本发明属于耐火材料技术领域。具体涉及一种水泥窑用低铝莫来石砖及其制备方法。
技术背景
采用回转窑作为高温窑炉，经过煅烧用来生产耐火原料及处理垃圾是目前最普遍、也是最经济环保的生产工艺，该工艺具有原料适应性强，资源回收率高等优点。回转窑的内衬为耐火材料，在回转窑工作过程中，耐火材料随着回转窑壳体转动，受到壳体转动产生的应力，以及受到高温物料的滚动冲击、摩擦和侵蚀比较严重。而其中水泥回转窑烧成带是整个系统中工作环境最恶劣的部位，比预热带和冷却带要承受更多的磨损，该部位的部分物料处于半熔或者全熔状态，物料中渣的含量高、波动大、粘度低，温度波动大，受热负荷及机械应力等影响大，导热系数高，致使筒体外表散热损失严重，水泥吨熟料煤耗增加，筒体受热变形，增加窑体托轮的压力，影响设备使用寿命。因此，窑炉的耐火材料内衬工作环境非常苛刻，对于其耐火材料的性能也提出了更高的要求。
针对内衬要求苛刻的回转窑，现有技术中已进行了不断的研究探索以提高回转窑内衬耐火材料的性能。但制备的莫来石砖均采用高铝原料进行制备，原料成本高，且制备得到的莫来石砖的耐碱性较差，导热率高，很容易导致筒体温度偏高而造成回转窑筒体的变形，同时也由于热量的大量散失而造成能源的严重浪费。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供了一种水泥窑用低铝莫来石砖及其制备方法。本发明所述的制备的低铝莫来石砖的技术方案能够明显降低材料的气孔率、体积密度及其导热率，解决了由硅莫砖体积密度大、导热率高而导致的筒体荷载高，温度偏高造成的回转窑筒体的变形以及能源的浪费。
本发明是通过以下技术方案实现的
一种水泥窑用低铝莫来石砖，该莫来石砖由以下重量百分含量的原料制备而成：低铝莫来石均质料40～80％，红柱石10～55％，广西白泥3～10％；
外加占上述原料总重量2～5％的纸浆废液。
所述的水泥窑用低铝莫来石砖，所述低铝莫来石均质料中al2o3的质量百分比为55～62％，体积密度为＞2.5g/cm3；所述低铝莫来石均质料的粒径d1分布及用量比如下：所述低铝莫来石均质料的粒径d1分布为：3mm≤d1＜5mm、1mm≤d1＜3mm和0.074mm≤d1＜1mm或者3mm≤d1＜5mm、1mm≤d1＜3mm、0.074mm≤d1＜1mm和0mm＜d1＜0.074mm；
3mm≤d1＜5mm、1mm≤d1＜3mm和0.074mm≤d1＜1mm按照重量比1：1～4：0.5～2进行配料，mm≤d1＜5mm、1mm≤d1＜3mm、0.074mm≤d1＜1mm和0mm＜d1＜0.074mm按照质量比1：1～4：0.5～2：1～2进行配料。
所述的水泥窑用低铝莫来石砖，所述红柱石中al2o3的质量含量＞55％，体积密度＞3.1g/cm3；所述红柱石的粒径d2分布包括1mm≤d2＜3mm、0.074mm≤d2＜1mm和0mm＜d2＜0.074mm中的至少一种，
当红柱石粒径分布包括至少两个粒度段时，按照质量比1：1～3.5：1～3进行配料。
所述的水泥窑用低铝莫来石砖，所述广西白泥中al2o3的质量含量>34％，广西白泥的粒度＜0.044mm。
所述的水泥窑用低铝莫来石砖，所述纸浆废液的比重为1.0g/cm3～1.2g/cm3。
所述的水泥窑用低铝莫来石砖，其制备方法包括以下步骤：
(1)按照上述要求的质量百分比准备低铝莫来石均质料、红柱石、广西白泥及纸浆废液；
(2)首先将步骤(1)准备的粒径为3mm≤d1＜5mm、1mm≤d1＜3mm和0.074mm≤d1＜1mm的低铝莫来石均质料以及粒径为1mm≤d2＜3mm和0.074mm≤d2＜1mm的红柱石加入混料机中，混合搅拌2～3min；搅拌完成后，加入步骤(1)准备的纸浆废液，混合搅拌1～3min；搅拌完成后，将步骤(1)准备的剩余物料加入混料机中，混合搅拌8～10min，搅拌均匀、得到泥料；
(3)将步骤(2)得到的泥料制备成为砖坯；
(4)将步骤(3)得到的砖坯置于干燥窑中进行干燥，干燥至砖坯中的水分质量比＜0.5％，出窑；
(5)将步骤(4)所得干燥后的砖坯置于高温隧道窑或梭式窑中进行烧成，烧成后自然冷却至室温，出窑即得到所述的低铝莫来石砖。
所述的水泥窑用低铝莫来石砖，步骤(2)所述砖坯的制备具体为：采用成型机、吨位为630t的条件下进行压制而成，控制所得砖坯的体积密度为2.50g/cm3～2.65g/cm3。
所述的水泥窑用低铝莫来石砖，步骤(3)所述砖坯在干燥窑中干燥时的干燥温度为110～180℃、干燥时间为20～50h，干燥窑入口的温度控制为45～90℃。
所述的水泥窑用低铝莫来石砖，步骤(4)所述干燥后的砖坯进行烧成，具体为：高温隧道窑或梭式窑中的温度由室温升温至1350℃～1450℃，然后在1350℃～1450℃温度条件下保温10～20h。
与现有技术相比，本发明具有以下积极有益效果
本发明所用的低铝莫来石均质料采用四级生矾土为主要原料，大部分为碎矿和尾矿料。将这些低品位，难处理的碎矿和尾矿经过多级均化，湿法共磨，真空挤泥，高温可控莫来石烧结等工艺制备合成，低铝莫来石均质料具有莫来石化程度高，晶相发育良好，吸水率低，结构致密，体积稳定性好的技术特点。低铝莫来石砖的开发，为提高铝矾土资源综合利用率，缓解优质耐火铝矾土供应紧张局面有重要意义；
本发明采用低铝莫来石均质料为主要原料，低铝莫来石均质料的自身组成为莫来石相，莫来石相为矛头状双晶结构，彼此相互交叉成为网格，使得材料具有良好的耐高温机械性能及较高的耐磨性能，即低铝莫来石均质料为砖的制备直接提供了一种莫来石相，非常有利于低铝莫来石砖性能的提高。同时采用的红柱石在制备过程中产生有莫来石化，通过与低铝莫来石均质料的相互作用，进一步增强了制备的低铝莫来石砖的性能，低铝莫来石中al2o3的含量为55～62％，降低了制备莫来石砖中的铝含量，提高了莫来石砖的耐碱性能，降低了体积密度，导热系数降低；
现有技术中对于能够较好的使用与水泥窑烧成带及预热带的砖通常采用铝含量达到85％以上的原料进行制备，以得到性能较好的、能够使用于水泥窑的产品；但是采用高铝含量为原料进行制备，原料成本高、且耐碱性能低，水泥窑中碱含量很高，耐碱性能低的砖的使用会明显降低其使用寿命，同时所得耐火砖的导热率高、导致大量的热量散失。本发明采用低铝莫来石均质料为原料，该原料来源广、成本低，且制备的莫来石砖性能完全能够达到水泥窑用的性能，同时提高了其耐碱性能、降低了导热率，减少了热量散失，节能降耗！进一步降低了水泥窑生产中成本。
本发明利用低铝莫来石均质料代替高铝矾土熟料，并引入一定量的红柱石，使其制备的低铝莫来石砖相对于传统莫来石砖可明显降低材料的导热率及体积密度，因此降低了筒体的温度，在降低筒体温度的同时也降低了筒体的荷载，实现了节能降耗的目的；现有技术中，已经制备得到低铬、低导热、轻质的耐火材料，但是产品的整体能达不到水泥回转窑烧成带及预热带的使用要求。
本发明制备得到的低铝莫来石砖中al2o3含量为45～55％，即铝含量得到明显降低，提高了莫来石砖的耐碱性能、提高了其耐腐蚀性能；所得莫来石砖的气孔率＜16％，体积密度为2.45～2.55g/cm3、明显降低，其强度大于80mpa，热震稳定性大于15次，荷重软化温度＞1600℃，各项指标性能优良。
本发明制备得到的莫来石砖能够较好的应用于回转窑的过渡带及预热带区，该产品具有低导热、耐高温、抗侵蚀、抗冲刷等优良特性，使用寿命长。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行更加详细的说明，但是并不用于限制本发明的保护范围。
实施例1
一种水泥窑用低铝莫来石砖，由以下质量百分含量的原料制备而成：低铝莫来石均质料40％，红柱石55％，广西白泥5％；外加占上述原料总质量3％的纸浆废液。
其中，所用的低铝莫来石均质料中，3mm≤d1＜5mm、1mm≤d1＜3mm、0.074mm≤d1＜1mm的质量份为10％，20％，10％；
所用的红柱石粒径d2分布及用量比如下：0.074mm≤d2＜1mm、0mm＜d2＜0.074mm和1mm≤d2＜3mm的用量质量份为35％，10％，10％。
该莫来石砖的制备方法包括以下步骤：
(1)按照上述要求的用量比准备低铝莫来石均质料、红柱石、广西白泥和纸浆废液；
(2)首先将步骤(1)准备的粒径为3mm≤d1＜5mm、1mm≤d1＜3mm和0.074mm≤d1＜1mm的低铝莫来石均质料以及粒径为1mm≤d2＜3mm和0.074mm≤d2＜1mm的红柱石加入混料机中，混合搅拌2～3min；搅拌完成后，加入步骤(1)准备的纸浆废液，混合搅拌1～3min；搅拌完成后，将步骤(1)准备的剩余物料加入混料机中，混合搅拌8～10min，搅拌均匀、得到泥料；
(3)将步骤(2)得到的泥料经过摩擦压力机、在吨位为630t的条件下压制成为砖坯，砖坯的体积密度控制为2.50～2.65g/cm3；
(4)将步骤(3)压制成型的砖坯置于干燥窑中进行干燥，干燥温度为120℃、干燥时间为24h，干燥后所得砖坯中的水分含量＜0.5％；
(5)将步骤(4)干燥之后的砖坯置于高温隧道窑中进行烧成，窑内温度由室温升温至1400℃，然后在该温度下保温10h，即完成烧成，得到低铝莫来石砖。
对该实施例制备的低铝莫来石砖进行性能检测：按gb/t2997-2000检测试样体积密度和显气孔率，按gb/t5072-2008检测试样常温耐压强度，按yb/370-1995检测试样的荷重软化温度，按yb/t376.1-1995检测试样的热震稳定性(1100℃，水冷)，检测结果如下：制备的低铝莫来石砖al2o3含量为56.5％，显气孔率13.8％，体积密度2.55g/cm3，常温耐压强度91.3mpa，荷重软化温度1656℃，热震稳定性(1100℃，水冷)大于15次；使用寿命大于3年。
实施例2
一种水泥窑用低铝莫来石砖，由以下质量百分含量的原料制备而成：低铝莫来石均质料60％，红柱石32％，广西白泥8％；外加占上述原料总质量4％的纸浆废液。
其中，所用的低铝莫来石均质料中，3mm≤d1＜5mm、1mm≤d1＜3mm、0.074mm≤d1＜1mm的质量比为10％：40％：10％；
所用的红柱石粒径d2分布及用量比如下：0.074mm≤d2＜1mm和0mm＜d2＜0.074mm的用量质量为10％，22％。
该莫来石砖的制备方法包括以下步骤：
(1)按照上述的用量要求准备低铝莫来石均质料、红柱石、广西白泥和纸浆废液；
(2)首先将步骤(1)准备的粒径为3mm≤d1＜5mm、1mm≤d1＜3mm和0.074mm≤d1＜1mm的低铝莫来石均质料以及粒径为0.074mm≤d2＜1mm的红柱石加入混料机中，混合搅拌2～3min；搅拌完成后，加入步骤(1)准备的纸浆废液，混合搅拌1～3min；搅拌完成后，将步骤(1)准备的剩余物料加入混料机中，混合搅拌8～10min，搅拌均匀、得到泥料；
(3)将步骤(2)得到的泥料经过摩擦压力机、在吨位为630t的条件下压制成为砖坯，砖坯的体积密度控制为2.50～2.65g/cm3；
(4)将步骤(3)压制成型的砖坯置于干燥窑中进行干燥，干燥温度为120℃、干燥时间为24h，干燥后所得砖坯中的水分含量＜0.5％；
(5)将步骤(4)干燥之后的砖坯置于高温隧道窑中进行烧成，窑内温度由室温升温至1420℃，然后在该温度下保温10h，即完成烧成，得到低铝莫来石砖。
对该实施例制备的低铝莫来石砖进行性能检测：按gb/t2997-2000检测试样体积密度和显气孔率，按gb/t5072-2008检测试样常温耐压强度，按yb/370-1995检测试样的荷重软化温度，按yb/t376.1-1995检测试样的热震稳定性(1100℃，水冷)，检测结果如下：制备的低铝莫来石砖al2o3含量57.8％，显气孔率14.3％，体积密度2.50g/cm3，常温耐压强度88.9mpa，荷重软化温度1638℃，热震稳定性(1100℃，水冷)大于15次；使用寿命大于3年。
实施例3
一种水泥窑用低铝莫来石砖，由以下质量百分含量的原料制备而成：低铝莫来石均质料80％，红柱石15％，广西白泥5％；外加占上述原料总质量5％的纸浆废液。
其中，所用的低铝莫来石均质料中，3mm≤d1＜5mm、1mm≤d1＜3mm、0.074mm≤d1＜1mm和0mm＜d1＜0.074mm的质量份为10％，40％，20％，10％；
所用的红柱石粒径d2分布及用量比如下：0mm＜d2＜0.074mm的用量质量比为15％。
该莫来石砖的制备方法包括以下步骤：
(1)按照上述的用量要求准备低铝莫来石均质料、红柱石、广西白泥和纸浆废液；
(2)首先将步骤(1)准备的粒径为3mm≤d1＜5mm、1mm≤d1＜3mm和0.074mm≤d1＜1mm的低铝莫来石均质料加入混料机中，混合搅拌2～3min；搅拌完成后，加入步骤(1)准备的纸浆废液，混合搅拌1～3min；搅拌完成后，将步骤(1)准备的剩余物料加入混料机中，混合搅拌8～10min，搅拌均匀、得到泥料；
(3)将步骤(2)得到的泥料经过摩擦压力机、在吨位为630t的条件下压制成为砖坯，砖坯的体积密度控制为2.50～2.65g/cm3；
(4)将步骤(3)压制成型的砖坯置于干燥窑中进行干燥，干燥温度为120℃、干燥时间为24h，干燥后所得砖坯中的水分含量＜0.5％；
(5)将步骤(4)干燥之后的额砖坯置于梭式窑中进行烧成，窑内温度由室温升温至1450℃，然后在该温度下保温10h，即完成烧成，得到低铝莫来石砖。
对该实施例制备的低铝莫来石砖进行性能检测：按gb/t2997-2000检测试样体积密度和显气孔率，按gb/t5072-2008检测试样常温耐压强度，按yb/370-1995检测试样的荷重软化温度，按yb/t376.1-1995检测试样的热震稳定性(1100℃，水冷)，检测结果如下：制备的低铝莫来石砖al2o3含量为58.8％，显气孔率15.2％，体积密度2.46g/cm3，常温耐压强度86.5mpa，荷重软化温度1610℃，热震稳定性(1100℃，水冷)大于15次；使用寿命大于3年。