輕質莫來石磚的力學性能由Al2O3/SiO2之比和顯微結構決定，尤其是Al2O3含量為68%的莫來石磚，在1300℃時抗彎強度達570MPa，斷裂韌性Kic達5.7MPa.Nm，均比常溫時高1.6倍，這種隨溫度升高、強度和韌性不僅不衰減反而大幅度提高，在現有的高溫陶瓷材料中除SiC外，是絕無僅有的，這也是輕質莫來石磚作為高溫材料極佳的特性。
以燒結或電熔莫來石為主要原料制得的耐火磚，可全部采用莫來石，也可以部分采用莫來石，部分采用剛玉為原料。前者稱為莫來石耐火磚，后者稱為剛玉一莫來石耐火磚或剛玉莫來石磚。莫來石耐火磚的生產工藝流程與高鋁磚相同，配料經混料、成型、干燥與燒成等幾個工序。燒成溫度與配料組成、原料的純度及對耐火磚性能的要求有關，通常為1500～1700℃。莫來石耐火磚及剛玉莫來石磚具有荷重軟化溫度高、高溫蠕變率低、抗熱震性好等優(yōu)點，廣泛應用于高爐熱風爐、玻璃熔窯、干熄焦及加熱爐等工業(yè)爐窯上。莫來石耐火耐火磚在高溫下容易被堿性耐火磚侵蝕。此外，在高溫下，莫來石可以與水蒸氣按反應生成Al2O3而受到損壞。因此，莫來石耐火磚不宜在高堿性渣及高水蒸氣含量的環(huán)境下長期使用。除了莫來石以及它與剛玉構成的復合耐火耐火磚外，莫來石還可以與其他材料構成耐火磚以提高其性能，如鋯莫來石耐火磚、莫來石一碳化硅耐火磚等。所謂鋯莫來石耐火磚就是莫來石一氧化鋯復合材料。但是由于氧化鋯價格昂貴，在實際生產中常通過Al2O3或礬土與鋯英石反應制得鋯莫來石熟料或耐火磚。
這類耐火磚及原料的制造方法包括電熔法與燒結法。用電熔鑄制的鋁鋯硅(AZS)耐火磚我們在電熔鋯剛玉磚中已討論。將Al2O3與ZrSiO4配料煅燒制得鋯莫來石熟料，再將其破碎、混練、成型與燒成制得鋯莫來石耐火磚，即燒結AZS磚。
當使用礬土為原料時，最常見的是將ZrSiO4引入到高鋁磚中來提高高鋁磚的抗熱震性，即所謂的“抗剝落高鋁磚”。通過反應生成的ZrO2分散在莫來石與剛玉中。由于ZrO2在加熱與冷卻過程中的相變，在ZrO2顆粒周圍產生微裂紋，從而提高其抗熱震性。燒結AZS耐火磚常用于玻璃窯中。
一種耐腐蝕莫來石耐火磚，包括耐火磚基體和噴涂在所述耐火磚基體表面的耐高溫涂層；其中，所述耐火磚基體的制備原料包括：莫來石大顆粒27%～31%、空心玻璃微珠15%～25%、偏高嶺土超細粉3%～5%、鈦白粉10%～18%、聚乙烯醇水溶液0.5%～1.5%、粉煤灰5%～10%、硅藻土5%～10%、碳酸鈣6%～11%、余量為紙漿水得所述耐高溫涂層的制備原料包括：聚硅氧烷20%～35%、聚硼硅氮烷30%～38%、Mo粉3%～10%、余量為乙醇。所述莫來石大顆粒粒徑為1 mm～3 mm、所述空心玻璃微珠粒徑為0.5 mm～1 mm。所述偏高嶺土超細粉粒度小于0.043mm、所述硅藻土粒度小于0.074mm。
按照上述質量百分數的原料計算，將莫來石大顆粒、空心玻璃微珠、偏高嶺土超細粉、鈦白粉、聚乙烯醇水溶液、粉煤灰、硅藻土、碳酸鈣和紙漿水進行混碾制得預制泥料，將所述混碾泥料壓制成磚坯并干燥；
將聚硅氧烷、聚硼硅氮烷、Mo粉與乙醇制得耐高溫涂料，然后將干燥后的所述磚坯表面噴涂所述耐高溫涂料，制得噴涂磚坯，所述噴涂磚坯經干燥、煅燒后制得所述耐腐蝕莫來石耐火磚。
基于上述，將所述混碾泥料壓制成磚坯，并將所述磚坯在自然干燥24小時后置于干燥窯內，在100℃～200℃的溫度條件下干燥24小時～48小時；然后將干燥后的所述磚坯浸漬在所述耐高溫涂料中制得噴涂磚坯，并在1100℃～1250℃的溫度下對其進行煅燒8小時～10小時，從而制得所述耐腐蝕莫來石耐火磚。
輕質莫來石耐火磚原料中各成分的性能作用如下：
莫來石大顆粒：是一系列鋁硅酸鹽組成的礦物統(tǒng)稱，具有耐高溫、強度高導熱系數小，節(jié)能效果顯著等特點，適用于石油裂解爐、冶金熱風爐、陶瓷輥道窯、隧道窯、電瓷抽屜窯、玻璃坩堝窯及各種電爐的內襯，可直接接觸火焰。
紅柱石：晶體屬正交（斜方）晶系的島狀結構硅酸鹽礦物，紅柱石在磚坯煅燒過程中會發(fā)生不可逆的晶體轉化形成具有良好的莫來石網絡的莫來石，從而使其具有1800℃以上的耐火性能，且耐驟冷驟熱、機械強度大、抗熱沖擊力和抗渣性強、荷重轉化點高，并具有極高的化學穩(wěn)定性和極強的抗化學腐蝕性，從而使得制備的所述低蠕變紅柱石復合耐火磚具有高荷軟、低蠕變、高抗熱震性能。
偏高嶺土超細粉：偏高嶺土是高嶺土在適當溫度下脫水形成的無水硅酸鋁。偏高嶺土中原子排列順序是不規(guī)則的，呈現熱力學介穩(wěn)狀態(tài)，在適當激發(fā)下具有膠凝性。當溫度升至925℃時開始結晶生成莫來石和方石英。晶體主要由硅氧四面體和氫氧八面體組成，其中硅氧四面體以共用頂角的方式沿著二維方向連結形成六方排列的網格層。高嶺土具有強的耐酸性能、良好的電絕緣性和較高的耐火性能，耐火度與高嶺土的化學組成有關，純的高嶺土的耐火度一般在1700℃左右，當水云母、長石含量多，鉀、鈉、鐵含量高時，耐火度降低，偏高嶺土的耐火度最低不小于1500℃。
鈦白粉：主要成分為二氧化鈦，化學性質極為穩(wěn)定，是一種偏酸性的兩性氧化物，廣泛用于各類結構表面涂料、紙張涂層和填料、塑料及彈性。本文中其主要作為燒結助劑，降低耐火磚的燒結溫度。
硅藻土：硅藻土是一種硅質巖石，是一種生物成因的硅質沉積巖，它主要由古代硅藻的遺骸所組成。其化學成分以SiO2為主。工業(yè)上常用來作為保溫材料。由于具有孔隙度大、吸收性強、化學性質穩(wěn)定、耐磨、耐熱等特點，能為涂料提供優(yōu)異的表面性能，增容，增稠以及提高附著力。
碳酸鈣：碳酸鈣是一種無機化合物、俗稱：灰石、石灰石、石粉。本文中主要利用碳酸鈣及聚乙烯醇水溶液作為造孔劑及燒結助劑使用。
聚硅氧烷、聚硼硅氮烷與Mo粉在高溫條件下會裂解反應生成Mo2C、Mo3Si等新相，并形成非晶態(tài)SiOC陶瓷涂層，提高了耐火磚的表面抗腐蝕能力，產生的體積膨脹能有效降低耐火磚表面的孔隙率。
本發(fā)明相對現有技術具有突出的實質性特點和顯著的進步，具體的說，本發(fā)明首先將不同粒度及長度的莫來石大顆粒、空心玻璃微珠、偏高嶺土超細粉、鈦白粉、聚乙烯醇水溶液、粉煤灰、硅藻土、碳酸鈣與紙漿水進行混合，使得制備的磚坯各個部位成分配比搭配一致，保證了煅燒所得的耐腐蝕莫來石耐火磚各部位性能的一致性，同時原料中含有大量棱角突出的粒度料，增大了臨界粒度，為耐腐蝕莫來石耐火磚提供了牢固的骨架結構使其在使用過程中不易產生變形。本發(fā)明將所述磚坯噴涂由聚硼硅氮烷、聚硅氧烷、Mo粉與乙醇混合制備的耐高溫涂料中，使得燒制后的磚坯表面形成一層耐高溫陶瓷層，提升了產品的耐高溫和表面抗腐蝕性能。
同時，本發(fā)明充分利用聚乙烯醇水溶液與上述原料混合，使得材料內部在多時間內存在大量微小氣孔，且所述微小氣孔不會隨燒結過程的進行而聚集長大，最終在產品中形成微米級且均勻分布的氣孔，使得制備的耐腐蝕莫來石耐火磚具有高荷軟、低蠕變、高抗熱震性能。
具體實施方式
本實施例提供一種耐腐蝕莫來石耐火磚，包括耐火磚基體和噴涂在所述耐火磚基體表面的耐高溫涂層；其中，所述耐火磚基體的制備原料包括：莫來石大顆粒31%、空心玻璃微珠18%、偏高嶺土超細粉5%、鈦白粉13%、聚乙烯醇水溶液0.5%、粉煤灰10%、硅藻土5.5%、碳酸鈣6%、紙漿水11%。所述耐高溫涂層的制備原料包括：聚硅氧烷35%、Mo粉10%、聚硼硅氮烷33%、乙醇22%。
其中，所述莫來石大顆粒粒徑為1 mm～3 mm、所述空心玻璃微珠粒徑為0.5 mm～1 mm、所述偏高嶺土超細粉粒度小于0.043mm、所述硅藻土粒度小于0.074mm。各原料中的化學成分如表1所示。
本實施例還提供一種所述耐腐蝕莫來石耐火磚的制備方法，具體制備步驟包括：
（1）按照上述質量百分數的原料計算，將莫來石大顆粒、空心玻璃微珠、偏高嶺土超細粉、鈦白粉、聚乙烯醇水溶液、粉煤灰、硅藻土、碳酸鈣和紙漿水進行混碾制得預制泥料；將聚硅氧烷Mo粉與乙醇制得耐高溫涂料；
（2）采用壓力噸位大于315噸的制磚機將所述混碾泥料壓制成磚坯，并將所述磚坯在自然干燥24小時，然后置于干燥窯內，在200℃的溫度條件下干燥24小時；然后將干燥后的磚坯浸漬在所述耐高溫涂料中制得噴涂磚坯，并在1250℃的溫度下對其進行煅燒8小時，從而制得所述耐腐蝕莫來石耐火磚。經檢測，本實施例制得的所述耐腐蝕莫來石耐火磚密度為1.9g/cm3
方法相同。經檢測，本實施例制得的所述耐腐蝕莫來石耐火磚密度為2.1g/cm3。
耐火材料由于對高溫介質良好的抗侵蝕性，以及具有保溫隔熱的性能， 在冶金、石化、玻璃等高溫行業(yè)被廣泛使用。隨著我國對節(jié)能降耗的重視程度不斷提高，具有良好保溫隔熱效果的輕質耐火材料得到了更多的研究與發(fā)展。不定形耐火材料由于具有施工便利、生產成本低，以及襯體的整體結構性好等優(yōu)勢，而受到了特別的關注，其中尤以耐火澆注料應用得最為廣泛。
現有的耐火磚大多為粘質隔熱耐火磚，粘土磚主要由莫來石、玻璃相和方石英及石英所組成。通常以硬質粘土為原料，預先煅燒成熟料，然后配以軟質粘土，以半干法或可塑法成型，溫度在1300℃～1400℃燒成粘土磚制品。也可以加少量的水玻璃、水泥等結合劑制成不燒制品和不定形材料。還有這種耐火磚使用壽命短，不可再利用。另外，由于傳統(tǒng)的耐火骨料中氣孔尺寸較大，孔徑多處于毫米級，這樣當該材料在高溫環(huán)境中使用時，由于通過氣孔內氣體輻射傳熱與對流傳熱的加劇，會使耐火材料的導熱系數升高，進而降低了耐火材料的隔熱保溫效果，增大了熱能的流失，導致能源成本的上升。
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產品名稱 |
輕質莫來石磚 |
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分類溫度（℃） |
1260 |
1430 |
1540 |
1650 |
1760 |
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產品代碼 |
JM-23 |
JM-26 |
JM-28 |
JM-30 |
JM-32 |
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理論體積密度（kg/m3） |
800 |
800 |
900 |
1000 |
1100 |
|
重熱線變化（%） |
1280℃x3h,≤0.6 |
1380℃x3h,≤0.6 |
1500℃x3h,≤0.6 |
1550℃x3h,≤0.6 |
1570℃x3h,≤0.6 |
|
冷態(tài)耐壓強度（Mpa） |
1.8 |
2.4 |
3.0 |
3.6 |
4.6 |
|
熱膨脹（1000℃）% |
0.5 |
0.5 |
0.55 |
0.58 |
0.60 |
理論導熱系數
（w/m.k）（300℃） |
0.21 |
0.25 |
0.28 |
0.33 |
0.40 |
|
AL2O3 |
40 |
50 |
62 |
70 |
79 |
|
Fe2O3 |
≤1.0 |
≤1.0 |
≤0.8 |
≤0.6 |
≤0.5 |
|
產品尺寸 |
常用規(guī)格230x114x65；其他規(guī)格根據要求定做 |
