高體積穩定的鋁矽系超低水泥耐火澆注料的製作方法
2023-04-24 10:07:31
專利名稱：高體積穩定的鋁矽系超低水泥耐火澆注料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種振動成形的鋁矽系超低水泥耐火澆注料，其特徵是採用特殊的粒度集配按Andreasen公式計算粒度分布係數q值為0.300-0.335，第2分割粒度尺寸篩下料合量值對Andreasen公式呈-2～-6％的偏差，0.7和0.088mm的粒度值對Andreasen公式呈2-8％的偏差，0.088-0.044mm粒度的物質系以莫來石為主的粉體。
背景技術：
20餘年來，不定形耐火材料得到了很大發展。在發達國家不定形材料的用量已達耐火材料總量的50％左右。低水泥澆注料和超低水泥澆注料是不定形耐火材料家族的主要成員。
超低水泥澆注料有優於低水泥澆注料的高溫性能，但高溫熱處理後具有過高的強度，同時發生較大的體積收縮。過高的強度易使材料具有脆性；過大的收縮將會產生體積應力易於使材料開裂、破壞。從而，這使材料的潛力不能得到發揮，澆注料的發展受到制約，窯爐工程的壽命難於進一步得到提高。因此，需要研究產生不利現象的原因，採取針對性措施，解決存在的問題，進而實現耐火材料和窯爐工程的技術進步。
發明內容
因含有大量微粉，超低水泥澆注料在很多方面不能緣用傳統耐火材料的工藝。通過改變粒度和粉體的礦物組成，超低水泥澆注料的高溫過燒結問題可以得到有效控制。
問題的分析通常，耐火材料領域稱＞1mm的粒子為粗顆粒，1～0.088mm的粒子為細顆粒，＜0.088mm的球磨料為細粉。平均粒徑＜8μm的粉體則被統稱為微粉。
傳統耐火材料由粗顆粒、細顆粒和細粉3部分構成。粗顆粒作為骨材對澆注料的密度、體積穩定性、抗侵蝕性和熱震穩定性都有很大影響。細顆粒填充在粗顆粒空隙中。細顆粒一方面發揮粗顆粒的作用，進一步提高材料的密度、體積穩定性、抗侵蝕性和熱震穩定性。另一方面，細顆粒作為粗顆粒和細粉的過渡物質，可以提高澆注料漿體的粘度，防止粗顆粒和細粉發生分離，使澆注料具有較好的流動性。細粉最重要的作用是高溫下能夠發揮燒結活性，使材料形成堅固的結合。
低水泥和超低水泥澆注料的最主要特徵是用微粉取代了部分細粉。微粉具有更小的粒徑、更大的比表面積、更好的燒結能力和更強的化學活性。上述耐火澆注料以粗顆粒作骨材；以細顆粒填充粗顆粒的間隙；以細粉填充粗顆粒與細顆粒的間隙；再以微粉填充剩餘的空隙。從而，微粉進一步降低了材料的孔隙率，提前發生燒結，解決了傳統澆注料中溫強度下降的問題，改善了材料的微結構，從而也就使傳統澆注料的強度、抗侵蝕性、燒後線變化和荷重軟化溫度等性能得到提高。
討論顆粒配比，需要提及已知的Andreasen公式y=(xx0)q---1)]]>式1中y-配合料中小於尺寸x的部分；x-篩網尺寸；x0-某一常數，被假設為理論最大粒徑；q-粒度係數。由式1，在x-y的雙對數圖上數據點應成直線發布。
許多學者的研究表明q≥0.31時，因存在太多的骨料，不定形材料的流動性很差，只能用搗打的方式成形；q＝0.26時，可以用搗打、振動或自流的方式成形；q＝0.21時，流動性很好，可以用自流或振動的方式成形。人們常常選定幾個q值，然後改變現有原料配比，將粒度級配的數據點在x-y雙對數圖上酬合成滿足設計q值的直線，再經實驗篩選就算完成研究。
Andreasen公式僅有2個常數，但澆注料的粒度組成卻至少需要4個獨立參數才能控制。因此，除利用該公式之外還需進行更精密的研究。表1顯示了4種原料的粒度分析結果表1細粒和普通球磨粉的粒度分布
從表1可知細顆粒主要含有1.25-0.15mm的物質，0.088mm以下的部分很少，對堅固、緻密或粗中級破碎時難於粉化的物質這是普遍現象；0.088mm級球磨粉主要含有20微米以下具有燒結活性的部分，0.088-0.044mm部分的含量很少。球磨粉的小於20微米部分在中溫不能產生燒結作用，經高溫處理將提供附加的強度，增加材料的結構脆性。因此，現有澆注料缺乏以0.088-0.054mm區段附近的顆粒，同時20-10μm部分的顆粒嚴重過剩。
現有澆注料粉體的礦物組成也有問題。由CaO-Al2O3-SiO2三元相圖可以推知超低水泥澆注料中的水泥脫水的水化物將優先和化學活性最好的矽灰反應，生成CAS2；CAS2將和剩餘矽灰生成熔點為1347℃的暫時性低溶相，使澆注料發生強烈燒結；燒結使材料的燒後強度增加，線變化的絕對值增大，脆性增強；然後，暫時性液相出現，氧化鋁溶解，莫來石晶體析出，該液相被逐漸吸收；最後，澆注料的基質達到平衡礦物組成。
問題的解決本發明的目的在於研究一種高體積穩定性的鋁矽系超低水泥耐火澆注料，控制澆注料粒度組成，並提供晶種以加快暫時性低熔物的回吸和莫來石相的結晶，使振動成形超低水泥耐火澆注料具有良好的體積穩定性能。
首先，應增大Andreasen公式的q值，引入更多的骨料限制燒結，減少收縮，控制強度增長；其次，在高q值下須保證澆注料具有良好的流動性並減少中溫下無燒結活性但高溫下有燒結活性的顆粒含量，澆注料的粒度應根據需要適當偏離Andreasen公式增大1#料對2#料的比值，增大澆注料所缺乏的0.088-0.054mm區段附近的粒子含量，並減少0.020-0.010mm的粒子數；最後，使用莫來石粉體作為晶種。1#料和2#料的定義將在後續給出。
根據以上原理和多次試驗的結果，本發明提出振動澆注料的下述工藝參數範圍1)振動成形澆注料的Andreasen公式q值＝0.300-0.335；2)第2分割粒度尺寸的篩下料合量值對Andreasen公式呈負偏差，偏差度為-2～-6％，分割粒度的定義在後續給出，偏差度的計算式在實施例1中給出；3)0.7和0.088mm的粒度值對Andreasen公式呈正偏差，偏差度2-8％；4)0.088-0.044mm系以莫來石相為主的材料，剛玉相不超過該粒度段總量的40％。
關於第1、第2和第3分割粒度尺寸的定義第1分割粒度尺寸為臨界粒度尺寸。臨界粒度尺寸為10～8mm時，第2分割粒度尺寸為5mm，第3分割粒度尺寸為1.25mm。臨界粒度尺寸為5mm時，第2分割粒度尺寸為3.2mm，第3分割粒度尺寸為1.0mm。
關於1#和2#料的定義1#料為粒度尺寸位於第1～第2分割粒度尺寸之間的物料；2#料為粒度尺寸位於第2～第3分割粒度尺寸之間的物料。
具體實施例方式
實施例1物料配比；8-5mmm 莫來石35％；5-1.25mm莫來石18％；＜0.7mm 莫來石22％；粒度分布峰值位於0.088-0.054mm的莫來石粗粉13％＜0.044mm 剛玉粉3％；氧化鋁微粉 4％；矽灰3.3％鋁酸鈣水泥 1.7％。
配合料的粒度分布見表2
表2超低水泥莫來石澆注料粒度分布
表2中的X-篩網尺寸；Y-小於某篩網尺寸的物料總量；LogX，LogY-X和Y的對數值。利用表2中的LogX，LogY可以繪出數據點的分布圖，並得到一元回歸方程LogY*＝q×LogX+LogX0(見附圖1)。該圖中的q為0.3253，LogX0為0.6882。
從表2和附圖1可知第2、3數據點對Andreasen直線呈負偏差，特別是第2點的偏差度達-4.5％；第4、6數據點對Andreasen直線呈正偏差，偏差度分別為4.3％和6.0％。偏差度的計算公式如下i=(LogYi-(LogY)i*)LogYi100%---2)]]>式2中δi數據點i的偏差度；LogYi數據點i對應的篩網尺寸Xi的篩下料合量Yi的對數值；(LogYi)*前述LogXi-LogYi雙對數圖中的一元回歸方程關於LogYi的計算值。
澆注料的振動成形性能良好，其他性能如下表3莫來石澆注料的物理性能
從表3可知莫來石澆注料的性能良好，特別是燒後線變化極小、燒後強度的增長被成功抑止，和具有高達1600℃的荷重軟化溫度。
實施例2將實施例1的0.088mm以上部分的莫來石用等量礬土代替，其他不變。實施例2具有和例1相同的粒度分布。所制高鋁-莫來石材料的振動成形性能良好，其他物理性能如下表4 高鋁-莫來石澆注料的物理性能
從表4可知超低水泥高鋁-莫來石澆注料同樣具有較滿意的強度，特別是具有優異的高溫體積穩定性。
綜上所述通過控制粒度組成，提高Andreasen公式的q值，使粒度分布適當偏離理論上的直線，同時加入莫來石晶種，超低水泥澆注料可以具有良好的振動成形性能、滿意的強度指標、被控制的高溫燒結行為、獲得優異的體積穩定性和荷重軟化溫度性能。本發明將超低水泥澆注料的性能提升到了一個新的水平，是現有低水泥和超低水泥耐火澆注料的換代產品，並適用於製備大型或特異形耐火製品。
附圖1為本發明所述耐火澆注料的粒度分布圖。
其中X-篩網尺寸；Y-小於某篩網尺寸的物料總量。
權利要求
1.一種高體積穩定的鋁矽系超低水泥耐火澆注料，其特徵在於按Andreasen公式計算粒度分布係數q值為0.300-0.335，第2分割粒度尺寸篩下料合量值對Andreasen公式呈-2～-6％的偏差度，0.7和0.088mm的篩下料合量度值對Andreasen公式呈2-8％的偏差度，0.088-0.044mm系以莫來石相為主的粉體，其中剛玉相不超過該段粒度的40％，所述偏差度的計算式為i=(LogYi-(LogY)i*)LogYi100%]]>上式中i-數據點編號；Yi-數據點i對應的篩網尺寸Xi的篩下料合量；LogYi-的對數值；(LogYi)*-(LogXi-LogYi)雙對數圖中的一元回歸方程關於LogYi的計算值。
全文摘要
本發明涉及一種振動成形的鋁矽系超低水泥耐火澆注料，其特徵在於按Andreasen公式計算粒度分布係數q值為0.300－0.335，第2分割粒度尺寸篩下料合量值對Andreasen公式呈－2～－6％的偏差度，0.7和0.088mm的篩下料合量度值對Andreasen公式呈2－8％的偏差度，0.088－0.044mm系以莫來石相為主的粉體，其中剛玉相不超過該段粒度的40％，所述偏差度的計算式為。
文檔編號C04B35/66GK1590345SQ03156260
公開日2005年3月9日 申請日期2003年9月2日 優先權日2003年9月2日
發明者曾大凡, 王傑曾, 曾魯舉, 袁林, 曹變梅 申請人:北京瑞泰高溫材料科技股份有限公司