[发明专利]一种水泥窑用无铬碱性砖及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种水泥窑用无铬碱性砖及其制备方法。

背景技术

2003年德国雷法集团研究发现，将预先合成的铁铝尖晶石引入到无铬碱性砖中，能够显著提高窑皮的附着性，该制品具有较高的耐火度，良好的抗碱、硫、氯和熟料等侵蚀能力和抗热震性。因此，方镁石-铁铝尖晶石砖是镁铬砖工业替代材料中最有希望的一种材料。

水泥回转窑长期使用镁铬砖作为高温带窑衬。使用中，砖中的部分铬会从Cr³⁺转变为剧毒和制癌的Cr⁶⁺，从而破坏环境和威胁人类的健康。随着人们环保意识的不断增强，研制水泥窑用无铬碱性砖势在必行。近年国内外在寻找镁铬砖的替代材料方面作了大量工作，但效果均不理想。其替代材料主要为白云石质耐火材料和镁铝尖晶石质耐火材料。白云石质耐火材料尽管抗热震性、耐侵蚀性好，挂窑皮性强，但十分容易水化；镁铝尖晶石质耐火材料同样抗热震性、耐侵蚀性优良，但不易挂窑皮。

在制备方镁石-铁铝尖晶石砖方面，以特级矾土、铁鳞和石墨为原料，采用反应烧结法预先合成了铁铝尖晶石，然后再与镁砂混合，经高温烧成制砖(刘会林等，耐火材料，2003，37(6)：333-335)。其工艺复杂，还需高温烧制，耗时耗能。一种方镁石-铁铝尖晶石砖及其制备方法(CN 200710052403.0)专利技术，采用镁砂、氧化铝、铁铝尖晶石或镁铝尖晶石、Fe和Fe₂O₃混合，外加亚硫酸纸浆废液做结合剂，在1000℃～2000℃制砖。与前述方法相比，此专利工艺简单，产品的各方面性能也很好，但由于需高温烧制，要耗费大量的能源。

发明内容

本发明旨在克服上述技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、能耗低的水泥窑用无铬碱性砖的制备方法，所制备的无铬碱性砖能在服役过程中原位生成铁铝尖晶石，从而具备方镁石-铁铝尖晶石砖的特性，而且能满足现场的工艺要求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：在“一种方镁石-铁铝尖晶石砖及其制备方法”(CN 200710052403.0)专利技术的基础上，先将45～96wt％的镁砂、2～17wt％的Al₂O₃、1～10wt％的Fe、0～40wt％的铁铝尖晶石或镁铝尖晶石和0～10wt％的Fe₂O₃混合，外加3～6wt％的水玻璃或三聚磷酸钠或六偏磷酸钠溶液作结合剂，然后进行混练、成型和烘烤硬化处理。

其中：镁砂颗粒级配是，5～0.088mm为28～76wt％、0.088～0mm为17～20wt％；铁铝尖晶石或镁铝尖晶石颗粒级配是，5～0.088mm为0～23wt％、0.088～0mm为0～17wt％；Fe、Fe₂O₃和Al₂O₃的粒度均为0.088～0mm；成型为机压成型，压力为100～300MPa。

由于采用上述技术方案，本发明所采用的结合剂经低温烘烤即可硬化，所产生的耐压强度为50～95MPa，该强度完全可以满足现场的施工要求。本发明还利用了金属铁的塑性增强增韧作用，添加含金属铁物料，将含金属铁的物料与含Al₂O₃的原料、镁砂、铁铝尖晶石或镁铝尖晶石料混合，所制备的不烧砖体积密度为3.10～3.15g/cm³、显气孔率为13～17％，故体积密度大，强度和韧性好，相对于“一种方镁石-铁铝尖晶石砖及其制备方法”(CN200710052403.0)专利技术所生产的产品，其性能无明显的变化。

另外，本发明的重要特点为典型的要素省略发明，即省略了“一种方镁石-铁铝尖晶石砖及其制备方法”(CN 200710052403.0)专利技术的“在1000～2000℃条件下原位反应烧成”的过程，利用了不烧砖在使用时的1500℃左右的高温环境，使砖坯内含铁的物料与含Al₂O₃的物料原位化学反应生成了铁铝尖晶石，从而具备了方镁石-铁铝尖晶石砖的优良特性，故水泥窑用无铬碱性不烧砖的生产工艺简单，节约能源。另外，在使用过程中，添加的金属塑性相铁会慢慢氧化生成铁铝尖晶石，没有氧化的铁仍保持金属塑性，会慢慢发挥金属相的增强增韧作用，而且铁铝尖晶石是慢慢生长发育的，晶粒细小，活性高，对使用性能的提高有利。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制：