专利名称：一种含轻质多孔骨料的铝硅质耐火砖及其制备方法 随着世界对降低能耗和节约能源的要求日益提高，对轻质保温材料的要求越来越高。但传统的轻质保温材料如硅藻土砖、石棉砖、蛭石砖、轻质粘土砖、轻质莫来石与轻质刚玉砖等不能使用在与液态或其他介质直接接触的部位。因为其易受到工作介质的侵蚀和冲刷(徐平坤，董应榜.刚玉耐火材料.北京冶金工业出版社，1999；王维邦.耐火材料工艺学.北京冶金工业出版社，1994)，影响使用寿命，甚至影响到高温窑炉或容器的安全生产。另一方面，在传统耐火材料中人们常以致密的材料为骨料，致密的骨料要求高温烧成，消耗大量的能源，而耐火材料在使用过程中，渣等溶剂首先侵蚀基质，基质包围着骨料，当基质被侵蚀成变质层，骨料就与基质一起从耐火材料剥落到熔渣中(W.E.Lee and S.Zhang，“Melt corrosion ofoxide and oxide-carbon refractories”International Materials Reviews 1999 Vol.44 No.3 77.)，因而致密骨料的优势作用并不明显，还会造成一定的浪费。
本发明的目的是提供一种显气孔率高、平均孔径小、热导率低和抗中性或酸性介质侵蚀能力强的含轻质多孔骨料的铝硅质耐火砖及其制备方法。该耐火砖既可以使用在高温窑炉或容器的永久层、又可以使用在高温窑炉或容器的工作层。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是将30～70wt％的Al2O3-SiO2系轻质多孔耐火材料、0～35wt％的Al2O3-SiO2系致密耐火材料、5～25wt％的刚玉细粉、3～10wt％的α-Al2O3微粉、5～15wt％莫来石细粉、0～10wt％的粘土细粉混合，外加3～7wt％的结合剂，搅拌均匀，经压力机压制成型；或成型后的素坯在100～150℃条件下干燥12～48小时，或成型后的素坯在100～150℃条件下干燥12～48小时，经1400℃～1600℃条件下烧成，保温时间为2～5小时，自然冷却。所述的Al2O3-SiO2系轻质多孔耐火材料是轻质多孔刚玉、轻质多孔刚玉-莫来石、轻质多孔莫来石、轻质多孔矾土、轻质多孔粘土中的一种或一种以上；Al2O3-SiO2系轻质多孔耐火材料颗粒级配是，5～3mm为15～35wt％、3～1mm为15～35wt％；显气孔率大于20％、平均孔径＜30μm。其中轻质多孔刚玉的Al2O3含量≥97wt％，轻质多孔刚玉-莫来石的Al2O3含量≥76wt％，轻质多孔莫来石的Al2O3含量为66～76wt％，轻质多孔矾土的Al2O3含量为50～90wt％，轻质多孔粘土的Al2O3含量为30～50wt％。所述的Al2O3-SiO2系致密耐火材料是刚玉、莫来石、矾土中的一种或一种以上；粒径均为0～1mm。其中刚玉的Al2O3含量≥95wt％、莫来石的Al2O3的含量为66～76wt％、矾土的Al2O3的含量为50～90wt％。所述的刚玉细粉的Al2O3的含量≥95wt％、莫来石细粉的Al2O3的含量66～76wt％、粘土细粉的Al2O3的含量为30～50wt％，粒径均＜88μm；α-Al2O3微粉的Al2O3含量≥97wt％，粒径＜5μm。所述的结合剂为纸浆废液、硅溶胶中的一种或两种；硅溶胶的浓度为20～40wt％；成型压力为100～150Mpa。
由于采用上述技术方案，本发明所制备的含轻质多孔骨料的耐火砖，其骨料部分主要由轻质多孔耐火材料组成，基质主要由刚玉细粉、莫来石细粉、粘土细粉、α-Al2O3微粉组成；它不同于传统的轻质耐火材料(全部由多孔材料构成)，也不同于传统的致密耐火材料(骨料部分全部由显气孔率较低的耐火材料组成)，它含有轻质多孔骨料。其中，轻质多孔骨料是借鉴“一种多孔莫来石陶瓷材料及其制造方法”(CN 200610019552.2)生产的，其具有气孔率高、平均孔径小、孔径分布均匀和强度高的特点。
由于本发明的产品是以Al2O3-SiO2系轻质多孔材料为骨料，全部或部分取代致密骨料，并控制基质的组成与结构以获得较好的保温性能与抗渣侵蚀的性能。因此，采用其制备的含轻质多孔骨料的耐火砖具有比传统致密耐火材料有较好的保温隔热性能，比传统轻质耐火材料有较好的抗渣等介质的侵蚀与冲刷的能力，可用在与熔渣等介质直接接触的部位，既可以使用在高温窑炉或容器的永久层、又可以使用在高温窑炉或容器的工作层。
本发明生产的产品化学成分主要是Al2O3与SiO2，相应的主晶相为刚玉，或刚玉-莫来石，或莫来石；本发明生产的产品是一种显气孔率高、体积密度小、平均孔径小、热导率小、抗中性或酸性介质侵蚀能力强的含轻质多孔骨料的耐火制品。

实施例1一种含轻质多孔骨料的铝硅质耐火砖及其制备方法将粒径为5～3mm的轻质多孔刚玉(Al2O3含量≥97wt％)、粒径为3～1mm的轻质多孔刚玉(Al2O3含量≥97wt％)、粒径＜88μm的刚玉细粉(Al2O3含量≥95wt％)、莫来石细粉(Al2O3含量为66wt％)和粒径＜5μm的α-Al2O3微粉(Al2O3含量≥97wt％)分别按30～35wt％、25～30wt％、15～20wt％、5～10wt％和5～10wt％混和；其中，轻质多孔刚玉的显气孔率大于20％、平均孔径＜30μm。再外加上述混合料的3～5wt％的纸浆废液为结合剂，搅拌均匀后机压成型，成型压力为120～150Mpa，成型后的坯体在120～140℃下干燥16～24小时。可得到显气孔率为40～45％、体积密度在2.30～2.40g/cm3、抗折强度为4.0～6.5Mpa的含轻质多孔骨料的铝硅质不烧耐火砖。
实施例2一种含轻质多孔骨料的铝硅质耐火砖及其制备方法将粒径为5～3mm的轻质多孔莫来石(Al2O3含量为66wt％)、粒径为3～1mm的轻质多孔莫来石(Al2O3含量为76wt％)、粒径为1～0mm的莫来石(Al2O3含量为66wt％)，粒径＜88μm的刚玉细粉(Al2O3含量≥95wt％)、莫来石细粉(Al2O3含量为66wt％)、粘土细粉(Al2O3含量为30wt％)和粒径＜5μm的α-Al2O3微粉(Al2O3含量≥97wt％)，分别按15～20wt％、15～20wt％、25～30wt％、12～22wt％、5～10wt％、5～8wt％和4～6wt％混和；其中，轻质多孔莫来石的显气孔率均大于20％、平均孔径＜30μm。再外加上述混合料的3～5wt％的浓度为30～40wt％的硅溶胶为结合剂混合均匀，机压成型，成型压力100～130Mpa。成型后的坯体在100～130℃下干燥24～48小时。可得到显气孔率为37～45％、体积密度在2.35～2.40g/cm3、抗折强度为5.2～6.9Mpa的含轻质多孔骨料的铝硅质不烧耐火砖。
实施例3一种含轻质多孔骨料的铝硅质耐火砖及其制备方法将粒径为5～3mm的轻质多孔莫来石(Al2O3含量为76wt％)、粒径为3～1mm的轻质多孔莫来石(Al2O3含量为66wt％)、粒径＜88μm的刚玉细粉(Al2O3含量≥95wt％)、莫来石细粉(Al2O3含量为66wt％)、粘土细粉(Al2O3含量为40wt％)和粒径＜5μm的α-Al2O3微粉(Al2O3含量≥97wt％)分别按30～35wt％、25～30wt％、5～10wt％、10～15wt％、5～10wt％和8～10wt％混和；其中，轻质多孔莫来石的显气孔率均大于20％、平均孔径＜30μm。再外加上述混合料的3～5wt％的浓度为30～35wt％的硅溶胶为结合剂混合均匀，机压成型，成型压力130～150Mpa。成型后的坯体在130～150℃下干燥12～24小时，可得到显气孔率为38～42％、体积密度在2.38～2.52g/cm3、抗折强度为5.7～7.9Mpa的含轻质多孔骨料的铝硅质不烧耐火砖。
实施例4一种含轻质多孔骨料的铝硅质耐火砖及其制备方法将粒径为5～3mm的轻质多孔刚玉-莫来石(Al2O3含量为80wt％)、粒径为3～1mm的轻质多孔刚玉-莫来石(Al2O3含量为90wt％)、粒径为1～0mm的刚玉(Al2O3含量≥95wt％)、粒径＜88μm的刚玉细粉(Al2O3含量≥95wt％)、莫来石细粉(Al2O3含量为76wt％)和粒径＜5μm的α-Al2O3微粉(Al2O3含量≥97wt％)分别按15～20wt％、20～25wt％、25～30wt％、20～25wt％、5～8wt％和8～10wt％混和；其中，轻质多孔刚玉-莫来石的显气孔率均大于20％、平均孔径＜30μm。再外加上述混合料的3～5wt％的纸浆废液为结合剂混合均匀，机压成型，成型压力110～150Mpa。成型后的坯体在120～140℃下干燥16～32小时。可得到显气孔率为35～38％、体积密度在2.55～2.60g/cm3、抗折强度为8.2～10.9Mpa的含轻质多孔骨料的铝硅质不烧耐火砖。
实施例5一种含轻质多孔骨料的铝硅质耐火砖及其制备方法将粒径为5～3mm的轻质多孔矾土(Al2O3含量为50wt％)、粒径为3～1mm的轻质多孔矾土(Al2O3含量为88wt％)、粒径为1～0mm的刚玉(Al2O3含量≥95wt％)、粒径＜88μm的刚玉细粉(Al2O3含量≥95wt％)、莫来石细粉(Al2O3含量为76wt％)和粒径＜5μm的α-Al2O3微粉(Al2O3含量≥97wt％)分别按15～20wt％、20～25wt％、25～30wt％、20～25wt％、5～8wt％和8～10wt％混和；其中，轻质多孔矾土的显气孔率均大于20％、平均孔径＜30μm。再外加上述混合料的3～5wt％的纸浆废液为结合剂混合均匀，机压成型，成型压力130～150Mpa。成型后的坯体在110～140℃下干燥24～48小时。可得到显气孔率为43～48％、体积密度在2.32～2.41g/cm3、抗折强度为4.9～6.5Mpa的含轻质多孔骨料的铝硅质不烧耐火砖。
实施例6一种含轻质多孔骨料的铝硅质耐火砖及其制备方法将粒径为5～3mm的轻质多孔粘土(Al2O3含量为30wt％)、粒径为3～1mm的轻质多孔矾土(Al2O3含量为88wt％)、粒径为1～0mm的刚玉(Al2O3含量≥95wt％)、粒径＜88μm的刚玉细粉(Al2O3含量≥95wt％)、莫来石细粉(Al2O3含量为73wt％)和粒径＜5μm的α-Al2O3微粉(Al2O3含量≥97wt％)分别按20～25wt％、20～25wt％、20～25wt％、20～25wt％、5～8wt％和5～8wt％混和；其中，轻质多孔粘土和轻质多孔矾土的显气孔率均大于20％、平均孔径＜30μm。再外加上述混合料的3～5wt％的纸浆废液为结合剂混合均匀，机压成型，成型压力110～130Mpa。成型后的坯体在120～150℃下干燥24～36小时，可得到显气孔率为40～45％、体积密度在2.32～2.40g/cm3、抗折强度为3.6～5.5Mpa的含轻质多孔骨料的铝硅质不烧耐火砖。
实施例7
一种含轻质多孔骨料的铝硅质耐火砖及其制备方法将粒径为5～3mm的轻质多孔矾土(Al2O3含量为88wt％)、粒径为3～1mm的轻质多孔矾土(Al2O3含量为88wt％)、粒径＜88μm的刚玉细粉(Al2O3含量≥95wt％)、莫来石细粉(Al2O3含量为73wt％)、粘土细粉和粒径＜5μm的α-Al2O3微粉(Al2O3含量≥97wt％)分别按30～35wt％、30～35wt％、5～10wt％、10～15wt％、5～10wt％和8～10wt％混和；其中，轻质多孔矾土的显气孔率大于20％、平均孔径＜30μm。再外加上述混合料的3～5wt％的浓度为25～35wt％的硅溶胶为结合剂混合均匀，机压成型，成型压力110～130Mpa。成型后的坯体在120～150℃下干燥12～36，可得到显气孔率为43～48％、体积密度在2.28～2.35g/cm3、抗折强度为4.6～7.5Mpa的含轻质多孔骨料的铝硅质不烧耐火砖。
实施例8一种含轻质多孔骨料的铝硅质耐火砖及其制备方法将粒径为5～3mm的轻质多孔粘土(Al2O3含量为50wt％)、粒径为3～1mm的轻质多孔粘土(Al2O3含量为50wt％)、粒径为1～0mm的刚玉(Al2O3含量≥95wt％)、粒径＜88μm的刚玉细粉(Al2O3含量≥95wt％)、莫来石细粉(Al2O3含量为76wt％)、粘土细粉(Al2O3含量为50wt％)和粒径＜5μm的α-Al2O3微粉(Al2O3含量≥97wt％)分别按25～30wt％、15～20wt％、25～30wt％、15～20wt％、5～10wt％、5～8wt％和4～6wt％混和；其中，轻质多孔粘土的显气孔率大于20％、平均孔径＜30μm。再外加上述混合料的3wt％的纸浆废液和3wt％的浓度为20～30wt％的硅溶胶为结合剂混合均匀，机压成型，成型压力120～130Mpa。成型后的坯体在120～140℃下干燥24～36小时，可得到显气孔率为35～38％、体积密度在2.35～2.40g/cm3、抗折强度为7.2～10.3Mpa的含轻质多孔骨料的铝硅质不烧耐火砖。
实施例9一种含轻质多孔骨料的铝硅质耐火砖及其制备方法将粒径为5～3mm的轻质多孔刚玉(Al2O3含量≥97wt％)、粒径为3～1mm的轻质多孔刚玉(Al2O3含量≥97wt％)、粒径＜88μm的刚玉细粉(Al2O3含量≥95wt％)、莫来石细粉(Al2O3含量为66wt％)和粒径＜5μm的α-Al2O3微粉(Al2O3含量≥97wt％)分别按30～35wt％、25～30wt％、15～20wt％、5～10wt％和5～10wt％混和；其中，轻质多孔刚玉的显气孔率大于20％、平均孔径＜30μm。再外加上述混合料的3～5wt％的纸浆废液为结合剂，搅拌均匀后机压成型，成型压力为120～150Mpa，成型后的坯体在120～140℃下干燥16～24小时，再经1400～1600℃下烧成，保温时间为3小时，自然冷却。可得到显气孔率为42～48％、体积密度在2.28～2.35g/cm3、抗折强度为6.0～8.5Mpa的含轻质多孔骨料的铝硅质烧成耐火砖。
实施例10一种含轻质多孔骨料的铝硅质耐火砖及其制备方法将粒径为5～3mm的轻质多孔莫来石(Al2O3含量为66wt％)、粒径为3～1mm的轻质多孔莫来石(Al2O3含量为76wt％)、粒径为1～0mm的莫来石(Al2O3含量为66wt％)、粒径＜88μm的刚玉细粉(Al2O3含量≥95wt％)、莫来石细粉(Al2O3含量为66wt％)、粘土细粉(Al2O3含量为30wt％)和粒径＜5μm的α-Al2O3微粉(Al2O3含量≥97wt％)分别按15～20wt％、15～20wt％、25～30wt％、12～22wt％、5～10wt％、5～8wt％和4～6wt％混和；其中，轻质多孔莫来石的显气孔率均大于20％、平均孔径＜30μm。再外加上述混合料的3～5wt％的浓度为30～40wt％的硅溶胶为结合剂混合均匀，机压成型，成型压力100～130Mpa。成型后的坯体在100～130℃下干燥24～48小时，再经1500～1600℃下烧成，保温时间为3小时，自然冷却。可得到显气孔率为43～47％、体积密度在2.31～2.39g/cm3、抗折强度为6.2～7.4Mpa的含轻质多孔骨料的铝硅质烧成耐火砖。
实施例11一种含轻质多孔骨料的铝硅质耐火砖及其制备方法将粒径为5～3mm的轻质多孔莫来石(Al2O3含量为76wt％)、粒径为3～1mm的轻质多孔莫来石(Al2O3含量为66wt％)、粒径＜88μm的刚玉细粉(Al2O3含量≥95wt％)、莫来石细粉(Al2O3含量为66wt％)、粘土细粉(Al2O3含量为40wt％)和粒径＜5μm的α-Al2O3微粉(Al2O3含量≥97wt％)分别按30～35wt％、25～30wt％、5～10wt％、10～15wt％、5～10wt％和8～10wt％混和；其中，轻质多孔莫来石的显气孔率均大于20％、平均孔径＜30μm。再外加上述混合料的3～5wt％的硅溶胶为结合剂混合均匀，机压成型，成型压力130～150Mpa。成型后的坯体在130～150℃下干燥12～24小时，再经1400～1600℃下烧成，保温时间为3小时，自然冷却。可得到显气孔率为39～42％、体积密度在2.36～2.51g/cm3、抗折强度为6.7～9.7Mpa的含轻质多孔骨料的铝硅质烧成耐火砖。
实施例12一种含轻质多孔骨料的铝硅质耐火砖及其制备方法将粒径为5～3mm的轻质多孔刚玉-莫来石(Al2O3含量为80wt％)、粒径为3～1mm的轻质多孔刚玉-莫来石(Al2O3含量为90wt％)、粒径为1～0mm的刚玉(Al2O3含量≥95wt％)、粒径＜88μm的刚玉细粉(Al2O3含量≥95wt％)、莫来石细粉(Al2O3含量为76wt％)和粒径＜5μm的α-Al2O3微粉(Al2O3含量≥97wt％)分别按15～20wt％、20～25wt％、25～30wt％、20～25wt％、5～8wt％和8～10wt％混和；其中，轻质多孔刚玉-莫来石的显气孔率均大于20％、平均孔径＜30μm。再外加上述混合料的3～5wt％的纸浆废液为结合剂混合均匀，机压成型，成型压力100～150Mpa。成型后的坯体在120～140℃下干燥16～32小时，再经1400～1600℃下烧成，保温时间为3小时，自然冷却。可得到显气孔率为35～40％、体积密度在2.52～2.58g/cm3、抗折强度为8.5～9.5Mpa的含轻质多孔骨料的铝硅质烧成耐火砖。
实施例13一种含轻质多孔骨料的铝硅质耐火砖及其制备方法将粒径为5～3mm的轻质多孔矾土(Al2O3含量为50wt％)、粒径为3～1mm的轻质多孔矾土(Al2O3含量为88wt％)、粒径为1～0mm的刚玉(Al2O3含量≥95wt％)、粒径＜88μm的刚玉细粉(Al2O3含量≥95wt％)、莫来石细粉(Al2O3含量为76wt％)和粒径＜5μm的α-Al2O3微粉(Al2O3含量≥97wt％)分别按15～20wt％、20～25wt％、25～30wt％、20～25wt％、5～8wt％和8～10wt％混和；其中，轻质多孔粘土的显气孔率均大于20％、平均孔径＜30μm。再外加上述混合料的3～5wt％的纸浆废液为结合剂混合均匀，机压成型，成型压力130～150Mpa。成型后的坯体在110～140℃下干燥24～48小时，再经1400～1600℃下烧成，保温时间为3小时，自然冷却。可得到显气孔率为38～42％、体积密度在2.42～2.55g/cm3、抗折强度为7.9～10.5Mpa的含轻质多孔骨料的铝硅质烧成耐火砖。
实施例14一种含轻质多孔骨料的铝硅质耐火砖及其制备方法将粒径为5～3mm的轻质多孔粘土(Al2O3含量为30wt％)、粒径为3～1mm的轻质多孔矾土(Al2O3含量为88wt％)、粒径为1～0mm的刚玉(Al2O3含量≥95wt％)、粒径＜88μm的刚玉细粉(Al2O3含量≥95wt％)、莫来石细粉(Al2O3含量为73wt％)和粒径＜5μm的α-Al2O3微粉(Al2O3含量≥97wt％)分别按20～25wt％、20～25wt％、20～25wt％、20～25wt％、5～8wt％和5～8wt％混和；其中，轻质多孔粘土和轻质多孔矾土的显气孔率均大于20％、平均孔径＜30μm。再外加上述混合料的3～5wt％的纸浆废液为结合剂混合均匀，机压成型，成型压力110～130Mpa。成型后的坯体在120～150℃下干燥24～36小时，再经1400～1600℃下烧成，保温时间为3小时，自然冷却。可得到显气孔率为35～38％、体积密度在2.45～2.55g/cm3、抗折强度为7.6～11.5Mpa的含轻质多孔骨料的铝硅质烧成耐火砖。
实施例15
一种含轻质多孔骨料的铝硅质耐火砖及其制备方法将粒径为5～3mm的轻质多孔矾土(Al2O3含量为88wt％)、粒径为3～1mm的轻质多孔矾土(Al2O3含量为88wt％)、粒径＜88μm的刚玉细粉(Al2O3含量≥95wt％)、莫来石细粉(Al2O3含量为73wt％)、粘土细粉和粒径＜5μm的α-Al2O3微粉(Al2O3含量≥97wt％)分别按30～35wt％、30～35wt％、5～10wt％、10～15wt％、5～10wt％和8～10wt％混和；其中，轻质多孔矾土的显气孔率大于20％、平均孔径＜30μm。再外加上述混合料的3～5wt％的浓度为30～40wt％的硅溶胶为结合剂混合均匀，机压成型，成型压力110～130Mpa。成型后的坯体在120～150℃下干燥12～36，再经1400～1600℃下烧成，保温时间为3小时，自然冷却。可得到显气孔率为35～40％、体积密度在2.45～2.55g/cm3、抗折强度为7.6～9.5Mpa的含轻质多孔骨料的铝硅质烧成耐火砖。
实施例16一种含轻质多孔骨料的铝硅质耐火砖及其制备方法将粒径为5～3mm的轻质多孔粘土(Al2O3含量为50wt％)、粒径为3～1mm的轻质多孔粘土(Al2O3含量为50wt％)、粒径为1～0mm的刚玉(Al2O3含量≥95wt％)、粒径＜88μm的刚玉细粉(Al2O3含量≥95wt％)、莫来石细粉(Al2O3含量为76wt％)、粘土细粉(Al2O3含量为50wt％)和粒径＜5μm的α-Al2O3微粉(Al2O3含量≥97wt％)分别按25～30wt％、15～20wt％、25～30wt％、15～20wt％、5～10wt％、5～8wt％和4～6wt％混和；其中，轻质多孔粘土的显气孔率大于20％、平均孔径＜30μm。再外加上述混合料的3wt％的纸浆废液和3wt％的浓度为25～35wt％的硅溶胶为结合剂混合均匀，，机压成型，成型压力120～130Mpa。成型后的坯体在120～140℃下干燥24～36小时，再经1400～1600℃下烧成，保温时间为3小时，自然冷却。可得到显气孔率为30～35％、体积密度在2.45～2.55g/cm3、抗折强度为8.2～9.3Mpa的含轻质多孔骨料的铝硅质烧成耐火砖。


本发明涉及一种含轻质多孔骨料的铝硅质耐火砖及其制备方法。其技术方案是将30～70wt％的Al