改性高热震稳定性耐火砖的制作方法

1.本发明涉及耐火材料技术领域，特别是改性高热震稳定性耐火砖。


背景技术：

2.耐火材料是耐火度不低于1580℃的一类无机非金属材料。耐火度是指耐火材料锥形体试样在没有荷重情况下，抵抗高温作用而不软化的摄氏温度。但仅以耐火度来定义已不能全面描述耐火材料了，1580℃并不是绝对的。现定义为凡物理化学性质允许其在高温环境下使用的材料称为耐火材料。耐火材料广泛用于冶金、化工、石油、机械制造、硅酸盐、动力等工业领域，在冶金工业中用量最大，占总产量的50%~60%。
3.耐火材料品种繁多、用途各异，有必要对耐火材料进行科学分类，耐火材料的分类方法很多，其中主要有化学属性分类法、化学矿物组成分类法、生产工艺分类法、材料形态分类法等多种方法。按化学矿物质组成进行分类：硅质(氧化硅质)、硅酸铝质、刚玉质、镁质、镁钙质、铝镁质、镁硅质、碳复合耐火材料、锆质耐火材料、特种耐火材料。
4.耐火材料属于无机非金属，其机械韧性也较差，虽然在使用过程中耐火材料几乎不需要进行移动，但是其较差的机械韧性也影响到了其高温时候的抗热震性能，在急冷急热和使用的间隙由于较大的温差耐火材料极易在热胀冷缩作用下发生开裂、剥落和强度降低等影响耐火材料完整性的情况，降低了耐火材料的使用寿命；同时对于那些需要经常进行移动的耐火材料制品，其较差的机械韧性则会大大增加耐火制品的损坏率，影响其口常使用。现有技术中的耐火材料的脆性大，韧性差，抗腐蚀性差，使用周期短，在骤冷骤热的过程中抗热震能力较差，容易发生开裂。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供改性高热震稳定性耐火砖。
6.本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种改性高热震稳定性耐火砖，原料由液体结合剂和固体混合物组成，固体混合物包括有铝矾土熟料颗粒、碳化硅粉、电熔白刚玉粉、二氧化硅超微粉、氧化锆微粉和经过一次烧结并破碎后得到的助剂颗粒；所述助剂颗粒原料中包括有氧化铈微粉或者稀土元素氧化物混料；进一步的，所述稀土元素氧化物混料包括有重量比为3:2～2:1的氧化铈和氧化铈；进一步的，按照重量份数，固体原料包括有35
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55份的铝矾土熟料、10
‑
20份的碳化硅粉、5
‑
15份的电熔白刚玉份、3
‑
5份的二氧化硅超微粉、5
‑
10份的氧化锆微粉、15
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25份的助剂颗粒；所述助剂颗粒原料中包括有5
‑
10份的氧化铈微粉或者5
‑
10稀土元素氧化物混料；进一步的，所述助剂颗粒的原料中还包括有广西白泥、木质素、莫来石、熔融石英石、氧化铝微粉和氧化锆微粉中的一种或者多种；进一步的，所述助剂颗粒的原料还包括有碳化钛；
进一步的，所述氧化铈微粉的粒径为10um
‑
1000nm；进一步的，所述铝矾土熟料颗粒的粒径为2
‑
4mm；所述助剂颗粒的粒径为100
‑
1000nm；进一步的，所述碳化硅粉过200目筛，所述电熔白刚玉粉过325目筛；进一步的，所述二氧化硅超微粉的粒径≤0.3um；所述氧化锆微粉的粒径为50
‑
100um；更进一步的技术方案是所述改性高热震稳定性耐火砖采用如下步骤制备：（1）将助剂颗粒的原料均匀混合后，以空气为助燃介质，富氧环境下于1200
‑
1700℃烧结，得到一次烧结产物；（2）将一次烧结产物破碎，过筛，得到助剂颗粒；（3）将液体结合剂、助剂颗粒、铝矾土熟料颗粒、碳化硅粉、电熔白刚玉粉、二氧化硅超微粉和氧化锆微粉混碾成型；（4）将成型后的坯体置于50
‑
150℃下烘干，装窑，于1500℃下烧制20
‑
24h，随窑冷却，得到改性高热震稳定性耐火砖。
7.本发明具有以下优点：本发明将含有稀土元素氧化物氧化铈或者稀土元素氧化物混料的助剂先经过一次烧结，破碎得到颗粒料后再加入到耐火砖的固体原料中，随者固体原料再次进行二次烧结，通过二次烧结有利于改善气孔率；而稀土元素氧化物经过前后经过两次烧结后，有利于提高热导率。本发明将不同的稀土元素氧化物组成混料，加入到助剂原料中，有利于将不同的稀土元素氧化物结合起来，有利于提高在耐火材料在导热和抗压上的综合性能，有利于减少耐火砖在使用过程中产生的裂纹。
具体实施方式
8.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
9.因此，以下对本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
10.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
11.实施例1：一种改性高热震稳定性耐火砖，原料由液体结合剂和固体混合物组成，固体混合物包括有铝矾土熟料颗粒、碳化硅粉、电熔白刚玉粉、二氧化硅超微粉、氧化锆微粉和经过一次烧结并破碎后得到的助剂颗粒；所述助剂颗粒原料中包括有氧化铈微粉或者稀土元素氧化物混料；所述稀土元素氧化物混料包括有重量比为3:2～2:1的氧化铈和氧化铈；按照重量份数，固体原料包括有35
‑
55份的铝矾土熟料、10
‑
20份的碳化硅粉、5
‑
15份的电熔白刚玉份、3
‑
5份的二氧化硅超微粉、5
‑
10份的氧化锆微粉、15
‑
25份的助剂颗粒；所述助剂颗粒原料中包括有5
‑
10份的氧化铈微粉或者5
‑
10稀土元素氧化物混料；所述助剂颗粒的原料中还包括有广西白泥、木质素、莫来石、熔融石英石、氧化铝
微粉和氧化锆微粉中的一种或者多种；所述助剂颗粒的原料还包括有碳化钛；所述氧化铈微粉的粒径为10um
‑
1000nm；所述铝矾土熟料颗粒的粒径为2
‑
4mm；所述助剂颗粒的粒径为100nm
‑
1000nm；所述碳化硅粉过200目筛，所述电熔白刚玉粉过325目筛；所述二氧化硅超微粉的粒径≤0.3um；所述氧化锆微粉的粒径为50
‑
100um；所述的改性高热震稳定性耐火砖，采用如下步骤制备：（1）将助剂颗粒的原料均匀混合后，以空气为助燃介质，富氧环境下于1200
‑
1700℃烧结，得到一次烧结产物；（2）将一次烧结产物破碎，过筛，得到助剂颗粒；（3）将液体结合剂、助剂颗粒、铝矾土熟料颗粒、碳化硅粉、电熔白刚玉粉、二氧化硅超微粉和氧化锆微粉混碾成型；（4）将成型后的坯体置于50
‑
150℃下烘干，装窑，于1500℃下烧制20
‑
24h，随窑冷却，得到改性高热震稳定性耐火砖。
12.本发明将含有稀土元素氧化物氧化铈或者稀土元素氧化物混料的助剂先经过一次烧结，第一次烧结时可以加入的助烧剂或者添加剂为：白泥，苏州土等软质粘土，或者是莫来石二轻铝，熔融石英；破碎得到颗粒料后再加入到耐火砖的固体原料中，随者固体原料再次进行二次烧结，通过二次烧结有利于改善气孔率和散裂次数；而稀土元素氧化物经过前后经过两次烧结后，有利于提高热导率。本发明将不同的稀土元素氧化物组成混料，加入到助剂原料中，有利于将不同的稀土元素氧化物结合起来，有利于提高在耐火材料在导热和抗压上的综合性能，有利于减少耐火砖在使用过程中产生的裂纹。
13.实施例2：一种改性高热震稳定性耐火砖，原料由液体结合剂和固体混合物组成，固体混合物包括有铝矾土熟料颗粒、碳化硅粉、电熔白刚玉粉、二氧化硅超微粉、氧化锆微粉和经过一次烧结并破碎后得到的助剂颗粒；所述助剂颗粒原料中包括有氧化铈微粉或者稀土元素氧化物混料；所述稀土元素氧化物混料包括有重量比为3:2～2:1的氧化铈和氧化铈；按照重量份数，固体原料包括有35份的铝矾土熟料、10份的碳化硅粉、5份的电熔白刚玉份、3份的二氧化硅超微粉、5份的氧化锆微粉、15份的助剂颗粒；所述助剂颗粒原料中包括有5份的氧化铈微粉；所述助剂颗粒的原料中还包括有广西白泥、木质素、莫来石、熔融石英石、氧化铝微粉和氧化锆微粉中的一种或者多种；所述助剂颗粒的原料还包括有碳化钛；所述氧化铈微粉的粒径为10um；所述铝矾土熟料颗粒的粒径为2mm；所述助剂颗粒的粒径为100nm；所述碳化硅粉过200目筛，所述电熔白刚玉粉过325目筛；所述二氧化硅超微粉的粒径0.1um；所述氧化锆微粉的粒径为50um；所述的改性高热震稳定性耐火砖，采用如下步骤制备：（1）将助剂颗粒的原料均匀混合后，以空气为助燃介质，富氧环境下于1200
‑
1700℃烧结，得到一次烧结产物；
（2）将一次烧结产物破碎，过筛，得到助剂颗粒；（3）将液体结合剂、助剂颗粒、铝矾土熟料颗粒、碳化硅粉、电熔白刚玉粉、二氧化硅超微粉和氧化锆微粉混碾成型；（4）将成型后的坯体置于50
‑
150℃下烘干，装窑，于1500℃下烧制20
‑
24h，随窑冷却，得到改性高热震稳定性耐火砖。
14.实施例3：一种改性高热震稳定性耐火砖，原料由液体结合剂和固体混合物组成，固体混合物包括有铝矾土熟料颗粒、碳化硅粉、电熔白刚玉粉、二氧化硅超微粉、氧化锆微粉和经过一次烧结并破碎后得到的助剂颗粒；所述助剂颗粒原料中包括有氧化铈微粉或者稀土元素氧化物混料；所述稀土元素氧化物混料包括有重量比为3:2的氧化铈和氧化铈；按照重量份数，固体原料包括有55份的铝矾土熟料、20份的碳化硅粉、15份的电熔白刚玉份、5份的二氧化硅超微粉、10份的氧化锆微粉、25份的助剂颗粒；所述助剂颗粒原料中包括10份的稀土元素氧化物混料；所述助剂颗粒的原料中还包括有广西白泥、木质素、莫来石、熔融石英石、氧化铝微粉和氧化锆微粉中的一种或者多种；所述助剂颗粒的原料还包括有碳化钛；所述氧化铈微粉的粒径为1000nm；所述铝矾土熟料颗粒的粒径为4mm；所述助剂颗粒的粒径为1000nm；所述碳化硅粉过200目筛，所述电熔白刚玉粉过325目筛；所述二氧化硅超微粉的粒径0.3um；所述氧化锆微粉的粒径为100um；所述的改性高热震稳定性耐火砖，采用如下步骤制备：（1）将助剂颗粒的原料均匀混合后，以空气为助燃介质，富氧环境下于1200
‑
1700℃烧结，得到一次烧结产物；（2）将一次烧结产物破碎，过筛，得到助剂颗粒；（3）将液体结合剂、助剂颗粒、铝矾土熟料颗粒、碳化硅粉、电熔白刚玉粉、二氧化硅超微粉和氧化锆微粉混碾成型；（4）将成型后的坯体置于120℃下烘干，装窑，于1500℃下烧制20
‑
24h，随窑冷却，得到改性高热震稳定性耐火砖。
15.实施例4：一种改性高热震稳定性耐火砖，原料由液体结合剂和固体混合物组成，固体混合物包括有铝矾土熟料颗粒、碳化硅粉、电熔白刚玉粉、二氧化硅超微粉、氧化锆微粉和经过一次烧结并破碎后得到的助剂颗粒；所述助剂颗粒原料中包括有氧化铈微粉或者稀土元素氧化物混料；所述稀土元素氧化物混料包括有重量比为2:1的氧化铈和氧化铈；按照重量份数，固体原料包括有40份的铝矾土熟料、18份的碳化硅粉、15份的电熔白刚玉份、4份的二氧化硅超微粉、6份的氧化锆微粉、20份的助剂颗粒；所述助剂颗粒原料中包括7份稀土元素氧化物混料；所述助剂颗粒的原料中还包括有广西白泥、木质素、莫来石、熔融石英石、氧化铝微粉和氧化锆微粉中的一种或者多种；所述助剂颗粒的原料还包括有碳化钛；
所述氧化铈微粉的粒径为500nm；所述铝矾土熟料颗粒的粒径为4mm；所述助剂颗粒的粒径为600nm；所述碳化硅粉过200目筛，所述电熔白刚玉粉过325目筛；所述二氧化硅超微粉的粒径0.3um；所述氧化锆微粉的粒径为65um；所述的改性高热震稳定性耐火砖，采用如下步骤制备：（1）将助剂颗粒的原料均匀混合后，以空气为助燃介质，富氧环境下于1200
‑
1700℃烧结，得到一次烧结产物；（2）将一次烧结产物破碎，过筛，得到助剂颗粒；（3）将液体结合剂、助剂颗粒、铝矾土熟料颗粒、碳化硅粉、电熔白刚玉粉、二氧化硅超微粉和氧化锆微粉混碾成型；（4）将成型后的坯体置于120℃下烘干，装窑，于1500℃下烧制20
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24h，随窑冷却，得到改性高热震稳定性耐火砖。
16.实施例5：采用和实施例 4同样的制备方法制备耐火高铝砖，区别仅仅在于，按照重量份数，所述助剂颗粒原料中仅包括有7份的氧化铈微粉。在制品中有大量的含有氧化铈等物质的一次烧结颗粒物，这些颗粒物均匀的分布在耐火砖内部，组成了牢固的抵抗热应力的结构，氧化铈本身就具有高温稳定，韧性好的特点，减少了裂纹在砖内部的扩散，以达到提高制品韧性，提高热震稳定性的目的。
17.实施例6：采用和实施例4同样的制备方法制备耐火高铝砖，区别仅仅在于，按照重量份数，所述助剂颗粒的原料还包括有5
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10份的氧化铈微粉、1
‑
20份的莫来石。在助剂颗粒中添加了氧化铈微粉，在莫来石的作用下，一起形成均匀的固溶体相。这种氧化物微粉通过覆盖耐火材料颗粒的表面，可以防止熔体穿透进入耐火材料中。这种复合氧化物的固溶体非常稳定，从而保持坚固的结合并且不会导致力学强度的降低。
18.实施例7：采用和实施例5同样的制备方法制备耐火高铝砖，区别仅仅在于，按照重量份数，所述助剂颗粒的原料包括有5
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10份的氧化铈微粉、0.1
‑
10份的木质素、0.1
‑
0.2份的熔融石英石、1
‑
20份的莫来石；在实施例6的基础上，助剂颗粒只能够还包括有木质素和熔融石英石，木质素有利于提高韧性，而熔融石英石进一步形成均匀稳定的固溶体。
19.实施例8：采用和实施例5同样的制备方法制备耐火高铝砖，区别仅仅在于，按照重量份数，所述助剂颗粒的原料包括有5
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10份的氧化铈微粉、2
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5份氧化铝微粉和10
‑
20份的氧化锆微粉。氧化锆和氧化铝微粉微粉也能够覆盖耐火材料颗粒的表面，可以防止熔体穿透进入耐火材料中，形成非常稳定的固溶体，从而保持坚固的结合并且不会导致力学强度的降低。
20.实施例9：采用和实施例5同样的制备方法制备耐火高铝砖，区别仅仅在于，按照重量份数，所述助剂颗粒的原料包括有1
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2份的碳化钛。碳化钛作为添加剂，能够在少量存在的情况下，提高耐火砖的刚性和强度。
21.实施例10：采用不同助剂颗粒原料配比下耐火砖的性能实验。
22.实验组1：采用实施例5制备方法制备得到的耐火砖。
23.实验组2：采用实施例6制备方法制备得到的耐火砖。
24.实验组3：采用实施例7制备方法制备得到的耐火砖。
25.实验组4：采用实施例8制备方法制备得到的耐火砖。
26.实验组5：采用实施例9制备方法制备得到的耐火砖。
27.空白组：采用和实施例5同样的方法制备得到的耐火高铝砖，区别仅仅在于不加助剂颗粒。
28.对照组：采用和实施例5同样的方法制备得到的耐火高铝砖，区别仅仅在于助剂颗粒不经过一次烧结，直接混合破碎后加入到固体混合物中。
29.实验组1
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4、对照组和空白组得到的耐火砖性能如下表1所示。
30.表1 实验组1
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4、对照组和空白组得到的耐火砖性能测试实验结果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。