一种基于热障和热辐射复合功能的高温环境节能用镁砖及其制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于热障和辐射复合功能的高温环境节能用镁砖，属无机非金属材料学科耐火材料领域。本发明的节能镁砖采用98电熔镁砂、介孔氧化镁、铬酸镧、铬酸钐、铬酸钕、锶锰酸镧、氧化镧、氧化铬、碳酸镁、炭黑、硅化钼为原料，纸浆废液为结合剂、外加磺化萘甲醛聚合物和聚羧酸混合的表面活性剂混碾、压制、烧成。本发明的节能镁砖导热系数低，热发射率高，具有显著的热障和热辐射功能，应用于800℃～1600℃之间高温环境下服役的热工设备，节能效果12～15％，在1700℃以上的热工窑炉节能效果可达15％以上。
【专利说明】一种基于热障和热辐射复合功能的高温环境节能用镁砖及 其制备工艺
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于热障和辐射复合功能的高温环境节能用镁砖及其制备工艺， 属于无机非金属材料学科耐火材料领域。
【背景技术】
[0002] 节能是热工炉窑用户（如钢铁企业、建材企业）的重大问题。近年来，国内大量使 用热工炉窑的企业因能耗超标被迫停产改造，发展新的节能技术已成燃眉之急。工业窑炉 砌体的蓄热损失和炉外表面散热损失，一般约占燃料消耗的24-45%。传统上，用热导率低、 热容量小的轻质材料做炉体结构材料，可节省燃料消耗。但是轻质材料存在致命的弱点，强 度低，耐磨性能差，气孔多，抗渗透和抗侵蚀性能差，使得工业窑炉的工作层都不采用轻质 耐火材料，而是在高温工作端（1000?1600°C以上）采用抗侵蚀性强和耐磨损的重质耐火 材料，重质材料恰恰热容量大，热导率高，不利于窑炉的保温盒节能，为了达到事后补救的 效果，于是在重质材料之后（由于温度降至了 l〇〇〇°C以下）采用轻质材料，作为保温材料， 此种保温的效果是在低温端进行保温，实际上窑炉已经吸收了大量的能源，效果当然不如 在高温端直接保温更节能。
[0003] 为了解决重质耐火材料强度高、耐磨损、抗侵蚀好，但导热率高、热容大，保温效果 差，而轻质耐火材料导热率低、热容小、保温效果好，但强度低、易磨损、抗侵蚀差的矛盾，目 前采用的方法是在重质材料的基础上涂抹一种热辐射涂料，但涂抹的涂料往往和重质材料 结合不强，容易起皮脱落，另外，涂料本身的耐磨性能不强，在长时间的气流和粉尘的冲击 下逐渐磨损消耗，导致窑炉的节能效果逐渐变差，最终失去在窑炉内辐射，窑炉外保温的效 果。
[0004] 对于热工炉窑而言，依据玻尔兹曼定律Q = ΕΗ· δ ?(Τη4-!'。4)(其中Q为单位面积在 单位时间内辐射出的总能量；Ε Η为辐射系数，或叫发射率；δ为斯特藩-玻尔兹曼常数；T Η 高温物体的温度；Τ。环境温度），因此，高温服役环境决定了辐射传热占总热量传递的80% 以上。强化辐射传热是炉窑节能的必由之路，而不是过去的采取降低热导率作为唯一节能 的途径。将炉壁的红外发射率由目前的0.5提高到0.9,可以实现15%以上的节能。这意 味着通过强化辐射传热，热工炉窑热效率可提高15%以上。
【发明内容】
[0005] 本发明目的在于研宄一种基于热障和辐射复合功能的高温环境节能用镁砖及其 制备工艺，本发明就是一种基于热障和辐射复合功能的高温环绝热浇注料，在高温隔热浇 注料中加入六铝酸镧、铬酸镧、锰酸镧、锶锰酸镧、氧化铬、氧化锶等高发射率物质，起到热 辐射保温和热障保温的双重的效果。本发明的优点是力学强度高、耐磨性好、荷重软化温 度高、抗热震性好，其突出的优点是：导热系数低，热发射率高（均在〇. 9或以上），具有显 著的热障和热辐射功能，应用于800°C?1600°C之间高温环境下服役的热工设备，节能效 果12?15%，尤其是在1700°C以上的热工窑炉节能效果可达15%以上，可用于1300°C? 1800°C之间高温下服役的、以辐射传热为主的各类加热设备，也包括工业余热回收等热工 窑炉，包括钢铁、有色、石化、建材、耐火、垃圾焚烧等各种高能耗的工业领域炉。
[0006] 本发明所述镁砖的原料为：（1)采用粒度4?2mm和2?Imm的98电熔镁砂，粒度 1?0. 5mm，0. 5?0. 088_的介孔氧化镁（MgO含量彡99% )为骨架，介孔氧化镁优点是抗 侵蚀性好、使用温度高、导热系数小，具有阻止热传导的热障功能；(2)采用粒度< 0. 045mm 的98电熔镁砂粉为基质；（3)掺入高发射率的热辐射功能粉体，主要有粒度< 0. 020mm的 铬酸镧、铬酸钐、铬酸钕、锶锰酸镧、钛酸镧、氧化镧等微粉；(4)加入粒度< 0. OlOmm碳酸 镁、氧化铬、炭黑、硅化钼等微粉，增强反应活性，便于形成镁铬尖晶石、镧系的钙钛矿型、碳 化硅、炭黑、硅化钼等高发射率化合物；（5)加入表面活性剂，以纸浆废液为结合剂。
[0007] 本发明的配方（重量和粒度含量）如下：
[0008] (1)粒度4?2mm的98电熔镁砂，8?10% ;
[0009] (2)粒度2?Imm的98电熔镁砂，14?22% ;
[0010] (3)粒度1?0· 5mm的介孔氧化儀，15?25% ;
[0011] (4)粒度0· 5?0· 088mm的介孔氧化镁，9?15% ;
[0012] (5)粒度彡0· 045mm的98电熔镁砂粉，5?10% ;
[0013] (6)粒度彡0· 020mm的铬酸镧，5?10% ;
[0014] (7)粒度彡0· 020mm的铬酸钐，2?5% ;
[0015] (8)粒度彡0· 020mm的铬酸钕，3?5% ;
[0016] (9)粒度彡0· 020mm的锶锰酸镧，2?4% ;
[0017] (10)粒度彡0· 020mm的氧化镧，3?6% ;
[0018] (11)粒度彡0· OlOmm的氧化铬，5?8% ;
[0019] (12)粒度彡0· OlOmm的碳酸镁，0· 5?1% ;
[0020] (13)粒度彡 0· OlOmm 的炭黑，0· 5 ?1% ;
[0021] (14)粒度彡0· OlOmm的硅化钼，2?4% ;
[0022] 外加表面活性剂（磺化萘甲醛聚合物和聚羧酸I : 1比例混合物）+0. 1?0. 15%; 外加结合剂（纸浆废液）+2. 5?3 %。
[0023] 本发明所述的制备工艺为：
[0024] 粉料预混：
[0025] 预先将粒度< 0. 045mm的98电熔镁砂粉、粒度< 0. 020mm的铬酸镧、铬酸钐、铬酸 钕、锶锰酸镧、钛酸镧、氧化镧等微粉、粒度< 0. OlOmm碳酸镁、氧化铬、炭黑、硅化钼等微粉 强力混匀20分钟，备用。
[0026] 湿碾：
[0027] 将粒度为4?2mm、2?1_的98电恪儀砂，粒度1?0. 5mm，0. 5?0. 088mm的介 孔氧化镁强力混碾15?20分钟，加入表面活性剂和纸浆废液结合剂，再加入预混的微粉， 一起湿碾30分钟。
[0028] 成型：
[0029] 将湿碾后的原料混合物机压成型或液压成型。
[0030] 干燥：
[0031] 将砖坯在12(TC干燥48?72h。
[0032] 烧结：
[0033] 在1650?1680 °C保温3?4h烧结。
【具体实施方式】
[0034] 实施例1
[0035] 采用的原料配方为：8%粒度4?2mm的98电熔镁砂、18%粒度2?Imm的98电 熔镁砂、15 %粒度1?0. 5mm的介孔氧化镁、15 %粒度0. 5?0. 088mm的介孔氧化镁、10 %粒 度< 0. 045mm的98电熔镁砂粉、5%粒度< 0. 020mm的铬酸镧、5%粒度< 0. 020mm的铬酸 钐、4%粒度< 0. 020mm的铬酸钕、4%粒度< 0. 020mm的锶锰酸镧、6%粒度< 0. 020mm的氧 化镧、5%粒度彡0· OlOmm的氧化铬、0· 5%粒度彡0· OlOmm的碳酸镁、0· 5%粒度彡0· OlOmm 的炭黑、2%粒度<0.010mm的硅化钼，外加表面活性剂（磺化萘甲醛聚合物和聚羧酸I : 1 比例混合物）+0. 1 %，外加结合剂（纸浆废液）+2. 5 %。
[0036] 制备时进行粉料预混：
[0037] 预先将粒度< 0. 045mm电98电熔镁砂粉、粒度< 0. 020mm的铬酸镧、铬酸钐、铬酸 钕、锶锰酸镧、钛酸镧、氧化镧等微粉、粒度< 0. OlOmm碳酸镁、氧化铬、炭黑、硅化钼等微粉 强力混匀20分钟，备用。
[0038] 湿碾：
[0039] 将粒度为4?2mm、2?1_的98电恪儀砂，粒度1?0· 5mm，0· 5?0· 088mm的介 孔氧化镁强力混碾20分钟，加入表面活性剂和纸浆废液结合剂，再加入预混的细粉，在一 起湿碾30分钟。
[0040] 成型：
[0041] 将湿碾后的原料混合物机压成型或液压成型。
[0042] 干燥：
[0043] 将砖坯在120°C干燥72h。
[0044] 烧结：
[0045] 在1680°C保温3h烧结。
[0046] 表1列出基于热障和热辐射复合功能的高温环境节能用镁砖实施例1的配方及 其性能指标。由表1可知，实施例1的发射率达到0.91，远远大于普通的镁砖的发射率 (0. 15?0. 45)，因此在高温环境必具良好的节能效果。另外由于采用了介孔氧化镁为原 料，材料的热导率约为I. 79W · πΓ1 · Γ1，比普通的镁砖的热导率低（在1000?1700°C时， 4. 5?3. 6W ^nT1 ·η，通过炉衬向外传导的热量比普通镁砖少，因此具有显著的热障功能。 实施例1镁砖具有较高的强度（60MPa以上），荷重软化温度为1750°C，在1100°C用水急冷， 循环8次，抗热震性也优于普通的镁砖。应用于河南某泰耐火材料厂110米碱性隧道窑，节 能效果达到15. 6%。
[0047] 表1基于热障和热辐射复合功能的高温环境绝热氧化铝质浇注料的实例和性能 列表
[0048]
【权利要求】
1. 一种基于热障和辐射复合功能的高温环境节能用镁砖，其特征在于：所述的镁砖配 方的重量百分比和粒度含量为：粒度4?2mm的98电熔镁砂8?10%、粒度2?1mm的98 电恪儀砂14?22%、粒度1?0? 5mm的介孔氧化儀15?25%、粒度0? 5?0? 088mm的介 孔氧化镁9?15%、粒度彡0.045mm的98电熔镁砂粉5?10%、粒度彡0.020mm的铬酸 镧5?10%、粒度彡0? 020mm的铬酸钐2?5%、粒度彡0? 020mm的铬酸钕3?5%、粒度 < 0. 020mm的锁猛酸镧2?4%、粒度< 0. 020mm的氧化镧3?6%、粒度< 0. 010mm的氧 化铬5?8%、粒度彡0? 010謹的碳酸镁0? 5?1 %、粒度彡0? 010謹的炭黑0? 5?1 %、粒 度< 0. 010mm的硅化钼，2?4%，外加磺化萘甲醛聚合物和聚羧酸1 : 1比例混合的表面 活性剂+〇. 1?〇. 15 %，外加纸浆废液结合剂+2. 5?3 %。
2. -种制备权利要求1所述镁砖的工艺，其特征为：所述的制备工艺为：预先将粒度 <0? 045mm的98电熔镁砂粉、粒度<0? 020mm的铬酸镧、铬酸钐、铬酸钕、锶锰酸镧、钛酸 镧、氧化镧等微粉、粒度< 0. 010mm碳酸镁、氧化铬、炭黑、硅化钼等微粉强力混匀20分钟， 将粒度为4?2mm、2?1mm的98电恪儀砂，粒度1?0. 5mm，0. 5?0. 088mm的介孔氧化儀 强力混碾15?20分钟，加入表面活性剂和纸浆废液结合剂，再加入预混的微粉，一起湿碾 30分钟，将湿碾后的原料混合物机压成型或液压成型，将砖坯在120°C干燥48?72h，再将 砖坯在1650?1680 °C保温3?4h烧结。
【文档编号】C04B35/66GK104446525SQ201410519390
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】曾鲁举, 陈松林, 钱蛇大, 李江涛, 钱学强, 俞洪芳, 陈磊, 彭国军, 吴顺年, 蒋顺才 申请人:宜兴瑞泰耐火材料有限公司, 瑞泰科技股份有限公司