一種含納米白雲石的剛玉尖晶石質澆注料的製作方法

2023-05-08 07:53:06

專利名稱：一種含納米白雲石的剛玉尖晶石質澆注料的製作方法
技術領域：
本發明屬於無機非金屬材料技術領域。具體涉及一種含納米白雲石的剛玉尖晶石質澆注料。
背景技術：
高純鋁鎂鈣系澆注料因三種元素的最低共熔點高於鋼鐵的熔點，被被廣泛應用於鋼包內襯，透氣元件和噴槍等部位。經過高溫處理後這類澆注料中存在三種高熔點礦相，即六鋁酸鈣(CA6),鋁鎂尖晶石和剛玉，三種礦相彼此之間形成很好的結合，使澆注料具有優異的抗渣性和抗熱震性，被稱作最佳基質系統。長期以來這類材質因具有優異性能一直受到重視。
與剛玉尖晶石質澆注料相比較，通過加入氧化鎂原位反應生成尖晶石的剛玉氧化鎂質澆注料熱態強度相對較低，但其抗渣性能好，且由於原位生成尖晶石而成本較低。剛玉氧化鎂質澆注料具有優良抗渣性能的主要原因有原位生成尖晶石產生體積膨脹，改善了澆注料的孔徑分布，降低了澆注料中孔徑的大小。與加入預合成的鎂鋁尖晶石相比，原位生成尖晶石的粒度細小，比表面積大，缺陷較多，因而活性高，能更有效的吸收渣中的FeO和MgO。氧化鎂作為原位生成尖晶石的主要原料，影響著尖晶石的生成溫度以及粒度，對澆注料性能有決定性影響。加入較細的鎂砂粉更有利於提高澆注料的抗渣性能，鎂砂粉粒度為5μπι的剛玉一氧化鎂質澆注料的抗渣性能明顯優於鎂砂粒度為15 μ m的澆注料。但是，力口入細鎂砂由於容易水化而影響了澆注料的施工性能，加速了澆注料流動性的衰減，降低了可施工時間，給澆注料施工帶來不便，鎂吵粒度越細澆注料凝結越快。可見，澆注料抗渣性和施工性能對鎂砂粒度有著不同的要求，關鍵在於解決鎂砂細粉的水化問題，如能避免鎂砂水化問題，則上述矛盾可以得到很好的解決。有文獻報導通過有機矽烷包裹MgO，然後在350-500°C煅燒，可以明顯提高MgO的抗水化性能，但顯然其成本較高。此外，六鋁酸鈣也是鋁鎂鈣三元體系的一種高溫相，其熔點高達1890°C，它的存在，也可以大大提高材料的高溫性能，抗侵蝕性能。因此，通過加入納米級白雲石分解生成氧化鎂、氧化鈣，同時生成原位尖晶石和原位六鋁酸鈣是提高材料性能的有效途徑。

發明內容
本發明的目的是針對上述現有技術中所存在的問題而研製的一種含納米白雲石的剛玉尖晶石質澆注料。本發明目的在於利用納米白雲石粉體粒度細小，容易分解，分解後生成高活性的氧化鈣、氧化鎂與氧化鋁易於反應生成尖晶石、六鋁酸鈣等優點，一方面避免了通過加入鎂砂原位反應生成尖晶石時，對澆注料流動性和施工性能的不利影響。另一方面，納米白雲石分解後，和氧化鋁原位反應生成的尖晶石、六鋁酸鈣粒度細小，且在整個澆注料中分布更均勻，顯著改善了剛玉尖晶石質澆注料的抗渣性能。本發明的目的是通過以下技術發案來實現的本發明的含納米白雲石的剛玉尖晶石質澆注料包括電熔白剛玉和/或燒結板狀剛玉的骨料和細粉，電熔和/或燒結鋁鎂尖晶石細粉，燒結六鋁酸鈣細粉，納米白雲石粉，活性氧化鋁微粉，純鋁酸鈣水泥，減水劑，各原料重量百分比如下
I Ii熔「I剛 和/或'ft結植狀 玉》 4__ 60-70%
燒結六鋁酸鈣粉5--10%
電熔和域燒結鋁鎂尖晶石細粉10-20%
納米廣丨雲石粉0.5-4%
活性氣化鍆微粉5-14% 純鋁1$鈣水泥1-8%
減水劑(外加)0.05-0.3%
在本發明中，澆注料中骨料與細粉的質量比例為(58%-65%)/ (42%-35%)。燒結六鋁酸鈣化學成分要求為CA6含量> 98%.電熔白剛玉的化學成分要求為Al2O3 ^ 98. 5%,燒結板狀剛玉的化學成分要求為Al2O3 >99%。電熔鋁鎂尖晶石的化學成分要求為(Al2O3 +MgO)彡98.0%.燒結鋁鎂尖晶石的化學成分要求為(Al2O3 +MgO)彡98.0%。納米白雲石粉指的是粒度小於IOOnm的親水性白雲石粉體，化學成份要求白雲石> 98%。純鋁酸鈣水泥指的是Al2O3含量為68%-71%的鋁酸鈣水泥。減水劑指的是聚羧酸鹽類減水劑。含納米白雲石的高純剛玉尖晶石質澆注料的製備方法是將納米白雲石粉，活性氧化鋁微粉，純鋁酸鈣水以及減水劑充分混合均勻後，加入電熔和/或燒結鎂鋁尖晶石細粉，加入燒結六鋁酸鈣細粉，加入電熔白剛玉和/或燒結板狀剛玉的骨料和細粉，進一步充分混合，即製得本發明產品。本發明具有以下優點加入納米白雲石到剛玉尖晶石質澆注料中，避免了直接加鎂砂時鎂砂水化對澆注料流動性和施工性能的不利影響。
由於納米白雲石粒度小，在較低的溫度(約480°C)下開始分解，600°C時已基本分解完全。分解生成納米級氧化鎂、氧化鈣微粒，具有很高的比表面積和反應活性，容易與澆注料中的氧化鋁反應生成鋁鎂尖晶石、六鋁酸鈣。與直接加入鋁鎂尖晶石和加入鎂砂原位生成的尖晶石相比，加入納米白雲石生成的尖晶石粒度小，晶格缺陷多，反應活性高以及在澆注料中分散的更均勻，使澆注料具有更加優異的抗渣性能。本發明中引入了六鋁酸鈣粉作為晶種，使得納米白雲石分解後產生的氧化鈣，以及水泥中的鈣更易反應生成六鋁酸鈣，加快反應進程。加入納米白雲石到剛玉尖晶石質注料中，納米白雲石的分解可在基質中產生納米尺寸彌散分布的缺陷(如分解產生的裂紋和孔洞)，這不但避免了大顆粒白雲石分解產生宏觀缺陷的不利影響，而且改善了澆注料的抗熱震性和抗剝落性。本發明所用的納米白雲石來源容易，相對其它納米粉而言價格低，可以應用於工業生產。與價格相對較高的鋁鎂尖晶石相比，加入的納米白雲石原位反應生成尖晶石、六鋁酸鈣降低了澆注料的成本，改進了澆注料的性能。含納米白雲石的剛玉尖晶石質澆注料生產工藝簡單，整個工藝過程不需複雜昂貴的設備，保持了現有澆注料的生產工藝，適宜於大規模工業化生產。
具體實施例方式 本發明的特點在於通過引入納米白雲石到剛玉尖晶石質澆注料中，既避免了直接加鎂砂時對澆注料流動性和施工性能的不利影響，又改善了剛玉尖晶石質澆注料的抗渣性能和抗熱震性能。含納米白雲石剛玉尖晶石質澆注料的生產工藝與目前澆注料的工藝相同。下面舉例說明本發明的實施及特點，但本發明不局限於下述實施例。為充分說明本發明的特點，對每一實施例給出了相應的對比樣，對比樣中通過用鋁鎂尖晶石粉代替納米白雲石粉與相應實施例進行性能對比。實施例I :各組份配比為(質量百分數)電熔白剛玉顆粒63.0%，燒結六鋁酸鈣粉5%，電熔鋁鎂尖晶石細粉10. 0%，納米白雲石粉體4. 0%，活性氧化鋁微粉10. 0%，純鋁酸鈣水呢8. 0%，減水劑O. 3% (外加)。對比例I :各組份配比為(質量百分數)電熔白剛玉顆粒63.0%，燒結六鋁酸鈣粉 5%，電熔鋁鎂尖晶石細粉15%，活性氧化鋁微粉10. 0%，純鋁酸鈣水泥8. 0%，減水劑O. 3% (夕卜力口 )。實施例2 :各組份配比為(質量百分數)燒結板狀剛玉顆粒67. 0%，燒結六鋁酸鈣粉5%，燒結鋁鎂尖晶石細粉15. 0%，納米白雲石粉體2. 0%，活性氧化鋁微粉7. 0%，純鋁酸鈣水泥4%，減水劑O. 2% (外加)。對比例2 :各組份配比為(質量百分數)燒結板狀剛玉顆粒67. 0%，燒結六鋁酸鈣粉5%，燒結鋁鎂尖晶石細粉17. 0%，活性氧化鋁微粉7. 0%，純鋁酸鈣水泥4. 0%，減水劑O. 2%(夕卜力口 )。實施例3 :各組份配比為(質量百分數)燒結板狀剛玉顆粒70. 0%，燒結六鋁酸鈣粉10%，燒結鋁鎂尖晶石細粉10. 0%，納米白雲石粉體I. 0%，活性氧化鋁微粉8. 0%，純鋁酸鈣水泥1.0%，減水劑O. 1% (外加)。對比例3 :各組份配比為(質量百分數)燒結板狀剛玉顆粒70. 0%，燒結六鋁酸鈣粉10%，燒結鋁鎂尖晶石細粉11%，活性氧化鋁微粉8. 0%，純鋁酸鈣水泥SECAR71 I. 0%，減水劑
O.1% (外加)。將上述比例的活性氧化鋁微粉，純鋁酸鈣水呢，燒結六鋁酸鈣粉，納米白雲石粉以及減水劑充分混合均勻後，按比例加入鎂鋁尖晶石細粉以及剛玉骨料和細粉進行二次混合，再加入適量的水，混合均勻後將其澆注成條形試樣(40mmx40mmxl60mm)和坩堝試樣(夕卜形尺寸為Φ IOOmmxlOOmm,內孔為<t50mmx60mm)，放置24小時後脫模,然後按相關國家標準進行實驗。用1100°C至室溫風冷一次後的殘餘抗折強度保持率來評價抗熱震性能，用鋼包渣在1600°C X3h進行抗渣實驗，實驗結束後垂直底面將坩堝對稱地切為兩半，測量渣的滲透深度，來評價試樣的抗渣性能。結果見下附表。附表
實施例I實施例I I對比例I I實施例2 I對比例2 I實施例3 I對比例3
渣滲透深度/mm ~2. I 2. 7 Ι 2.8 2.3 ~2. 5 抗折強度保持率/% |32 |26 |30 |25 丨37 丨30
權利要求
1.一種含納米白雲石的剛玉尖晶石質澆注料，其特徵在於它包括電熔白剛玉和/或燒結板狀剛玉的骨料和細粉，電熔和/或燒結鋁鎂尖晶石細粉，燒結六鋁酸鈣細粉，納米碳酸鈣粉，活性氧化鋁微粉，純鋁酸鈣水泥，減水劑，各原料重量百分比如下 電熔白剛玉和/或燒結板狀剛玉的骨料和細粉 60-70% 燒結六鋁酸鈣5-10% 電熔和/或燒結鋁鎂尖晶石細粉10-20% 納米白雲石粉0.5-4% 活性氧化鋁微粉5-14%純鋁酸鈣水泥1-8% 減水劑(外加)0.05-0.3%。
2.根據權利要求I所述的含納米白雲石的剛玉尖晶石質澆注料，其特徵在於澆注料中骨料與細粉的質量比例為(58%-65%) / (42%-35%)。
3.根據權利要求I所述的含納米白雲石的剛玉尖晶石質澆注料，其特徵在於電熔白剛玉的化學成分要求為Al2O3 ^ 98. 5%，燒結板狀剛玉的化學成分要求為Al2O3 ^ 99%。
4.根據權利要求I所述的含納米白雲石的剛玉尖晶石質澆注料，其特徵在於電熔鋁鎂尖晶石的化學成分要求為(Al2O3 +MgO) ^ 98. 0%.燒結鋁鎂尖晶石的化學成分要求為(Al2O3 +MgO)≥98. 0%。
5.根據權利要求I所述的含納米白雲石的剛玉尖晶石質澆注料，其特徵在於納米白雲石粉指的是粒度小於IOOnm的白雲石粉體，化學成份要求白雲石彡98%。
6.根據權利要求I所述的含納米白雲石的剛玉尖晶石質澆注料，其特徵在於純鋁酸鈣水泥指的是Al2O3含量為68%-71%的鋁酸鈣水泥。
7.根據權利要求I所述的含納米白雲石的剛玉尖晶石質澆注料，其特徵在於減水劑指的是聚乙二醇類減水劑。
全文摘要
本發明涉及一種含納米白雲石的剛玉尖晶石質澆注料及其製備方法。本發明以目前常用的剛玉尖晶石質澆注料為基礎，通過加入納米白雲石粉體，引入尖晶石、六鋁酸鈣為晶種，採用高效分散劑和合適的混料工藝製備出了含納米白雲石的剛玉尖晶石質澆注料。本發明既避免了通過加鎂砂原位生成尖晶石時氧化鎂水化對澆注料施工性能的不利影響，又提高了目前剛玉尖晶石質澆注料的抗渣性能和抗熱震性能。本發明所製備的含納米白雲石的剛玉尖晶石質澆注料可廣泛應用於鋼鐵，有色，陶瓷和石化等高溫工業領域，也可應用於透氣磚等澆注成型後燒成的耐火材料產品。
文檔編號C04B35/66GK102807379SQ20121024093
公開日2012年12月5日 申請日期2012年7月12日 優先權日2012年7月12日
發明者山國強 申請人:山國強