[发明专利]一种使用磷酸改善轻质耐火砖力学性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及轻质耐火砖，特别是涉及一种使用磷酸改善轻质耐火砖力学性能的方法。

背景技术

耐火砖是用作高温窑炉等热工设备的结构材料，以及工业用高温容器和部件的材料，并能承受相应的物理化学及机械作用。按其密度可分为轻质耐火砖和重质耐火砖，其中轻质耐火砖又称隔热耐火砖，是气孔率高、体积密度低、热导率低的耐火材料，特点是低密度(密度低于1.3g/cm³)、具有多孔结构(气孔率一般为40％～85％)和高的隔热性。轻质耐火砖包括轻质高铝砖、轻质刚玉砖、轻质堇青石砖、轻质莫来石砖、轻质粘土砖、轻质硅砖、轻质空心球制品等，常常用作工业窑炉炉体保温材料，它可以减轻炉体质量，简化窑炉结构，降低燃料消耗，还有助于实现窑炉的快速升温和冷却，提高设备生产效率，同时其生产成本低，使得轻质耐火砖在该领域有着不可替代的地位。但与重质耐火砖相比，轻质耐火砖由于基体组织结构比较疏松、孔壁强度较低，因此其抗压强度一般都很低(低于10MPa)，不能用于承重结构，同时抗渣能力差，与炉料直接接触时，熔渣会很快侵入砖体气孔内，使之碎裂。因此，改善轻质耐火砖的表面性能和力学性能具有现实意义。

磷酸盐在低温时能形成网状长链结构，类似于有机物的聚合，因此也有磷酸盐聚合物一称。因此磷酸盐可以作为胶黏剂使用，它往往是由酸式磷酸盐、偏磷酸盐、焦磷酸盐或者直接由磷酸与金属氧化物、卤化物、氢氧化物、碱性盐类、硅酸盐、硼酸盐等的反应产物为基料组成。国内外对此的研究报道很多，特别是使用磷酸与金属氧化物反应后黏结氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷，这些技术已经相当成熟。它与其它无机胶黏剂相比，磷酸盐胶黏剂耐水性更好、固化收缩率小、高温强度较大以及可在较低温度固化等优点。当磷酸与含有铝、硅、镁等元素组成的化合物时，将会发生化学反应生成相应的磷酸盐，起到黏结和结构增强作用。因此，在考虑磷酸与含有铝、硅、镁等元素的轻质耐火砖作用时，将会修复轻质耐火砖基体中的微裂纹，增加孔壁结构的强度，起到改善其力学性能的作用。通过前期实验表明，当使用缓慢的升温速率升温至450～600℃时，磷酸与耐火砖中的氧化铝、氧化硅等发生反应生成相应磷酸盐，修复了耐火砖中的微裂纹，大大提高了其力学强度。

对国内外专利和文献的查新结果表明：还没有使用磷酸改善轻质耐火砖力学性能的研究报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种使用磷酸改善轻质耐火砖力学性能的方法，该方法简便易行，并且可以提高轻质耐火砖的力学性能。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：将轻质耐火砖浸渍在质量浓度为25～85％的磷酸溶液中，浸渍时间为2～5小时；取出耐火砖放入高温炉中进行热处理，热处理温度为450～600℃，保温1～3小时，然后随炉冷却至室温得到改性的轻质耐火砖。

本发明与现有技术相比，主要有以下显著的效果：

在常见的轻质耐火砖基础上进行改性处理，可以提高轻质耐火砖力学性能。改性工艺是使用少量磷酸与耐火砖在一定温度下发生化学反应起到微裂纹修复的效果，改善耐火砖的力学强度。在改性过程中，对轻质耐火砖的气孔率和耐火度影响不大，但其抗压强度可以提高50～300％。并且工艺简单，易于调节和控制，适用面广，可重复性好和成本低等优点。

附图说明

图1是轻质莫来石砖改性前SEM图。

图2是轻质莫来石砖用25％磷酸改性后(500℃处理)的SEM图。

图3是轻质莫来石砖用45％磷酸改性后(500℃处理)的SEM图。

图4是轻质莫来石砖用65％磷酸改性后(500℃处理)的SEM图。

图5是轻质莫来石砖用85％磷酸改性后(500℃处理)的SEM图。

图6是具体实例1～4改性前后的物相变化。

图7是轻质高铝砖用65％磷酸改性后(500℃处理)的SEM图。

图8是轻质粘土砖用65％磷酸改性前(500℃处理)的SEM图。

图9是轻质粘土砖用65％磷酸改性后(500℃处理)的SEM图。

具体实施方式

本发明提供的磷酸改性耐火砖力学性能的方法，具体是：将轻质耐火砖浸渍在质量浓度为25～85％的磷酸溶液中，浸渍时间为2～5小时；取出耐火砖放入高温炉中进行热处理，热处理温度为450～600℃，保温1～3小时，然后随炉冷却至室温得到改性的轻质耐火砖。

所述热处理温度是从室温起以10～20℃/小时的升温速率升温至450～600℃。