澆注成形堇青石-莫來石耐火材料及其生產工藝的製作方法

2023-06-01 07:31:26

專利名稱：澆注成形堇青石-莫來石耐火材料及其生產工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種澆注成形堇青石-莫來石耐火耐火材料及其生產工藝，具有易於成形、易於養護、易於燒結的優點、所制產品具有純度高、強度大、耐高溫和抗熱震性好的特性，適合用於製造大型、特異形耐火材料製品。
背景技術：
現代陶瓷窯廣泛採用了高速燒咀、氣流攪拌、空氣急冷以加快窯內氣固之間的熱交換；採用支柱-橫梁-棚板組成的構架支撐坯件，以使窯氣和坯件直接接觸；採用低蓄熱、高強度、高導熱和高抗熱震性的窯具材料，以減輕窯具的重量和減少窯具的蓄熱；採用了超輕質、低蓄熱的窯車和高保溫的窯體，以減少通過窯體的散熱。這樣，顯著增強了有效傳熱，減少了無效傳熱，陶瓷窯的產量、燃耗、成本、壽命等技術經濟指得到極大改善。
陶瓷工業廣泛使用堇青石-莫來石耐火材料製品。一般，堇青石-莫來石耐火材料製品以莫洛凱特(一種莫來石-高矽氧玻璃複合原料)為骨料，以滑石、粘土、氧化鋁為基質，加入水和少量化學外加劑，混練後塑性狀態，用模壓、擠壓的方式成形。或者，加入較多的水，拌合後成流態，用石膏模具成形。以上工藝的缺點是用機壓的方式成形，製品的形狀、尺寸受到限制，不能製作大型、特異形耐火材料製品；用石膏模具成形，脫模時間長、生產效率低。還有，坯體強度低、燒結溫度窄，常因破損、過燒、欠燒產生大量廢品。
一些中小鋼包使用鎂鋁質澆注料。這種耐火材料採用鎂砂、矽灰作為結合劑，常溫利用MgO-SiO2-H2O系的水化反應產生結合，高溫通過固相反應形成鎂鋁尖晶石(分子式為 MA)-鎂橄欖石(分子式M2Q-方鎂石(分子式M)基質結合礬土骨料的組織，從而具有一定的耐火性和抗侵蝕性。受到鎂鋁質耐火澆注料的啟發，一些利用鎂砂、矽灰、氧化鋁微粉、煅燒高嶺土作為原料，常溫利用MgO-SiO2-H2O系的水化反應產生結合，熱處理後形成堇青石 (M2A2S5)基質產生結合，從而製備出澆注成形的堇青石-莫來石耐火製品。但是，這種工藝的最大缺點是固化速度慢、養護時間長、脫模強度低，特別是冬季無法組織生產，因而幾乎沒有實用價值。
鎂矽系水化物質(MgO-SiO2-H2O)能夠成功用於鋼鐵工業的鋁鎂質澆注料，卻難以用於陶瓷工業的堇青石-莫來石澆注成形耐火材料，主要在於結合相的化學組成不同。鋼鐵工業鎂鋁質澆注料的主要結合相是鎂橄欖石。鎂橄欖石的化學式為M2S,重量百分比(下同)MgO = 57. 1 % ,SiO2 = 42. 9%。所以，鎂鋁質澆注料可以佔耐火材料總重量約30%的基質中，加入佔總量10 %的鎂砂，依靠大量加入的MgO，形成足夠多的水化物，獲得需要的硬化時間和脫模強度。但是，堇青石-莫來石耐火製品的結合相是堇青石。堇青石的分子式是M2Aj5，含有氧化鎂13. 79%、氧化鋁；34.86 %、氧化矽51.35%。由此可知堇青石的MgO 含量不到鎂橄欖石的1/4，因而澆注成形的堇青石-莫來石耐火材料不能向鋁鎂澆注料那樣通過加入大量鎂砂來獲得足夠塊的凝結速度和足夠高的脫模強度。因此，澆注成形堇青石-莫來石耐火材料必須解決鎂砂加入量小和養護時間短的矛盾之後，才真正具有實用價值。發明內容
本發明的目的在於，研究一種澆注成形堇青石-莫來石耐火材料及其生產工藝。 鎂砂是一種經過高溫死燒的氧化鎂，常溫下水化速度很慢，對於常規使用的325目鎂砂細粉，粒徑< 44μπι。在鋼鐵工業用鋁鎂澆注料中，鎂砂只是表面發生了水化，但內部沒有水化，因而需要引入大量鎂砂才能形成足夠數量的水化物。對於澆注成形堇青石-莫來石耐火材料，雖不能引入大量氧化鎂，但可以提高鎂砂的水化活性。如果提高了水化活性，就可以加快水化速度，就可以解決低氧化鎂加入量，獲得快速凝結和高脫模強度的性能，從而解決硬化速度慢的問題，研製出具有實用價值的澆注成形堇青石-莫來石耐火材料及其生產工藝。本發明的工藝簡單、製造方便，具有易於成形、易於養護、易於燒結的優點、所制產品外形美觀，具有純度高、強度大、耐高溫和抗熱震性好的特性。
為實現發明，本發明要用粒徑小於10 μ m的鎂砂微粉代替目前使用的325目鎂砂細粉。同時，採取一系列技術措施提高耐火材料的工藝性能和使用性能。這些技術措施有
1)大量採用經過高溫處理的原料，如莫洛凱特、合成堇青石、合成莫來石、煅燒高嶺土等，減少燒結收縮，提高耐火製品的燒成合格率；
2)大量使用矽灰、氧化鋁微粉、煅燒高嶺土微粉等超細粒子，降低燒成溫度，擴大燒結溫度範圍，減少生燒、變形等燒成缺陷；
3)使用純度較高原料，如高純矽灰、煅燒高嶺土微粉，減少原料帶入雜質數量，提高堇青石基質的高溫性能；
4)使用第三代減水劑，代替常規使用的三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、聚丙烯酸鈉、萘磺酸鈉等反絮凝劑和減水劑，減少Na離子引入量，提高堇青石基質的高溫性能。
鑑於以上設計，澆注成形」1青石-莫來石耐火材料的重量百分比配伍為
1.2-0. 5mm莫洛凱特20-40%0. 5-0. 088mm莫洛凱特10-25%0. 5-0. 088mm合成堇青石0-15%<0. 088隱合成堇青石10-35%<0. 088mm合成莫來石0-20%
鎂砂微粉1-3%氧化鋁微粉2-8%矽灰3-10%煅燒高嶺土微粉0-15%外加第三代減水劑0.01-0.1%外加水4-8%
所述莫洛凱特為一種市售 經煅燒製得的莫來石-高矽氧玻璃複合耐火原料。
所述合成堇青石為市售同名耐火原料。
所述合成莫來石為人工合成的名為莫來石的市售耐火原料。
所述鎂砂微粉為由MgO ^ 96%的市售鎂砂製得的超細粉，其< 10 μ m部分的重量百分比佔總量的90%以上。
所述氧化鋁微粉為市售同名耐火原料，其<6μπι部分的重量百分比佔總量的 90%以上。
所述矽灰為市售同名耐火原料，其SiO2含量彡93%，粒度為< 1 μ m部分的重量百分比佔總量的80%以上。
所述煅燒高嶺土微粉為市售同名耐火原料，其Al203+Si02含量> 96%，粒度為 < 10 μ m部分的重量百分比佔總量的90%以上。
所述第三代減水劑為市售聚羧酸系建築混凝土減水劑。
各原料按以上配比稱量，經混合、成形製得坯體，放置12_24h脫模，常溫養護1-3 天，經40-60°C乾燥1-2天，經1150-1350°C燒成，再經表面處理和檢驗後製得澆注成形的大型或特異形的堇青石-莫來石耐火材料製品。
具體實施方式
實施例1
採用1. 2-0. 5mm 莫洛凱特 40%，0. 5-0. 088mm 莫洛凱特 10%，0. 5-0. 088mm 合成堇青石10%，< 0. 088mm合成堇青石15%，< 0. 088mm合成莫來石11 %，鎂砂微粉2%，氧化鋁微粉5%，矽灰7%的配比，外加第三代減水劑0. 05%，水6%後伴和，獲得流動性良好的漿體。成形後，漿體1小時凝結，2小時固化，經M小時養護脫模，經60°C X24H乾燥，再經 1250°C X6小時熱處理製得具有規整外形，且常溫抗折強度達18MPa，1250°C熱態抗折強度達16MPa的耐火材料。發明的工藝簡單、製造方便，所得產品外形美觀，物理性能優良，發明實現了目的。
實施例2
採用1. 2-0. 5mm 莫洛凱特 30 %，0. 5-0. 088mm 莫洛凱特 20 %，0. 5-0. 088mm 合成堇青石5 %，< 0. 088mm合成堇青石23 %，< 0. 088mm合成莫來石2 %，鎂砂微粉3 %，氧化鋁微粉5 %，矽灰7 %，煅燒高嶺土 5 %的配比，外加第三代減水劑0. 07 %，水6 %後伴和，獲得流動性良好的漿體。成形後，漿體1小時凝結，2小時固化，經12小時養護脫模，經60°C X24H 乾燥，再經1200°C X6小時熱處理製得具有規整外形，且常溫抗折強度達16MPa，1200°C熱態抗折強度達12MPa的耐火材料。發明的工藝簡單、製造方便，所得產品外形美觀，物理性能優良，發明實現了目的。
權利要求
1. 一種澆注成形堇青石-莫來石耐火材料，其特徵在於所述耐火材料的重量百分比配伍為1. 2-0. 5mm 莫洛凱特20-40%0. 5-0. 088mm莫洛凱特10-25%0. 5-0. 088mm合成堇青石0-15%<0. 088mm合成堇青石10-35%<0. 088mm合成莫來石0-20%鎂砂微粉1-3%氧化鋁微粉2-8%矽灰3-10%煅燒高嶺土微粉0-15%外加第三代減水劑0.01-0.1%外加水4-8%所述莫洛凱特為一種市售經煅燒製得的莫來石-高矽氧玻璃複合耐火原料；所述合成堇青石為市售同名耐火原料；所述合成莫來石為人工合成的名為莫來石的市售耐火原料； 所述鎂砂微粉為由MgO ^ 96%的市售鎂砂製得的超細粉，其< IOym部分的重量百分比佔總量的90%以上；所述氧化鋁微粉為市售同名耐火原料，其93%，粒度為< Ιμπι部分的重量百分比佔總量的80%以上；所述煅燒高嶺土微粉為市售同名耐火原料，其Al203+Si02 含量彡96%，粒度為< ΙΟμπι部分的重量百分比佔總量的90%以上；所述第三代減水劑為市售聚羧酸系建築混凝土減水劑。
2. 一種製造權利要求所述耐火材料的生產工藝，其特徵在於各原料按以上配比稱量，經混合、成形製得坯體，放置12-24h脫模，常溫養護1-3天，經40-6(TC乾燥1_2天，經 1150-1350°C燒成，再經表面處理和檢驗後製得澆注成形的大型或特異形的堇青石-莫來石耐火材料製品。
全文摘要
一種澆鑄成形堇青石-莫來石耐火材料，其配方1.2-0.5mm莫洛凱特20-40％、0.5-0.088mm莫洛凱特10-25％、0.5-0.088mm合成堇青石0-15％、＜0.088mm合成堇青石10-35％、＜0.088mm合成莫來石0-20％、鎂砂微粉1-3％、氧化鋁微粉2-8％、矽灰3-10％、煅燒高嶺土微粉0-15％、外加第三代減水劑0.01-0.1％、外加水4-8％，其生產工藝各原料按以上配比稱量，經混合、成形製得坯體，放置12-24h脫模，常溫養護1-3天，經40-60℃乾燥1-2天，經1150-1350℃燒成。本發明採用小於10μm的鎂砂微粉代替普通鎂砂細粉，全部採用高純原料改善高溫性能、大量採用合成原料減少燒成收縮，適量添加微粉擴大燒結溫度範圍，從而解決了低氧化鎂引入量和高硬化速度、特殊外形尺寸和低製造成本、難燒結和高性能的矛盾，開發了易成形、易燒結的新型工藝、製得了形狀尺寸特殊、純度高、強度大、耐高溫和抗熱震性好的耐火材料產品。
文檔編號C04B35/622GK102503455SQ20111031970
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月12日 優先權日2011年10月12日
發明者於龍泉, 劉錫俊, 楊聖瑋, 王傑曾, 袁林 申請人:瑞泰科技股份有限公司