本发明涉及高温耐火材料技术领域，具体涉及一种耐压防裂的强化耐火砖。
背景技术：
耐火砖是一种用耐火黏土或其他耐火原料烧制成的耐火材料。淡黄色或带褐色，主要用于砌冶炼炉，能耐1580—1770℃的高温。耐火砖一般分为两种，即不定型耐火材料和定型耐火材料。不定型耐火材料：也叫浇注料，是由多种骨料或集料和一种或多种粘和剂组成的混合粉状颗料，使用时必须和一种或多种液体配合搅拌均匀，具有较强的流动性。定型耐火材料：一般制耐火砖，其形状有标准规则，也可以根据需要筑切时临时加工。
根据耐火砖成分的不同，市场上的耐火砖大致可以分为五大类，包括硅铝系耐火砖、碱性系列耐火砖、含碳耐火砖、含锆耐火砖和隔热耐火砖。工业窑炉的窑室大部分都不是由单一类型的耐火砖砌筑而成的，需要将不同耐火砖的相互搭配使用；窑炉中不同部位可以根据对耐火度的需求和使用介质的状态进行选择。
耐火砖由于对砖体的耐火度要求非常高，只能采用特殊的耐火材料进行制备，耐火转在长期的高温环境下使用，非常容易风化老化，砖体的强度会随着使用寿命的延长而降低，尤其是在受到横向冲击的剪切作用下，砖体会断裂或形成裂，失去使用价值。普通砖体为了提高强度，可以在砖体中添加少量纤维材料；但是耐火砖的砖体对纤维材料的耐火度和强度要求更高，大部分的纤维材料很难达到这样的性能指标。一些铝质陶瓷纤维的耐火度较好，可以应用在耐火砖制备过程中，但是这种纤维材料的强度还需要提高，而且因为生产工艺的局限，导致制备的纤维的表面光滑度较高，与其它集料的结合作用较差，对耐火砖整体强度的提升效果有限。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种耐压防裂的强化耐火砖，该型耐火砖中使用了一种特殊的强化纤维，使得耐火砖的耐火度和强度得到提升，尤其提高了砖体的耐压强度和抗裂性能。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种耐压防裂的强化耐火砖，按照质量份数，耐火砖的原料组分包括：刚玉骨料20-25份，氧化铝微粉50-60份，碳化硅微粉5-9份，莫来石粉13-15份，蓝晶石粉12-16份，纳米氧化锆2-5份，强化纤维10-13份，聚合硅凝胶9-14份，烧结助剂0.2-0.5份，水25-30份。
优选地，按照质量份数，耐火砖的原料组分包括：刚玉骨料22-24份，氧化铝微粉54-57份，碳化硅微粉6-8份，莫来石粉14-15份，蓝晶石粉13-15份，纳米氧化锆3-4份，强化纤维11-12份，聚合硅凝胶10-13份，烧结助剂0.3-0.4份，水26-28份。
进一步优选地，按照质量份数，耐火砖的原料组分包括：刚玉骨料23份，氧化铝微粉55份，碳化硅微粉7份，莫来石粉15份，蓝晶石粉14份，纳米氧化锆3.5份，强化纤维11份，聚合硅凝胶12份，烧结助剂0.4份，水27份。
本发明中，强化纤维的制备方法包括如下步骤：
（1）按照质量百分比，准备陶瓷原料：氢氧化钙6.5-8.6%，胶体二氧化硅20.5-22.3%，二氧化钛1.5-2.3%，硫酸镁4.5-6.3%，碳酸钇0.02-0.04%，碳酸钠9.4-11.7%，余量为硝酸铝；将陶瓷原料加入到球磨机中球磨混合的，得到所需纤维物质源；
（2）按照质量百分比，将15.3wt%的纤维物质源，9.7wt%的聚乙烯醇，3.6wt%的聚环氧丙烷，0.8wt%的月桂酸单乙醇酰胺，2.8wt%的甜菜碱；加入到去离子水中分散处理，然后向组合液中滴加乙酸，调节组合液的ph值为3.8-4.5，得到所需纤维物质液；
（3）将纤维物质液加入到静电纺丝设备的储液容器中，纤维物质液从设备的纺丝喷口射出，后经15.5-18.0kv的高压电源作用，纤维物质液射向集合器，纤维物质液中的挥发物挥发后，收集得到纺丝纤维，将纺丝纤维送入到高温炉中，以1050-1200℃的温度高温烧成2.5-3h，得到所需陶瓷纤维；陶瓷纤维的直径为120-150nm；
（4）将陶瓷纤维用去离子水洗涤后干燥，然后送入到酸化腐蚀处理室内，酸化腐蚀处理室内充盈有氯化氢蒸汽，蒸汽压力为0.8-1.0mpa，酸化腐蚀处理室内的温度为150-160℃，酸化腐蚀处理时间为4-7s，处理结束后将酸化腐蚀后的纤维取出，用去离子水反复冲洗3-5次，至洗涤液呈中性；
（5）按照质量百分比，将13wt%的超细碳化硅晶须，0.8wt%的聚乙烯醇缩丁醛，0.6wt%的丙酸醇和2wt%的磷酸三乙酯加入到异丙醇溶剂中，超声波分散处理得到晶须浸渍液，将上步骤的陶瓷纤维浸入到晶须浸渍液中处理10-15min，然后将陶瓷纤维取出，送入到高温炉中，以480-560℃的温度烧成30-40min，将烧成产物自然冷却至室温，得到所需强化纤维。
其中，步骤（3）和步骤（5）中的高温炉烧成过程中均采用氮气气氛进行保护。
步骤（5）中超细碳化硅晶须的粒径为50-55nm。
优选地，刚玉骨料的粒径为1-3mm；使用的强化纤维经剪切机短切，短切后的纤维长度为3-5mm。
刚玉不仅具有极高的硬度，还具有非常优秀的耐火性能，在耐火砖中作为骨料使用，可以显著提高耐火砖的机械强度。
优选地，助烧剂中含有氧化镁、氧化钇和氯化镧，三者的质量比为8:1:1。
烧结助剂的使用，可以增强耐火砖的烧结性能，在不影响烧结耐火砖质量的情况下，有助于适当降低烧结的温度，拓宽微粒组分的粒度范围。此外，烧结助剂的存在还有利微粒空间的合理搭配，提高了成型坯体的强度，使该坯体可进行适当的异型加工，并提高烧结效率。
本发明提供的耐火砖的制备方法为：按照质量份数准备各原料组分，将氧化铝微粉、碳化硅微粉、莫来石粉、蓝晶石粉、纳米氧化锆和烧结助剂加入到球磨机中球磨混合均匀，然后将混合料与刚玉骨料、强化纤维、聚合硅凝胶和水一起加入到混料机中搅拌均匀，得到浆料，浆料注入到模具中压制成型，脱模后室温干燥6-10h，然后将砖坯送入到高温窑中焙烧，焙烧时，首先以5-8℃/min的升温速率将炉温升至850-900℃，保温焙烧1-1.5h，然后以7-10℃的升温速率将炉温升高至1500-1550℃，继续高温焙烧0.5-1.5h，再将炉温以12-15℃/min的速率降至1150-1200℃，保温焙烧3-6h，最后将炉温降低至室温，将砖体出炉冷却。
其中，耐火砖砖坯送入到高温窑中焙烧时的含水率不高于8%。
高含水率容易导致砖体在烧结过程中起泡和变形，降低砖体的强度，因此需要空控制砖体烧结时的含水量，并且通过缓慢预热升温，逐步降低砖坯的水分，避免形成气隙，导致砖体表层粉化。
本发明具有如下的有益效果：
本发明的耐火砖使用多种高硬度、高耐火度的基料制备而成，并且以刚玉作为骨料使用，砖体的强度很高。其中为了提高耐火砖的耐压强度和耐折弯性能，在集料中使用了一种特殊的纤维材料，这种强化纤维利用静电纺丝和高温焙烧技术制备而成，是一种耐火陶瓷纤维，纤维的耐火度很高，抗拉强度也非常优秀，适合在耐火砖中作为强化材料。
其中，为了提高该陶瓷纤维与耐火砖其它集料之间的结合效果，特意采用雾化腐蚀技术对纤维表面进行粗糙化处理，然后再将纳米碳化硅晶须焙烧固化在纤维表面，从而使得陶瓷纤维的强度更高，并提升陶瓷纤维与砖体集料之间的相互作用；使得制备的耐火砖的强度得到显著提升，得到的耐火砖的耐折弯性能和抗震防裂效果更好。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
以下实施例中，强化纤维的制备方法包括如下步骤：
（1）按照质量百分比，准备陶瓷原料：氢氧化钙7.2%，胶体二氧化硅21.5%，二氧化钛1.8%，硫酸镁5.4%，碳酸钇0.03%，碳酸钠10.2%，余量为硝酸铝；将陶瓷原料加入到球磨机中球磨混合的，得到所需纤维物质源；
（2）按照质量百分比，将15.3wt%的纤维物质源，9.7wt%的聚乙烯醇，3.6wt%的聚环氧丙烷，0.8wt%的月桂酸单乙醇酰胺，2.8wt%的甜菜碱；加入到去离子水中分散处理，然后向组合液中滴加乙酸，调节组合液的ph值为4.2，得到所需纤维物质液；
（3）将纤维物质液加入到静电纺丝设备的储液容器中，纤维物质液从设备的纺丝喷口射出，后经17.0kv的高压电源作用，纤维物质液射向集合器，纤维物质液中的挥发物挥发后，收集得到纺丝纤维，将纺丝纤维送入到高温炉中，以1100℃的温度高温烧成2.7h，得到所需陶瓷纤维；陶瓷纤维的直径为120-150nm；
（4）将陶瓷纤维用去离子水洗涤后干燥，然后送入到酸化腐蚀处理室内，酸化腐蚀处理室内充盈有氯化氢蒸汽，蒸汽压力为0.9mpa，酸化腐蚀处理室内的温度为155℃，酸化腐蚀处理时间为5s，处理结束后将酸化腐蚀后的纤维取出，用去离子水反复冲洗4次，至洗涤液呈中性；
（5）按照质量百分比，将13wt%的超细碳化硅晶须，0.8wt%的聚乙烯醇缩丁醛，0.6wt%的丙酸醇和2wt%的磷酸三乙酯加入到异丙醇溶剂中，超声波分散处理得到晶须浸渍液，将上步骤的陶瓷纤维浸入到晶须浸渍液中处理13min，然后将陶瓷纤维取出，送入到高温炉中，以500℃的温度烧成35min，将烧成产物自然冷却至室温，得到所需强化纤维。
其中，步骤（3）和步骤（5）中的高温炉烧成过程中均采用氮气气氛进行保护。
步骤（5）中超细碳化硅晶须的粒径为50-55nm。
实施例1
一种耐压防裂的强化耐火砖，按照质量份数，耐火砖的原料组分包括：刚玉骨料20份，氧化铝微粉50份，碳化硅微粉5份，莫来石粉13份，蓝晶石粉12份，纳米氧化锆2份，强化纤维10份，聚合硅凝胶9份，烧结助剂0.2份，水25份。
其中，刚玉骨料的粒径为1-3mm；使用的强化纤维经剪切机短切，短切后的纤维长度为3-5mm。
助烧剂中含有氧化镁、氧化钇和氯化镧，三者的质量比为8:1:1。
本实施例提供的耐火砖的制备方法为：按照质量份数准备各原料组分，将氧化铝微粉、碳化硅微粉、莫来石粉、蓝晶石粉、纳米氧化锆和烧结助剂加入到球磨机中球磨混合均匀，然后将混合料与刚玉骨料、强化纤维、聚合硅凝胶和水一起加入到混料机中搅拌均匀，得到浆料，浆料注入到模具中压制成型，脱模后室温干燥6h，然后将砖坯送入到高温窑中焙烧，耐火砖砖坯送入到高温窑中焙烧时的含水率不高于8%；焙烧时，首先以5℃/min的升温速率将炉温升至850℃，保温焙烧1h，然后以7℃的升温速率将炉温升高至1500℃，继续高温焙烧0.5h，再将炉温以12℃/min的速率降至1150℃，保温焙烧3h，最后将炉温降低至室温，将砖体出炉冷却。
实施例2
一种耐压防裂的强化耐火砖，按照质量份数，耐火砖的原料组分包括：刚玉骨料25份，氧化铝微粉60份，碳化硅微粉9份，莫来石粉15份，蓝晶石粉16份，纳米氧化锆5份，强化纤维13份，聚合硅凝胶14份，烧结助剂0.5份，水30份。
其中，刚玉骨料的粒径为1-3mm；使用的强化纤维经剪切机短切，短切后的纤维长度为3-5mm。
助烧剂中含有氧化镁、氧化钇和氯化镧，三者的质量比为8:1:1。
本实施例提供的耐火砖的制备方法为：按照质量份数准备各原料组分，将氧化铝微粉、碳化硅微粉、莫来石粉、蓝晶石粉、纳米氧化锆和烧结助剂加入到球磨机中球磨混合均匀，然后将混合料与刚玉骨料、强化纤维、聚合硅凝胶和水一起加入到混料机中搅拌均匀，得到浆料，浆料注入到模具中压制成型，脱模后室温干燥10h，然后将砖坯送入到高温窑中焙烧，耐火砖砖坯送入到高温窑中焙烧时的含水率不高于8%；焙烧时，首先以8℃/min的升温速率将炉温升至900℃，保温焙烧1.5h，然后以10℃的升温速率将炉温升高至1550℃，继续高温焙烧1.5h，再将炉温以15℃/min的速率降至1200℃，保温焙烧6h，最后将炉温降低至室温，将砖体出炉冷却。
实施例3
一种耐压防裂的强化耐火砖，按照质量份数，耐火砖的原料组分包括：刚玉骨料23份，氧化铝微粉55份，碳化硅微粉7份，莫来石粉15份，蓝晶石粉14份，纳米氧化锆3.5份，强化纤维11份，聚合硅凝胶12份，烧结助剂0.4份，水27份。
其中，刚玉骨料的粒径为1-3mm；使用的强化纤维经剪切机短切，短切后的纤维长度为3-5mm。
助烧剂中含有氧化镁、氧化钇和氯化镧，三者的质量比为8:1:1。
本实施例提供的耐火砖的制备方法为：按照质量份数准备各原料组分，将氧化铝微粉、碳化硅微粉、莫来石粉、蓝晶石粉、纳米氧化锆和烧结助剂加入到球磨机中球磨混合均匀，然后将混合料与刚玉骨料、强化纤维、聚合硅凝胶和水一起加入到混料机中搅拌均匀，得到浆料，浆料注入到模具中压制成型，脱模后室温干燥8h，然后将砖坯送入到高温窑中焙烧，耐火砖砖坯送入到高温窑中焙烧时的含水率不高于8%；焙烧时，首先以6℃/min的升温速率将炉温升至870℃，保温焙烧1.2h，然后以8℃的升温速率将炉温升高至1530℃，继续高温焙烧1h，再将炉温以14℃/min的速率降至1170℃，保温焙烧5h，最后将炉温降低至室温，将砖体出炉冷却。
性能测试
对本实施例的耐火砖进行性能测试，测试的项目包括耐火度、常温耐压强度和高温耐折弯性能，得到如下实验结果，测试实验中，设置市场上购买的同规格普通高铝砖作为对照组，进行性能对比：
表1：实施例与高铝砖的性能对比测试结果
分析以上实验结果发现，本发明提供的耐火砖与常规的高铝砖相比，具有更高的耐火温度和耐压强度，砖体耐折弯性能非常优秀，不容易开裂，该型耐火砖的耐久度更好，使用寿命更长。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。