一种锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖及其制备方法与流程

一种锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖及其制备方法
一、技术领域：
1.本发明涉及耐火材料领域，具体涉及一种锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖及其制备方法。
二、

背景技术：

2.红柱石为岛状无水硅酸盐矿物，其具有机械强度大、耐高温、热震稳定性强等优越性能，作为高级耐火材料原料，在行业内有广泛的应用。特别值得一提的是其化学稳定性和抗化学侵蚀性强。
3.电熔铁铝尖晶石是采用优质氧化铝和含铁化合物经过高温精炼而成，也属于人工合成的尖晶石，环保无污染。具有优良的抗热震性、抗碱性渣侵蚀能力，可与很多耐火原料复合获得较佳的综合性能。
4.α-al2o3粒度分布均匀、纯度高，具有耐高温的惰性、成型性好、晶相稳定、尺寸稳定性好等性能，广泛应用于耐火材料的补强增韧，特别是提高耐火材料抗蠕变性能和耐磨性能尤为显著。
5.高岭土是我国的优势矿产，具有优良的可塑性及促烧结性，物美价廉，符合我国生产性价比高的高档耐火材料的发展路线。
6.本发明选用的红柱石与电熔铁铝尖晶石作为主要原料高温烧结制得，杂质成分如tio2、k2o、na2o、cao等含量极低，较低的杂质含量确保了优异的高温性能。采用无铬原料合成可防止后期产生危废，防止环境污染，社会环保作用显著。
7.在我国锌冶炼工业中，锌挥发回转窑为最重要的高温设备。该设备使锌还原气化，然后将锌蒸汽冷凝处理得到金属锌。反应过程中，窑内高温带因锌蒸汽的氧化和还原剂的燃烧，温度处于1000～1300℃。回转窑高温带理化反应激烈复杂，且因为回转窑本身转动等因素导致热应力作用明显，所以为此类窑炉中耐火材料受侵蚀最为严重的区域，其使用寿命直接关系到整体窑炉的服役期限。
8.综合工况条件，锌挥发回转窑高温带砖需要具备良好的抗热震性和强度，以保证其在热冲击作用下结构的完整性。同时应当具备很强的抗化学侵蚀性，从而保证在原料发生还原反应的过程中不被化学侵蚀损毁，从而保证服役时间。
9.目前的应用中，主要采用镁铝铬砖及铬刚玉砖。这两种产品具备有优异的高温性能好，抗冲刷侵蚀性能强等优点，一直沿用至今。但铬公害问题一直没能彻底解决，用后废砖只能长期圈地堆放、变成危废，环保压力很大；同时铬刚玉砖的热震稳定性较差，开窑升温稍有波动就会挤蹦砖，非常危险，尤其新建窑炉的使用周期很难保证；镁铝铬砖的线变化率较大，升温过程的爆头现象非常严重，加之其易水化，储存及烘窑难度大，也制约着运行安全及寿命的延长。
三、

技术实现要素：

10.本发明要解决的技术问题是：根据目前锌挥发回转窑所用高温带砖存在的不足之处，本发明提供一种锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖及其制备方法。本发明技术方案制备的红柱石-铁铝尖晶石复合砖，具有优良的高温物理化学稳定性、热震稳定性高、抗侵蚀冲刷性能优异、线变化率小、不水化、制造方便且合格率高等特点，可用于锌挥发回转窑高温带，烘窑热膨胀小，窑炉框架稳定，不会挤崩砖或“爆头”，安全性能高，同时可替代有污染且价格较高的镁铝铬砖(易水化)及铬刚玉砖。
11.为了解决上述问题，本发明采取的技术方案是：
12.本发明提供一种锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖，以重量百分含量表示，所述红柱石-铁铝尖晶石复合砖的原料组成为：粒度5～3mm的红柱石25～45％、粒度3～1mm的红柱石15～35％、粒度1～0mm的红柱石10～20％、粒度小于0.088mm的红柱石10～20％、粒度5～0mm的电熔铁铝尖晶石3～15％、粒度小于0.088mm的电熔铁铝尖晶石3～15％、粒度小于0.044mm的α-al2o3微粉1～4％和粒度小于0.044mm的高岭土细粉1～2％；另外，加入占上述原料总重量2～5％的结合剂磷酸二氢铝溶液。
13.根据上述的锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖，所述红柱石中主要成分及其重量百分含量为al2o3≥58％、tio2≤0.35％、k2o+na2o≤0.5％(所述红柱石采用低钛、低钾钠的高牌号原料)。
14.根据上述的锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖，所述电熔铁铝尖晶石中主要成分及其重量百分含量为fe2o3≥40％、al2o3≥40％。
15.根据上述的锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖，所述α-al2o3微粉中al2o3重量百分含量≥99％。
16.根据上述的锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖，所述高岭土中主要成分及其重量百分含量为sio2≥40％、al2o3≥38％。
17.根据上述的锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖，所述磷酸二氢铝溶液的比重为1.32～1.55g/cm3。
18.另外，提供一种锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
19.a、按照上述红柱石-铁铝尖晶石复合砖的原料配比比例进行配料；
20.b、将配制的骨料进行混合，混合后加入湿碾机，并加入结合剂磷酸二氢铝溶液进行混碾，混碾时间为3～8min；接着加入配制的细粉继续进行混碾10～20min，得到混合物料；
21.所述骨料为粒度5～3mm的红柱石、粒度3～1mm的红柱石、粒度1～0mm的红柱石和粒度5～0mm的电熔铁铝尖晶石；所述细粉为粒度小于0.088mm的红柱石、粒度小于0.088mm的电熔铁铝尖晶石、粒度小于0.044mm的α-al2o3微粉和粒度小于0.044mm的高岭土细粉；
22.c、将步骤b所得混合物料在250～300mpa的压力下成型，成型所得砖坯的体积密度控制在2.8～3.0g/cm3；
23.d、将所得砖坯至于温度为105～140℃的隧道干燥窑内进行干燥，干燥时间24～72h；干燥后送入高温隧道窑进行烧成，烧成温度为1400～1650℃，保温时间为8～12h，烧成后得到产品红柱石-铁铝尖晶石复合砖。
24.本发明的积极有益效果：
25.1、本发明技术方案中，采用的红柱石原料具有强度大、耐高温、热震稳定性强、化学稳定性和抗化学侵蚀性强等性能。因而，红柱石原料作为本发明产品配方中的骨料，可以保证产品在锌挥发窑苛刻工况条件下材料的使用寿命，尤其规避了现有的镁铝铬易水化及铬刚玉砖烘窑期间的炸砖现象，避免了质量及安全事故的发生。
26.2、本发明技术方案中，采用的电熔铁铝尖晶石具有体积密度大、显气孔率小、晶间交错力大等性能，引入本发明原料配比中，能够大大提高制品的高温性能以及体积稳定性，同时提升了产品的热震稳定性和抗侵蚀渗透性。
27.3、本发明技术方案中，选用的红柱石与电熔铁铝尖晶石作为主要原料高温烧结制得，杂质成分如tio2、k2o、nao2、cao等含量极低，较低的杂质含量确保了优异的高温性能。采用无铬原料合成能够防止后期产生危废，防止环境污染。因此，社会环保作用显著。
28.4、利用本发明技术方案制备所得产品红柱石-铁铝尖晶石复合砖具有强度大、耐高温、热震稳定性强、化学稳定性和抗化学侵蚀性强等性能，先列举如下，详见表1。
29.表1本发明制备所得产品红柱石-铁铝尖晶石复合砖的相关性能检测数据
30.体积密度(g/cm3)2.90显气孔率(％)16.8重烧线变化率/1450℃下保温6小时(％)-0.08耐压强度/mpa96常温抗折强度/mpa13.5荷重软化温度(t
0.6
℃)≥1700热震稳定性/1100℃水冷(次)≥30还原气氛下抗锌渣侵蚀性能优异
31.综上所述：本发明通过采用化学稳定性强的红柱石作为主要原料，同时引入电熔铁铝尖晶石，并加入α-al2o3微粉及高岭土细粉。通过组分的优化，提高制品的抗化学侵蚀渗透性、热震稳定性及强度。本发明制备的红柱石-铁铝尖晶石复合砖具有优良的高温物理化学稳定性、热震稳定性高、抗侵蚀冲刷性能优异、线变化率小、不水化、制造方便且合格率高等特点，用于锌挥发回转窑高温带，规避了现有的镁铝铬易水化及铬刚玉砖烘窑期间的炸砖现象，避免了质量及安全事故的发生；同时可替代有污染且价格较高的镁铝铬砖及铬刚玉砖，可防止后期产生危废，防止环境污染，社会环保作用显著，意义深远。
四、具体实施方式：
32.以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不限制本发明技术方案保护的范围。
33.本发明实施例中，采用的红柱石中主要成分及其重量百分含量为al2o3≥58％、tio2≤0.35％、k2o+na2o≤0.5％(所述红柱石采用低钛、低钾钠的高牌号原料)，电熔铁铝尖晶石中主要成分及其重量百分含量为fe2o3≥40％、al2o3≥40％，α-al2o3微粉中al2o3重量百分含量≥99％，高岭土中主要成分及其重量百分含量为sio2≥40％、al2o3≥38％。磷酸二氢铝溶液的比重为1.32～1.55g/cm3。
34.实施例1：
35.本发明锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖，以重量百分含量表示，所述红柱石-铁铝尖晶石复合砖的原料组成为：粒度5～3mm的红柱石35％、粒度3～1mm的红柱石20％、粒度1～0mm的红柱石14％、粒度小于0.088mm的红柱石20％、粒度5～0mm的电熔铁铝尖晶石5％、粒度小于0.088mm的电熔铁铝尖晶石3％、粒度小于0.044mm的α-al2o3微粉2％和粒度小于0.044mm的高岭土细粉1％；另外，加入占上述原料总重量3％的结合剂磷酸二氢铝溶液(所述磷酸二氢铝溶液的比重为1.45g/cm3)。
36.实施例2：
37.本发明锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖，以重量百分含量表示，所述红柱石-铁铝尖晶石复合砖的原料组成为：粒度5～3mm的红柱石30％、粒度3～1mm的红柱石20％、粒度1～0mm的红柱石13％、粒度小于0.088mm的红柱石20％、粒度5～0mm的电熔铁铝尖晶石4％、粒度小于0.088mm的电熔铁铝尖晶石7％、粒度小于0.044mm的α-al2o3微粉4％和粒度小于0.044mm的高岭土细粉2％；另外，加入占上述原料总重量3.5％的结合剂磷酸二氢铝溶液(所述磷酸二氢铝溶液的比重为1.35g/cm3)。
38.实施例3：
39.本发明锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖，以重量百分含量表示，所述红柱石-铁铝尖晶石复合砖的原料组成为：粒度5～3mm的红柱石28％、粒度3～1mm的红柱石17％、粒度1～0mm的红柱石20％、粒度小于0.088mm的红柱石15％、粒度5～0mm的电熔铁铝尖晶石5％、粒度小于0.088mm的电熔铁铝尖晶石10％、粒度小于0.044mm的α-al2o3微粉3％和粒度小于0.044mm的高岭土细粉2％；另外，加入占上述原料总重量4％的结合剂磷酸二氢铝溶液(所述磷酸二氢铝溶液的比重为1.32g/cm3)。
40.实施例4：
41.本发明锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖，以重量百分含量表示，所述红柱石-铁铝尖晶石复合砖的原料组成为：粒度5～3mm的红柱石30％、粒度3～1mm的红柱石17％、粒度1～0mm的红柱石20％、粒度小于0.088mm的红柱石18％、粒度5～0mm的电熔铁铝尖晶石10％、粒度小于0.088mm的电熔铁铝尖晶石3％、粒度小于0.044mm的α-al2o3微粉1％和粒度小于0.044mm的高岭土细粉1％；另外，加入占上述原料总重量3.0％的结合剂磷酸二氢铝溶液(所述磷酸二氢铝溶液的比重为1.52g/cm3)。
42.实施例5：
43.本发明实施例1所述锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖的制备方法，该制备方法的详细步骤如下：
44.a、按照实施例1所述红柱石-铁铝尖晶石复合砖的原料配比比例进行配料；
45.b、将配制的骨料进行混合，混合后加入湿碾机，并加入结合剂磷酸二氢铝溶液进行混碾，混碾时间为5min；接着加入配制的细粉继续进行混碾15min，得到混合物料；
46.所述骨料为粒度5～3mm的红柱石、粒度3～1mm的红柱石、粒度1～0mm的红柱石和粒度5～0mm的电熔铁铝尖晶石；所述细粉为粒度小于0.088mm的红柱石、粒度小于0.088mm的电熔铁铝尖晶石、粒度小于0.044mm的α-al2o3微粉和粒度小于0.044mm的高岭土细粉；
47.c、将步骤b所得混合物料采用液压压砖机250mpa的压强下成型，成型所得砖坯的体积密度控制在2.8～3.0g/cm3；
48.d、将所得砖坯至于温度为120℃的隧道干燥窑内进行干燥，干燥时间为24h；干燥
后送入高温隧道窑进行烧成，烧成温度为1450℃，该烧成温度下保温8h，制得本发明产品红柱石-铁铝尖晶石复合砖。
49.本实施例制备所得产品红柱石-铁铝尖晶石复合砖的相关性能检测数据详见表2。
50.表2实施例5制备所得产品红柱石-铁铝尖晶石复合砖的相关性能检测数据
51.体积密度(g/cm3)2.75显气孔率(％)18.3重烧线变化率/1450℃下保温6小时(％)-0.1耐压强度/mpa76常温抗折强度/mpa9.8荷重软化温度(t
0.6
℃)1610热震稳定性/1100℃水冷(次)≥30还原气氛下抗锌渣侵蚀性能优异
52.实施例6：
53.本发明实施例2所述锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖的制备方法，该制备方法的详细步骤如下：
54.a、按照实施例2所述红柱石-铁铝尖晶石复合砖的原料配比比例进行配料；
55.b、将配制的骨料进行混合，混合后加入湿碾机，并加入结合剂磷酸二氢铝溶液进行混碾，混碾时间为8min；接着加入配制的细粉继续进行混碾15min，得到混合物料；
56.所述骨料为粒度5～3mm的红柱石、粒度3～1mm的红柱石、粒度1～0mm的红柱石和粒度5～0mm的电熔铁铝尖晶石；所述细粉为粒度小于0.088mm的红柱石、粒度小于0.088mm的电熔铁铝尖晶石、粒度小于0.044mm的α-al2o3微粉和粒度小于0.044mm的高岭土细粉；
57.c、将步骤b所得混合物料采用液压压砖机300mpa的压强下成型，成型所得砖坯的体积密度控制在2.8～3.0g/cm3；
58.d、将所得砖坯至于温度为120℃的隧道干燥窑内进行干燥，干燥时间为36h；干燥后送入高温隧道窑进行烧成，烧成温度为1500℃，该烧成温度下保温10h，制得本发明产品红柱石-铁铝尖晶石复合砖。
59.本实施例制备所得产品红柱石-铁铝尖晶石复合砖的相关性能检测数据详见表3。
60.表3实施例6制备所得产品红柱石-铁铝尖晶石复合砖的相关性能检测数据
61.体积密度(g/cm3)2.78显气孔率(％)17.9重烧线变化率/1450℃下保温6小时(％)-0.1耐压强度/mpa81常温抗折强度/mpa10.3荷重软化温度(t
0.6
℃)1632热震稳定性/1100℃水冷(次)≥30还原气氛下抗锌渣侵蚀性能优异
62.实施例7：
63.本发明实施例3所述锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖的制备方法，该制备方法的详细步骤如下：
64.a、按照实施例3所述红柱石-铁铝尖晶石复合砖的原料配比比例进行配料；
65.b、将配制的骨料进行混合，混合后加入湿碾机，并加入结合剂磷酸二氢铝溶液进行混碾，混碾时间为6min；接着加入配制的细粉继续进行混碾18min，得到混合物料；
66.所述骨料为粒度5～3mm的红柱石、粒度3～1mm的红柱石、粒度1～0mm的红柱石和粒度5～0mm的电熔铁铝尖晶石；所述细粉为粒度小于0.088mm的红柱石、粒度小于0.088mm的电熔铁铝尖晶石、粒度小于0.044mm的α-al2o3微粉和粒度小于0.044mm的高岭土细粉；
67.c、将步骤b所得混合物料采用液压压砖机290mpa的压强下成型，成型所得砖坯的体积密度控制在2.8～3.0g/cm3；
68.d、将所得砖坯至于温度为120℃的隧道干燥窑内进行干燥，干燥时间为72h；干燥后送入高温隧道窑进行烧成，烧成温度为1600℃，该烧成温度下保温12h，制得本发明产品红柱石-铁铝尖晶石复合砖。
69.本实施例制备所得产品红柱石-铁铝尖晶石复合砖的相关性能检测数据详见表4。
70.表4实施例7制备所得产品红柱石-铁铝尖晶石复合砖的相关性能检测数据
71.体积密度(g/cm3)2.85显气孔率(％)17.5重烧线变化率/1450℃下保温6小时(％)-0.09耐压强度/mpa85常温抗折强度/mpa11.6荷重软化温度(t
0.6
℃)1650热震稳定性/1100℃水冷(次)≥30还原气氛下抗锌渣侵蚀性能优异
72.实施例8：
73.本发明实施例4所述锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖的制备方法，该制备方法的详细步骤如下：
74.a、按照实施例4所述红柱石-铁铝尖晶石复合砖的原料配比比例进行配料；
75.b、将配制的骨料进行混合，混合后加入湿碾机，并加入结合剂磷酸二氢铝溶液进行混碾，混碾时间为5min；接着加入配制的细粉继续进行混碾15min，得到混合物料；
76.所述骨料为粒度5～3mm的红柱石、粒度3～1mm的红柱石、粒度1～0mm的红柱石和粒度5～0mm的电熔铁铝尖晶石；所述细粉为粒度小于0.088mm的红柱石、粒度小于0.088mm的电熔铁铝尖晶石、粒度小于0.044mm的α-al2o3微粉和粒度小于0.044mm的高岭土细粉；
77.c、将步骤b所得混合物料采用液压压砖机300mpa的压强下成型，成型所得砖坯的体积密度控制在2.8～3.0g/cm3；
78.d、将所得砖坯至于温度为120℃的隧道干燥窑内进行干燥，干燥时间为48h；干燥后送入高温隧道窑进行烧成，烧成温度为1650℃，该烧成温度下保温10h，制得本发明产品红柱石-铁铝尖晶石复合砖。
79.本实施例制备所得产品红柱石-铁铝尖晶石复合砖的相关性能检测数据详见表5。
80.表5本实施例制备所得产品红柱石-铁铝尖晶石复合砖的相关性能检测数据
81.体积密度(g/cm3)2.90显气孔率(％)16.8
重烧线变化率/1450℃下保温6小时(％)-0.08耐压强度/mpa96常温抗折强度/mpa13.5荷重软化温度(t
0.6
℃)≥1700热震稳定性/1100℃水冷(次)≥30还原气氛下抗锌渣侵蚀性能优异。

技术特征：

1.一种锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖，其特征在于，以重量百分含量表示，所述红柱石-铁铝尖晶石复合砖的原料组成为：粒度5～3mm的红柱石25～45％、粒度3～1mm的红柱石15～35％、粒度1～0mm的红柱石10～20％、粒度小于0.088mm的红柱石10～20％、粒度5～0mm的电熔铁铝尖晶石3～15％、粒度小于0.088mm的电熔铁铝尖晶石3～15％、粒度小于0.044mm的α-al2o3微粉1～4％和粒度小于0.044mm的高岭土细粉1～2％；另外，加入占上述原料总重量2～5％的结合剂磷酸二氢铝溶液。2.根据权利要求1所述的锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖，其特征在于：所述红柱石中主要成分及其重量百分含量为al2o3≥58％、tio2≤0.35％、k2o+na2o≤0.5％。3.根据权利要求1所述的锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖，其特征在于：所述电熔铁铝尖晶石中主要成分及其重量百分含量为fe2o3≥40％、al2o3≥40％。4.根据权利要求1所述的锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖，其特征在于：所述α-al2o3微粉中al2o3重量百分含量≥99％。5.根据权利要求1所述的锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖，其特征在于：所述高岭土中主要成分及其重量百分含量为sio2≥40％、al2o3≥38％。6.根据权利要求1所述的锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖，其特征在于：所述磷酸二氢铝溶液的比重为1.32～1.55g/cm3。7.一种锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：a、按照权利要求1所述红柱石-铁铝尖晶石复合砖的原料配比比例进行配料；b、将配制的骨料进行混合，混合后加入湿碾机，并加入结合剂磷酸二氢铝溶液进行混碾，混碾时间为3～8min；接着加入配制的细粉继续进行混碾10～20min，得到混合物料；所述骨料为粒度5～3mm的红柱石、粒度3～1mm的红柱石、粒度1～0mm的红柱石和粒度5～0mm的电熔铁铝尖晶石；所述细粉为粒度小于0.088mm的红柱石、粒度小于0.088mm的电熔铁铝尖晶石、粒度小于0.044mm的α-al2o3微粉和粒度小于0.044mm的高岭土细粉；c、将步骤b所得混合物料在250～300mpa的压力下成型，成型所得砖坯的体积密度控制在2.8～3.0g/cm3；d、将所得砖坯至于温度为105～140℃的隧道干燥窑内进行干燥，干燥时间24～72h；干燥后送入高温隧道窑进行烧成，烧成温度为1400～1650℃，保温时间为8～12h，烧成后得到产品红柱石-铁铝尖晶石复合砖。

技术总结

本发明公开了一种锌挥发回转窑用红柱石-铁铝尖晶石复合砖及其制备方法。所述复合砖是由原料粒度5～3mm的红柱石、粒度3～1mm的红柱石、粒度1～0mm的红柱石、粒度小于0.088mm的红柱石、粒度5～0mm的电熔铁铝尖晶石、粒度小于0.088mm的电熔铁铝尖晶石、粒度小于0.044mm的α-Al2O3微粉和粒度小于0.044mm的高岭土细粉组成。将配制的骨料混合，混合后加入结合剂磷酸二氢铝溶液混碾，接着加入细粉继续混碾，得到混合物料；混合物料成型为砖坯；砖坯依次进行干燥、高温烧成，得到产品红柱石-铁铝尖晶石复合砖。本发明所得产品用于锌挥发回转窑高温带，可替代有污染且价格较高的镁铝铬砖及铬刚玉砖。玉砖。