉体内衬变形内突，炉顶塌陷。为进一步延长窑炉寿命，为满足节能降耗的要求，浙江大学材料系无机非金属材料研究所结合本所在高温材料制备和高温节能技术方面的优势，利用研究所专有技术开发了结构隔热一体化复合砖， 致密工作层用来承重，同时提高窑炉致密性和降低高温蠕变，轻质隔热层主要用于隔热和提高抗热震性，以便进一步提高炉龄，达到节能降耗的目的。
发明内容
为了克服已有耐火复合砖及制备方法的耐磨性较差、结构强度较低、保温隔热性能较差的不足，本发明提供一种耐磨性良好、结构强度较高、保温隔热性能良好的高硅质结构隔热一体化复合砖及制备方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种高硅质结构隔热一体化复合砖，包括高硅质重质工作层和以轻质骨料和粉料制备的轻质隔热层，由重质工作层和轻质隔热层复合而成，重质工作层和轻质隔热层的长度尺寸比例为1 5 3 1。优选的，所述重质工作层中，要求5102质量百分含量彡70%，其余为原料引入的其他成分。更为优选的所述重质工作层中，原料主要由硅石和焦宝石组成。进一步，轻质隔热层中采用的骨料为刚玉空心球、铝钙空心球、轻质莫来石骨料、 轻质高铝骨料、漂珠和轻质陶粒中的一种或几种，再进一步，所述轻质隔热层中，各种种类的轻质骨料化学组分质量百分含量如下 1)刚玉空心球，其中Al2O3大于93% ；2)铝钙空心球，其中六1203为0. 1 99. 9%，CaO为 0. 1 99. 9% ；3)轻质莫来石骨料，其中Al2O3大于65% ；4)轻质高铝骨料，其中Al2O3大于70%，其余为原料引入的其他成分；5)漂珠，其中々1203%为25 40%，50 65%%，其余为原料引入的其他成分；6)轻质陶粒，其中Al2O3%为18 25%，SiO2%为 55 65%，其余为原料引入的其他成分。一种高硅质结构隔热一体化复合砖的制备方法，所述制备方法的步骤如下(1)重质工 作层配料所述重质工作层中，要求5102质量百分含量彡70%，其余为原料引入的其他成分。 所述重质工作层材质由硅石和焦宝石组成，按配比与外加结合剂一起混勻备用；(2)轻质隔热层配料轻质隔热层骨料选用刚玉空心球、铝钙空心球、轻质莫来石骨料、轻质高铝骨料、 漂珠、轻质陶粒中的一种或几种轻质骨料的混合，按配比要求把轻质骨料、粉料和外加结合剂混勻；(3)成型完成配料之后，用隔板把成型模具的料腔隔成两部分，致密工作层和轻质隔热层的长度尺寸比例为1 5 3 1，加料后抽出隔板，采用振动加压或机压成型；(4)烧成成型后的坯体取出经80 150°C烘干后装窑于1350 1400°C保温3 8小时烧成。进一步，所述步骤(3)中，成型过程在振动压机、摩擦压机或油压机上进行。再进一步，所述步骤(1)中，重质工作层采用的原料颗粒级配及其质量百分含量为大于Imm颗粒35 45%，小于Imm颗粒25 35%，不大于325目细粉25 35%，外力口结合剂3 5% ；在配料时先将不大于325目粉料按比例配好后在球磨机中混合均勻，再在其余骨料颗粒与外加结合剂混合均勻后加入混合好的粉料，搅拌时间为10 30分钟。更进一步，所述步骤(2)中，所述轻质隔热层采用的轻质骨料粒径为0. 2 5mm，自然堆积密度0. 3 1. Og/cm3，轻质隔热层中各原料质量百分含量为轻质骨料55 70%，不大于325目细粉30 45%，外加结合剂6 10%，在配料时先把轻质骨料按比例和外加结合剂混合均勻，然后按比例加入粉料，搅拌时间为10 30分钟。所用的外加结合剂为纸浆废液、木质磺酸盐溶液、甲基纤维素溶液中的一种。本发明具有的有益效果是耐磨性良好、结构强度较高、保温隔热性能良好；本发明可以改变现有高硅质砖结构内衬窑炉存在的缺点，延长窑炉使用寿命，降低成本。
图1是高硅质结构隔热一体化复合砖结构图。图中1、重质工作层，2、轻质隔热层。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。参照图1，一种高硅质结构隔热一体化复合砖，包括高硅质重质工作层1和以轻质骨料和粉料制备的轻质隔热层2，由重质工作层2和轻质隔热层2复合而成，重质工作层和轻质隔热层的长度尺寸比例为1 5 3 1。所述重质工作层1中，要求SiO2质量百分含量彡70%，其余为原料引入的其他成分。所述重质工作层1中，原料主要由硅石和焦宝石组成。轻质隔热层2中采用的骨料为刚玉空心球、铝钙空心球、轻质莫来石骨料、轻质高铝骨料、漂珠和轻质陶粒中的一种或几种，所述轻质隔热层2中，各种种类的轻质骨料化学组分质量百分含量如下1)刚玉空心球，其中Al2O3大于93% ；2)铝钙空心球，其中Al2O3为0. 1 99. 9 %，CaO为0. 1 99.9% ；3)轻质莫来石骨料，其中Al2O3大于65% ;4)轻质高铝骨料，其中Al2O3大于70%， 其余为原料弓I入的其他成分；5)漂珠，其中Al2O3%为25 40 %，SiO2 %为50 65 % %，其余为原料引入的其他成分；6)轻质陶粒，其中々1203%为18 25%，Si02%*55 65%，其余为原料引入的其他成分。高硅质重质工作层，抗高温蠕变；轻质隔热层起到隔热作用，并具有高抗热震性。实施例1本实施例重质工作层所采用的原料及其质量百分含量为
1 3mm焦宝石45%
小于Imm焦宝石21.7%
小于Imm硅石3.3%
325目石英粉30%
外加结合剂纸浆废液3%其中，焦宝石牌号为YNS36，硅石牌号为GS-98. 5。按上述配比，所得重质工作层成分的质量百分含量Al2O3 28%, SiO2 70%，其余为原料引入的其他成分。轻质隔热层所采用的原料及其质量百分含量为刚玉空心球45%、漂珠25%、325 目电熔刚玉30%、外加结合剂纸浆废液6% ；其中刚玉空心球中成分质量百分含量Al2O3为 93%，漂珠中成分质量百分含量Al2O3为40%，SiO2为50%。高硅质结构隔热一体化复合砖制造方法包括以下步骤(1)配料重质工作层先将1 3mm和不大于Imm骨料颗粒与结合剂混合均勻后加入不大于325目的粉料，搅拌10分钟后备用；高强轻质隔热层将轻质骨料按比例和结合剂混合均勻，然后按比例加入粉料搅拌10分钟备用。(2)成型完成配料之后，用隔板把成型模具的料腔隔成两部分，重质工作层和高强轻质隔热层的长度尺寸比例为5 1，加料后抽出隔板，采用振动压机机压成型。(3)烧成成型后的坯体取出经80°C烘干后装窑于1400°C保温3小时烧成。实施例2本实施例重质工作层所采用的原料及其质量百分含量 为1 3mm硅石35%
小于Imm焦宝石22.2%
小于Imm硅石12.8%
325目石英粉30%
外加结合剂木质磺酸盐溶液 4%其中，焦宝石牌号为YNS36，硅石牌号为GS-98. 5。按上述配比，所得重质工作层成分的质量百分含量Al2O3^为8%，Si02%为90%， 其余为原料引入的其他成分。轻质隔热层所采用的原料及其质量百分含量为铝钙空心球40%、轻质高铝骨料 15%、轻质陶粒15%、不大于325目焦宝石30%、外加结合剂甲基纤维素溶液6% ；其中铝钙空心球中成分质量百分含量Al2O3为99. 9 %，氧化钙为0. 1 %，轻质高铝骨料中成分质量百分含量Al2O3为85 %，轻质陶粒中成分质量百分含量Al2O3为25%，SiO2为55%。高硅质结构隔热一体化复合砖制造方法包括以下步骤(1)配料重质工作层先将1 3mm和不大于Imm骨料颗粒与结合剂混合均勻后加入不大于325目的粉料，搅拌30分钟后备用。高强轻质隔热层将轻质骨料按比例和结合剂混合均勻，然后按比例加入粉料搅拌20分钟备用。(2)成型完成配料之后，用隔板把成型模具的料腔隔成两部分，重质工作层和高强轻质隔热层的长度尺寸比例为3 2，加料后抽出隔板，采用振动压机机压成型。(3)烧成成型后的坯体取出经100°C烘干后装窑于1375°C保温5小时烧成。实施例3本实施例重质工作层所采用的原料及其质量百分含量为
1 3mm硅石40%
小于Imm焦宝石20%
小于Imm硅石15%
325目石英粉25%
外加结合剂甲基纤维素溶液 4%其中，焦宝石牌号为YNS36，硅石牌号为GS-98. 5。按上述配比，所得重质工作层成分的质量百分含量Al2O3^为8%，Si02%为89%， 其余为原料引入的其他成分。轻质隔热层所采用的原料及其质量百分含量为刚玉空心球40%、轻质莫来石骨料15%、不大于325目焦宝石45%、外加结合剂纸浆废液10% ；其中刚玉空心球中成分质量百分含量Al2O3为96 %，轻质莫来石骨料中成分质量百分含量Al2O3为65 %。
高硅质结构隔热一体化复合砖制造方法包括以下步骤(1)配料重质工作层先将1 3mm和不大于Imm骨料颗粒与结合剂混合均勻后加入不大于325目的粉料，搅拌20分钟后备用；轻质隔热层将轻质骨料按比例和结合剂混合均勻，然后按比例加入粉料搅拌10 分钟备用。(2)成型完成配料之后，用隔板把成型模具的料腔隔成两部分，重质工作层和高强轻质隔热层的长度尺寸比例为1 3，加料后抽出隔板，采用振动压机机压成型。(3)烧成成型后的坯体取出经100°C烘干后装窑于1350°C保温6小时烧成。实施例4本实施例重质工作层所采用的原料及其质量百分含量为
1 3mm硅石40%
小于Imm硅石25%
325目焦宝石粉 15% 325目石英粉 20%
外加结合剂纸浆废液5%其中，焦宝石牌号为YNS36，硅石牌号为GS-98. 5。按上述配比，所得重质工作层成分的质量百分含量Al2O3^为6%，Si02%为92%， 其余为原料引入的其他成分。轻质隔热层所采用的原料及其质量百分含量为刚玉空心球65%、不大于325目焦宝石35%、外加结合剂木质磺酸盐溶液9% ；其中刚玉空心球中成分质量百分含量Al2O3 为 98%。高硅质结构隔热一体化复合砖制造方法包括以下步骤(1)配料重质工作层先将1 3mm和不大于Imm骨料颗粒与结合剂混合均勻后加入不大于325目的粉料，搅拌10分钟后备用；轻质隔热层将轻质骨料按比例和结合剂混合均勻，然后按比例加入粉料搅拌30 分钟备用。(2)成型完成配料之后，用隔板把成型模具的料腔隔成两部分，重质工作层和高强轻质隔热层的长度尺寸比例为2 1，加料后抽出隔板，采用油压机机压成型。(3)烧成成型后的坯体取出经150°C烘干后装窑于1380°C保温8小时烧成。
权利要求
1.一种高硅质结构隔热一体化复合砖，其特征在于包括高硅质重质工作层和以轻质骨料和粉料制备的轻质隔热层，由重质工作层和轻质隔热层复合而成，重质工作层和轻质隔热层的长度尺寸比例为1 5 3 1。
2.根据权利要求1所述的高硅质结构隔热一体化复合砖，其特征在于所述重质工作层中，要求SiO2质量百分含量> 70%，其余为原料引入的其他成分。
3.根据权利要求2所述的高硅质结构隔热一体化复合砖，其特征在于所述重质工作层中，原料主要由硅石和焦宝石组成。
4.根据权利要求1 3之一所述的高硅质结构隔热一体化复合砖，其特征在于轻质隔热层中采用的骨料为刚玉空心球、铝钙空心球、轻质莫来石骨料、轻质高铝骨料、漂珠和轻质陶粒中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的高硅质结构隔热一体化复合砖，其特征在于所述轻质隔热层中，各种种类的轻质骨料化学组分质量百分含量如下1)刚玉空心球，其中Al2O3大于 93% ；2)铝钙空心球，其中Al2O3为0. 1 99. 9%，CaO为0. 1 99. 9% ；3)轻质莫来石骨料，其中Al2O3大于65% ；4)轻质高铝骨料，其中Al2O3大于70%，其余为原料引入的其他成分；5)漂珠，其中々1203%为25 40%，50 65%%，其余为原料引入的其他成分；6)轻质陶粒，其中々1203%为18 25%，55 65%，其余为原料引入的其他成分。
6.根据权利要求1所述的高硅质结构隔热一体化复合砖的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤如下(1)重质工作层配料所述重质工作层中，要求SiO2质量百分含量>70%，其余为原料引入的其他成分。所述重质工作层材质由硅石和焦宝石组成，按配比与外加结合剂一起混勻备用；(2)轻质隔热层配料轻质隔热层骨料选用刚玉空心球、铝钙空心球、轻质莫来石骨料、轻质高铝骨料、漂珠、 轻质陶粒中的一种或几种轻质骨料的混合，按配比要求把轻质骨料、粉料和外加结合剂混勻；(3)成型完成配料之后，用隔板把成型模具的料腔隔成两部分，致密工作层和轻质隔热层的长度尺寸比例为1 5 3 1，加料后抽出隔板，采用振动加压或机压成型；(4)烧成成型后的坯体取出经80 150°C烘干后装窑于1350 1400°C保温3 8小时烧成。
7.根据权利要求6所述的高硅质结构隔热一体化复合砖的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中，成型过程在振动压机、摩擦压机或油压机上进行。
8.根据权利要求6或7所述的高硅质结构隔热一体化复合砖的制备方法，其特征在于 所述步骤(1)中，重质工作层采用的原料颗粒级配及其质量百分含量为大于Imm颗粒35 45 %，小于Imm颗粒25 35 %，不大于325目细粉25 35 %，外加结合剂3 5 % ；在配料时先将不大于325目粉料按比例配好后在球磨机中混合均勻，再在其余骨料颗粒与外加结合剂混合均勻后加入混合好的粉料，搅拌时间为10 30分钟。
9.根据权利要求6或7所述的高硅质结构隔热一体化复合砖的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中，所述轻质隔热层采用的轻质骨料粒径为0. 2 5mm，自然堆积密度0. 3 1. Og/cm3,轻质隔热层中各原料质量百分含量为轻质骨料55 70%，不大于325目细粉 30 45 %，外加结合剂6 10 %，在配料时先把轻质骨料按比例和外加结合剂混合均勻，然后按比例加入粉料，搅拌时间为10 30分钟。
10.根据权利要求6或7所述的高硅质结构隔热一体化复合砖的制备方法，其特征在于所用的外加结合剂为纸浆废液、木质磺酸盐溶液、甲基纤维素溶液中的一种。
全文摘要
一种高硅质结构隔热一体化复合砖，包括高硅质重质工作层和以轻质骨料和粉料制备的轻质隔热层，由重质工作层和轻质隔热层复合而成，重质工作层和轻质隔热层的长度尺寸比例为1～5∶3～1。以及提供高硅质结构隔热一体化复合砖的制备方法。本发明耐磨性良好、结构强度较高、保温隔热性能良好。
文档编号C04B35/66GK102230740SQ20111015046
公开日2011年11月2日 申请日期2011年6月6日 优先权日2011年6月6日
发明者王家邦, 王立旺 申请人:浙江大学