铝硅质复合预制件及其制备方法

本发明属于耐火材料，具体的涉及一种铝硅质复合预制件及其制备方法。

背景技术：

1、浇注料预制件是一种预制耐火制品，也是工业窑炉常用的耐火制品，因施工便利，可提高筑炉效率，广泛用于多种工业窑炉内衬及不便于砌筑耐火砖的部位。

2、铝硅系预制件被用作高温窑炉等热工设备的结构材料以及工业用高温容器和部件的材料，并能承受相应的物理化学及机械作用。然而现有的铝硅系预制件在窑炉使用过程中，容易受升温影响以及炉渣的侵蚀导致铝硅系预制件的破裂或变形，从而大大降低了铝硅系预制件的使用寿命。

3、此外，各种工业窑炉也是极度消耗能源和原料的设备。因此，窑炉及热工设备的隔热保温是能够保证其使用寿命长和能耗低的重要基础。但是，传统的多孔耐火材料由于结构疏松、晶体间结构弱、贯通的开口气孔率高导致材料的抗压强度差、使用温度低，进而只能在隔热层或永久层中使用。

4、因此，开发高强度和低热导率的铝硅质复合预制件是一项极具重要意义的研究课题，不仅能保障热工设备的安全作业和有效的降低能耗，还能够显著降低使用成本。

技术实现思路

1、本发明的目的是：提供一种铝硅质复合预制件。所述的铝硅质复合预制件具有强度高、导热系数低、隔热性能好以及抗热震性能好的特点；本发明还提供了其制备方法。

2、本发明所述的铝硅质复合预制件，由重质部分和轻质部分组成，重质部分以质量份数计，由重质矿物原料75-78份、α-氧化铝22-24份、熔融石英16-18份、氧化锆耐火纤维7-9份、磷酸二氢铝10-12份、氧化铝溶胶8-11份和水32-35份组成；轻质部分以质量份数计，由轻质矿物原料68-70份、α-氧化铝19-21份、熔融石英15-17份、结合剂18-20份和水34-36份组成；其中，重质矿物原料为高铝矾土、红柱石、煤矸石三者的混合物；轻质矿物原料为预处理铝灰、硅藻土、焦宝石三者的混合物；轻质部分中的结合剂为淀粉与热固性酚醛树脂的混合物。

3、其中：

4、所述重质矿物原料是将高铝矾土、红柱石、煤矸石按照8-9 : 5-7 : 3-3.5的质量比混合均匀，然后粉碎过筛处理进行粒度级配，以质量百分数计，重质矿物原料粒度组成如下：

5、1mm＜粒度≤2mm的颗粒料 43-46%

6、0.088mm＜粒度≤1mm的颗粒料 33-39%

7、粒度≤0.088mm的粉料 18-21%。

8、所述轻质矿物原料是将预处理铝灰、硅藻土、焦宝石三者按照7.3-7.5:4.5-6.0:2.1-2.3的质量比混合均匀，然后粉碎过筛处理进行粒度级配，以质量百分数计，轻质矿物原料粒度组成如下：

9、1mm＜粒度≤2mm的颗粒料 42-44%

10、0.088mm＜粒度≤1mm的颗粒料 44-48%

11、粒度≤0.088mm的粉料 10-12%。

12、预处理铝灰的制备方法为将二次铝灰与去离子水以1:4.5的质量比混合，然后于70℃搅拌55min，过滤，将得到的滤渣于900℃焙烧1.2h。

13、铝灰经水洗去除大部分可溶性盐，然后经焙烧处理去除氟化物、氯化物和aln；经预处理制备得到的铝灰中的al2o3的含量大大提高。

14、轻质部分所述的结合剂中淀粉与热固性酚醛树脂的质量比为1:0.5-0.7。

15、本发明所述的铝硅质复合预制件的制备方法，由以下步骤组成：

16、（1）将重质矿物原料、α-氧化铝、熔融石英以及氧化锆耐火纤维混合均匀，然后加入磷酸二氢铝、氧化铝溶胶和水搅拌10-15min，于室温陈化20-22h，制备得到重质浇注料；

17、（2）将轻质矿物原料、α-氧化铝以及熔融石英混合均匀，然后加入结合剂和水搅拌10-15min，于室温陈化20-22h，制备得到轻质浇注料；

18、（3）将重质浇注料浇入到模具体积的一半时停止浇筑，制备得到复合预制件重质部分，然后将轻质浇注料浇注满模具，制备得到复合预制件轻质部分；

19、（4）将浇注完的模具于150-155℃干燥10-12h，然后脱模、焙烧，制备得到铝硅质复合预制件。

20、其中：

21、焙烧温度为1350-1400℃，焙烧时间为2.5-3h。

22、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

23、（1）本发明所述的铝硅质复合预制件，由重质部分和轻质部分组成，重质部分与轻质部分协同作用，重质部分使得制备的铝硅质复合预制件具有高强度、化学稳定性、抗侵蚀性以及抗热震稳定性，轻质部分保证了制备的铝硅质复合预制件具有较低的导热系数以及良好的隔热性能。

24、（2）本发明所述的铝硅质复合预制件，重质部分中重质矿物原料为高铝矾土、红柱石和煤矸石三者的混合物，经过1350-1400℃的高温焙烧，红柱石转化为莫来石相，红柱石加热时的莫来石化产生的膨胀抵消了试样烧结产生的收缩，且高温下红柱石的莫来石化产生的微裂纹可以缓冲热应力，进而提高预制件的热震稳定性。高铝矾土与煤矸石在高温下的相互作用进一步保证了莫来石相的形成，进而从根本上保证了预制件的强度和抗热震稳定性。重质部分中选用磷酸二氢铝和氧化铝溶胶作为高温粘结剂，磷酸二氢铝用于高温粘结剂具有化学结合力强、耐高温以及抗剥落的特点，额外添加氧化铝溶胶提高粘结剂的耐火度。氧化锆耐火纤维的添加增强了预制件的抗侵蚀性能和化学稳定性。

25、（3）本发明所述的铝硅质复合预制件，轻质部分中轻质矿物原料为预处理铝灰、硅藻土和焦宝石三者的混合物，硅藻土自身具有孔隙率高、高耐热性以及极小的导热系数，与铝灰相互作用在高温下生成莫来石晶体，既保证了轻质部分的强度也保证了其具有较低的热导率，额外添加焦宝石进一步提高显气孔率，降低了预制件的热导率，提高抗热震性能。结合剂选用淀粉与热固性酚醛树脂的混合物，加热分解后平均孔径小，使轻质部分的孔径分布均匀，进而与轻质矿物原料相互作用，使得轻质部分具备导热系数低、隔热性能好的特点。

26、（4）本发明所述的铝硅质复合预制件的制备方法，工艺简单，参数易于控制，制备得到的复合预制件具有强度高、导热系数低的特点。

技术特征：

1.一种铝硅质复合预制件，其特征在于，由重质部分和轻质部分组成，重质部分以质量份数计，由重质矿物原料75-78份、α-氧化铝22-24份、熔融石英16-18份、氧化锆耐火纤维7-9份、磷酸二氢铝10-12份、氧化铝溶胶8-11份和水32-35份组成；轻质部分以质量份数计，由轻质矿物原料68-70份、α-氧化铝19-21份、熔融石英15-17份、结合剂18-20份和水34-36份组成；其中，重质矿物原料为高铝矾土、红柱石、煤矸石三者的混合物；轻质矿物原料为预处理铝灰、硅藻土、焦宝石三者的混合物；轻质部分中的结合剂为淀粉与热固性酚醛树脂的混合物。

2.根据权利要求1所述的铝硅质复合预制件，其特征在于，所述重质矿物原料是将高铝矾土、红柱石、煤矸石按照8-9 : 5-7 : 3-3.5的质量比混合均匀，然后粉碎过筛处理进行粒度级配，以质量百分数计，重质矿物原料粒度组成如下：

3.根据权利要求1所述的铝硅质复合预制件，其特征在于，所述轻质矿物原料是将预处理铝灰、硅藻土、焦宝石三者按照7.3-7.5 : 4.5-6.0 : 2.1-2.3的质量比混合均匀，然后粉碎过筛处理进行粒度级配，以质量百分数计，轻质矿物原料粒度组成如下：

4.根据权利要求1所述的铝硅质复合预制件，其特征在于，预处理铝灰的制备方法为将二次铝灰与去离子水以1:4.5的质量比混合，然后于70℃搅拌55min，过滤，将得到的滤渣于900℃焙烧1.2h。

5.根据权利要求1所述的铝硅质复合预制件，其特征在于，轻质部分所述的结合剂中淀粉与热固性酚醛树脂的质量比为1:0.5-0.7。

6.一种权利要求1所述的铝硅质复合预制件的制备方法，其特征在于，由以下步骤组成：

7.根据权利要求6所述的铝硅质复合预制件的制备方法，其特征在于，焙烧温度为1350-1400℃，焙烧时间为2.5-3h。

技术总结
本发明属于耐火材料技术领域，具体的涉及一种铝硅质复合预制件及其制备方法。所述预制件由重质部分和轻质部分组成，重质部分由重质矿物原料、α‑氧化铝、熔融石英、氧化锆耐火纤维、磷酸二氢铝、氧化铝溶胶和水组成；轻质部分由轻质矿物原料、α‑氧化铝、熔融石英、结合剂和水组成；其中，重质矿物原料为高铝矾土、红柱石、煤矸石三者的混合物；轻质矿物原料为预处理铝灰、硅藻土、焦宝石三者的混合物。本发明所述的铝硅质复合预制件，重质部分与轻质部分协同作用，重质部分使得制备的铝硅质复合预制件具有高强度、化学稳定性、抗侵蚀性以及抗热震稳定性，轻质部分保证了制备的铝硅质复合预制件具有较低的导热系数以及良好的隔热性能。

技术研发人员：张红鹰,吴师岗,郭学,李蛟,赵维平,孙海滨,任路超
受保护的技术使用者：山东理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15