一种绿色节能复合型预制砖的制作方法

本发明属于耐火材料，尤其涉及一种绿色节能复合型预制砖。

背景技术：

1、新型干法水泥生产技术中，水泥回转窑是其中最重要的生产设备，主要用于煅烧水泥熟料。

2、而在水泥回转窑的三次风管直管、弯头、塔架内三次风管直墙，以及三次风阀等部位，具有温度较高、物料冲刷作用强和物料碱性成份侵蚀作用严重的工况特点。传统的现浇耐火材料，在此类部位损坏频繁、寿命不长，甚至是3-4个月就要停窑检修一次，严重影响了水泥窑的正常运转。

3、因此，高性能的耐火预制砖更加适合此类工况恶劣的水泥回转窑特殊部位。一般的，预制砖与现浇耐火材料相比，就已经具备：模块化安装、施工方便、不受现场环境或季节条件的限制，以及无需养护等诸多优点。

4、另一方面，高性能耐火预制砖与普通耐火预制砖相比，又有以下优点：强度高、耐高温、耐磨损、不爆裂、抗冲刷性能突出等。现有的高性能耐火预制砖，在上述特殊部位中的平均使用寿命，甚至可以达到3年。

5、例如，专利公开号为cn107188579a、公开日为2017.09.22的中国发明专利，就公开了一种耐磨的预制砖，按质量分数计，包括：莫来石20~35份；硅酸锆3~8份；刚玉粉8~15份；红柱石矿粉15~30份；硅线石粉粉5~10份；硅粉3~8份；氧化铝粉3~6份；铝酸钙水泥3~7份；耐热钢纤维0.5~2份；六偏磷酸钠0.16~0.2份；防爆纤维0.18~0.21份。

6、该发明专利中的耐磨预制砖，其用于内加热回转窑的内壁，具有优秀的耐磨特性，克服了该材料的短板，延长了水泥窑的更新周期。

7、但是，该耐磨预制砖在实际使用过程中，则至少还存在以下2个不足之处，同时也为本发明所要解决的技术问题，即：

8、第一、其常温耐磨性能为3.6cm3左右，这是相对比较优异的，但是在水泥回转窑三次风管等极特殊部位，其耐磨性能仍然不够，一般仅可以将上述3-4个月的更换周期延长至1年左右；

9、第二、其导热率为0.25w·m-1·k-1左右，因此该预制砖的保温性能相对比较一般，无法更好地节约回转窑内的热量。

10、所以综上所述，现在急需一种基础力学性能足够、耐磨性能和保温性能突出的新型耐火预制砖产品。

技术实现思路

1、本发明提供一种绿色节能复合型预制砖，其能通过由轻质浇注料固化形成在外的保温层、由重质浇注料固化形成在内的耐磨层的方式，使得：1、该预制砖的常温耐磨性能（耐磨层）可以降低至3.2cm3左右；2、该预制砖的导热率（厚度方向）可以降低至0.20w·m-1·k-1左右；3、该预制砖的整体热力学性能，在水泥回转窑三次风管等部位够用。

2、本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种绿色节能复合型预制砖，分层结构包括：用于朝向窑壁的保温层，和用于朝向物料的耐磨层，所述保温层由轻质浇注料固化形成，所述耐磨层由重质浇注料固化形成。

3、在本发明中，该预制砖在使用时，所述保温层向外、耐磨层在内，所述轻质浇注料的突出特点是保温性能优越，即导热率数值相对较低，而所述重质浇注料的突出特点是耐磨性能优越，保证在三次风管内高温、高碱性、高流速物料的冲击下，也能稳定使用2-3年。

4、进一步优选的技术方案在于：所述保温层和耐磨层一起形成过渡区，所述过渡区分别和保温层、耐磨层之间的色差值δe都≥1.2。

5、在本发明中，所述保温层的非过渡区部位的颜色为土黄色，所述耐磨层的非过渡区部位的颜色为褐色，前者颜色相对较浅、后者颜色相对较深，而过渡区的颜色介于上述两者之间。

6、其中，所述色差值δe可以采用现有的色差仪进行直接测量。

7、进一步优选的技术方案在于：所述过渡区的厚度为预制砖厚度的4 -15%。

8、在本发明中，该预制砖在厚度方向、即使用时的内外方向上，垂直厚度方向的截面形状、尺寸处处一致。

9、其中，所述过渡区的上下边界确定方法，依次包括以下步骤：

10、t1、选定1个平行于预制砖厚度方向的最大尺寸矩形面；

11、t2、将上述矩形面的垂直厚度方向边均分为n，获得（n-1）条颜色测量线；

12、t3、从上述颜色测量线的耐磨层边界开始，每隔0.5cm确定一个测量点，获得多个测量点；

13、t4、以第1个（边界点）和第2个测量点的颜色数据平均值为基准，直至测得相邻2个测量点的颜色数据平均值，开始与上述基准之间的色差值δe≥1.2，以这两个测量点的中间点，为该测量线上的过渡区边界点；

14、t5、上述方法再重复（n-2）遍，找到另外（n-2）个过渡区边界点；

15、t6、由上述（n-1）个过渡区边界点确定一根居中的等距线（所有点到该线的正负距离之后为0），即过渡区靠近耐磨层一侧的边界；

16、t7、将上述t3中的边界改为从保温层边界开始，每隔0.2cm确定一个测量点，相同的方法，最终确定过渡区靠近保温层一侧的边界，进而设定为整个过渡区的两侧边界，平行厚度方向的其余矩形面则不再检测，其中n≥4。

17、另一方面，如果所述过渡区的厚度与预制砖厚度的比值＜4%，则表明保温层和耐磨层的结合强度不够，最终体现在预制砖抗折强度、耐压强度（耐磨层一侧）上，就是数值偏小、力学性能不足。

18、而如果上述比值＞15%，则表明轻质浇注料和/或重质浇注料的流动性过大，或者是制备方法不合适，最终体现在预制砖的“1100℃烧后长宽方向的线变化”参数上，就是数值偏大，预制砖容易在三次风管的壁上发生相互挤压破碎和相互分离间隙。

19、进一步优选的技术方案在于所述轻质浇注料的原料组成包括：微孔轻质莫来石、陶粒、珍珠岩、硅灰，以及黏土；所述重质浇注料的原料组成包括：莫来石、一级矾土、碳化硅、复合硅微粉、α-al203微粉，以及防爆纤维。

20、在本发明中，所述轻质浇注料中的陶粒、珍珠岩和黏土成分，可以显著提升其保温性能，而所述重质浇注料中的莫来石、碳化硅、复合硅微粉和α-al203微粉，都可以提升耐磨层的耐高温、抗冲刷、耐侵蚀和抗热震性能。

21、进一步优选的技术方案在于所述轻质浇注料的原料组成包括按重量计的以下各组分：微孔轻质莫来石35-38%、陶粒23-29%、珍珠岩11-15%、硅灰2-8%，以及黏土13-17%，余量为外加剂和水。

22、进一步优选的技术方案在于所述重质浇注料的原料组成包括按重量计的以下各组分：莫来石40-44%、一级矾土21-28%、碳化硅5-6%、复合硅微粉4-8%、α-al203微粉13-16%，以及防爆纤维0.1-0.2%，余量为外加剂和水。

23、进一步优选的技术方案在于：所述微孔轻质莫来石的粒径为0.2-0.5mm，开孔率≥40%，所述莫来石的粒径为0.8-1.2mm。

24、进一步优选的技术方案在于：所述外加剂为减水剂、缓凝剂、高效分散剂，以及抗氧化剂中的任意一种或几种的混合物。

25、在本发明中，所述减水剂为聚羧酸盐类减水剂，所述缓凝剂为柠檬酸、酒石酸，以及磷酸中的任意一种，所述高效分散剂为聚丙烯腈和羧甲基丙烯酰胺中的任意一种，所述抗氧化剂为铝粉和镁粉中的任意一种。

26、进一步优选的技术方案在于所述预制砖的制备方法依次包括以下步骤，

27、s1、混料：分别搅拌混合制得所述轻质浇注料和重质浇注料；

28、s2、第一次浇注养护：在模具中加入所述重质浇注料，硬化后先脱模再养护，制得耐磨块；

29、s3、第二次浇注养护：将所述耐磨块放回所述模具，然后加入所述轻质浇注料，硬化后先脱模再养护，制得复合块；

30、s4、烘干：将所述复合块以重质浇注料在上、轻质浇注料在下的方式进行烘干操作，然后自然冷却至室温，得到砖坯；

31、s5、烧制：将所述砖坯以重质浇注料在上、轻质浇注料在下的方式，依次进行烧制、保温和自然冷却操作，得到最终的预制砖产品。

32、在本发明的s4、s5中，如果重质浇注料在下、轻质浇注料在上，则容易出现过渡区厚度不足的问题，最终降低该预制砖的综合力学性能。

33、进一步优选的技术方案在于：s4中，所述烘干操作的温度为110-130℃、时间为≥24h；s5中，所述烧制操作的温度为≥1150℃、时间为1-2h；s5中，所述保温操作的温度为≥800℃、时间为≥3h。