一種含塑性相的耐火澆注料及其製備方法
2023-05-01 05:50:31 1
專利名稱：一種含塑性相的耐火澆注料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及ー種不定形耐火材料，具體地說是ー種含塑性相的耐火澆注料及其制
備方法。
背景技術：
與定性耐火製品相比，以耐火澆注料為代表的不定形耐火材料具有エ藝流程短、生產能耗及成本低、使用方便、適用範圍廣、整體性及使用效果好等優勢，因而在世界範圍
內得到了迅速發展，其在整個耐火材料中所佔的比重越來越高。在ー些耐火材料技術先進的國家中，不定形耐火材料的產量已經接近甚至超過了定形製品的產量。例如，目前日本不定形耐火材料產量佔整個耐火材料的比例達到了 60%左右；美國的為50%左右；英、德、法等國為40% 50%。如今，耐火澆注料已經被廣泛地應用於冶金、建材、電力、化工等エ業領域的高溫設備中，例如，在水泥窯系統中，現已大量應用了各種材質的耐火澆注料。耐火澆注料的力學強度、耐磨性、抗侵蝕性、抗熱震性等性能，對提高高溫設備的運轉率、降低能源消耗和生產成本有著極其重要的影響。然而，目前用於ー些嚴苛エ況條件下的耐火澆注料的性能還不能滿足使用要求。例如，用於大型幹法水泥窯前窯ロ部位的澆注料，目前普遍存在的問題是因快速旋轉的高溫窯體產生巨大的熱機械應カ破壞及熱震損傷，以及大產量的高溫熟料磨損，導致窯ロ澆注料易發生開裂、剝落及磨蝕損毀。用於水泥窯噴煤管部位的澆注料，普遍存在的問題也是因高溫熱震及大量高溫高速固體顆粒的衝刷，造成澆注料發生剝落及磨蝕，使用壽命短。眾所周知，材料的力學強度、彈性模量與耐磨性及抗熱震性之間是有關係的。通常，提高材料的強度和彈性模量，可以改善其耐磨性，但會使其抗熱震性變差。另外，作為ー種無機非金屬材料，耐火澆注料(也包括所有耐火材料)都表現出很大的脆性、很小的韌性，而大多數金屬材料則相反。因此，可以說脆性是耐火材料的ー個重要特徵，也是它的ー個弱點。脆性大的材料，其抗機械應カ衝擊和抗熱震性(即抗熱應カ衝擊)的能力均較差，直觀地表現為一旦受到臨界應力作用，材料容易產生突發性的斷裂或開裂破壞。近年來，科技工作者對金屬增韌耐火材料的研究雖然已開展了ー些工作，但都不是針對耐火澆注料進行的，而且都還處於實驗室研究階段。例如，薛文東等人研究了在剛玉一氮化娃質透氣磚中引入質量分數為5%和10%的單質娃對材料結構和性能的影響。洪彥若、塗軍波等人研究了在通氮氣條件下引入單質矽、單質鋁對剛玉一氮化矽材料的結構和性能的影響。卜景龍等人研究了在剛玉材料中引入金屬鋁粉的作用。李改葉、李楠等人的研究了適量添加矽粉對Al2O3-SiC材料抗氧化性的影響。
發明內容
為解決現有耐火澆注料脆性較大、抗機械應カ衝擊和抗熱震性較差、使用時間短的問題，本發明提供了一種含塑性相的耐火澆注料及其製備方法。本發明為解決上述技術問題採用的技術方案為一種含塑性相的耐火澆注料，由耐火骨料、耐火細粉、氧化物微粉、結合劑和外加劑組成，耐火骨料的粒度為l-8mm，耐火細粉的粒度為O. 044-lmm,氧化物微粉的粒度小於5 μ m,結合劑的粒度小於O. 088mm,各成分按重量比的加入量為耐火骨料45-60份、耐火細粉33-43份、氧化物微粉4_7份、結合劑3-5份、外加劑O. 15-0. 2份；
所述的外加劑由三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉組成，且三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉的重量比為 O. 8-1:1 ;
所述的耐火細粉中包括3-10份的塑性相細粉，該塑性相細粉由1-3份的金屬鋁粉和2-8份的單質矽粉組成；
本發明中，所述的耐火細粉中包括3-5份的藍晶石粉；
所述的氧化物微粉由2-6份的氧化矽微粉和1-4份的氧化鋁微粉組成；
所述的氧化矽微粉中氧化矽含量為97. 5%，所述氧化鋁微粉中氧化鋁的含量為98. 7% ； 所述的結合劑為含氧化鋁70%的鋁酸鈣水泥；
該種含塑性相的耐火澆注料的製備方法為，包含以下步驟
1)物料的選取
分別選取上述適當粒徑的原料主體耐火原料選取粒徑為I-Smm的耐火骨料和粒徑為
O.044-lmm的耐火細粉兩類，藍晶石粉、金屬鋁粉和單質矽粉的粒徑為O. 044-0. 15mm，氧化鋁微粉和氧化矽微粉小於5 μ m,鋁酸鈣水泥小於O. 088mm,各物料選取完成後備用；
2)耐火細粉的配製 塑性相細粉的配製
按照重量比，取金屬鋁粉和單質矽粉混合均勻配製成總重為3-10份的塑性相細粉，其中金屬招粉為1_3份，單質娃粉為2_8份；
然後將配製好的塑性相細粉加入到3-5份的藍晶石粉和18-37份的粒徑為O. 044-lmm的其他耐火細粉中並混合均勻，製得含塑性相的耐火細粉混合物，備用；
3)耐火澆注料的配製
稱取步驟I選取完成的45-60份的粒徑為l_8mm的耐火骨料，然後依次加入在步驟2製得的耐火細粉混合物、在步驟I選取的4-7份的氧化物微粉、3-5份的鋁酸鈣水泥和
O.15-0. 2份的三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉混合物，充分混合均勻後，即製得成品。本發明製得的耐火澆注料在使用時，在耐火澆注料中加入其重量5-7%的清潔水，攪拌均勻後即可澆注成型。本發明中，耐火骨料選取電熔莫來石、亞白剛玉、棕剛玉、板狀剛玉、特級礬土熟料、尖晶石等常規骨料中的ー種或幾種。含塑性相的高強耐火澆注料具有很高的力學強度、良好的熱震穩定性和耐磨蝕性，且耐高溫性能優良，使用壽命長，對提高高溫設備的運轉率、降低耐火材料消耗、降低能源消耗和生產成本效果明顯。其設計原理借鑑了「過渡塑性相エ藝(Transient PlasticPhase Process)」思想，通過引入適量的塑性相(矽粉和鋁粉)，一方面藉助矽粉在材料燒結過程中容易液化或軟化的性質，促使材料在較低的溫度下產生液相燒結，提高材料的結合強度；另一方面，一部分塑性相(尤其是材料表層部位的塑性相)將參與反應生成非金屬增強相。具體就本發明而言，澆注料中的一部分矽粉會氧化為SiO2、引入的鋁粉先與水反應形成Al (OH) 3，繼而受熱分解形成活性較大的Al2O3,然後SiO2和Al2O3反應形成針、柱狀的莫來石晶體，從而改善澆注料的強度。此外，材料內部的部分矽粉仍保持其原來的屬性，並在高溫狀態下變成粘塑性相，彌散分布在材料中，提高材料的韌性，改善澆注料的抗熱震性。有益效果本發明在耐火澆注料中添加了單質鋁粉和單質矽粉，澆注料中的一部分單質矽粉在材料燒結過程中容易液化或軟化的性質，促使材料在較低的溫度下產生液相燒結，提高材料的結合強度，一部分矽粉會氧化為SiO2;引入的鋁粉先與水反應形成Al (OH) 3，繼而受熱分解形成活性較大的Al2O3,然後SiO2和Al2O3反應形成針、柱狀的莫來石晶體，從而改善澆注料的強度；同時，材料內部的部分矽粉仍保持其原來的屬性，並在高溫狀態下變成粘塑性相，彌散分布在材料中，提高材料的韌性，改善澆注料的抗熱震性。
圖I為本發明各實施例所製成品的性能對比表。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明做進ー步的闡述。實施例I
一種含塑性相的耐火澆注料的製備方法，包含以下步驟
1)物料的選取
分別選取適當粒徑的原料，包括特級礬土熟料顆粒、莫來石顆粒、白剛玉細粉、特級礬土細粉、莫來石細粉、藍晶石粉、金屬鋁粉、單質矽粉、氧化鋁微粉、氧化矽微粉和鋁酸鈣水泥等。選取的各物料粒徑為特級礬土熟料顆粒和莫來石顆粒為l-8mm，特級礬土細粉、莫來石細粉和白剛玉細粉為O. 044-lmm，藍晶石粉、金屬鋁粉和單質矽粉的粒徑為
O.044-0. 15mm,氧化鋁微粉和氧化矽微粉小於5微米，鋁酸鈣水泥小於O. 088mm,各物料選取完成後備用；
2)耐火細粉的配製 塑性相細粉的配製
按照重量比，取金屬鋁粉和單質矽粉混合均勻配製成總重為3kg的塑性相細粉，其中金屬鋁粉的重量在l_3kg之內，單質矽粉的重量在2-8kg之內；
然後將配製好的3kg的塑性相細粉加入到3kg的藍晶石粉和37kg的粒徑為O. 044-lmm的其他耐火細粉中並混合均勻，製得含塑性相的耐火細粉混合物，備用；
其中，所述的37kg的粒徑為O. 044-lmm的其他耐火細粉的組成為莫來石細粉15kg，特級礬土細粉12kg，白剛玉細粉IOkg ；
3)耐火澆注料的配製
稱取在步驟I選取完成的45kg的粒徑為1-8_的耐火骨料，然後依次加入由步驟2製得的耐火細粉混合物、由步驟I選取的7kg的氧化物微粉、5kg的鋁酸鈣水泥和O. 2kg的三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉混合物，充分混合均勻後，即製得成品；
其中，所述的粒徑為1-8_的耐火骨料的組成為特級礬土熟料顆粒30kg，莫來石顆粒15kg ；
所述的氧化物微粉的組成為1kg的氧化鋁微粉和6kg的氧化矽微粉；
所述的三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉的重量比為O. 8: I。
實施例2
一種含塑性相的耐火澆注料的製備方法，包含以下步驟
1)物料的選取
分別選取適當粒徑的原料，包括特級礬土熟料顆粒、莫來石顆粒、白剛玉細粉、特級礬土細粉、莫來石細粉、藍晶石粉、金屬鋁粉、單質矽粉、氧化鋁微粉、氧化矽微粉和鋁酸鈣水泥，選取的各物料粒徑為特級礬土熟料顆粒和莫來石顆粒為l-8mm，特級礬土細粉、莫來石細粉和白剛玉細粉為O. O 4 4 -1 mm，藍晶石粉、金屬鋁粉和單質矽粉的粒徑為
O.044-0. 15mm,氧化鋁微粉和氧化矽微粉小於5微米，鋁酸鈣水泥小於O. 088mm,各物料選取完成後備用；
2)耐火細粉的配製 塑性相細粉的配製
按照重量比，取金屬鋁粉和單質矽粉混合均勻配製成總重為7kg的塑性相細粉，其中金屬鋁粉的重量在l_3kg之內，單質矽粉的重量在2-8kg之內；
然後將配製好的7kg的塑性相細粉加入到4kg的藍晶石粉和28kg的粒徑為O. 044-lmm其他耐火細粉中並混合均勻，製得含塑性相的耐火細粉混合物，備用；
其中，所述的28kg的粒徑為O. 044-lmm的其他耐火細粉的組成為莫來石細粉10kg，特級礬土細粉9kg，白剛玉細粉9kg ；
3)耐火澆注料的配製
稱取在步驟I選取完成的52kg的粒徑為l_8mm的耐火骨料，然後依次加入由步驟2製得的耐火細粉混合物、由步驟I選取的5kg的氧化物微粉、4kg的鋁酸鈣水泥和O. 17kg的三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉混合物，充分混合均勻後，即製得成品；
其中，所述的粒徑為l_8mm的耐火骨料的組成為白剛玉顆粒35kg，莫來石顆粒17kg ； 所述的氧化物微粉的組成為2kg的氧化鋁微粉和3kg的氧化矽微粉；
所述的三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉的重量比為1:1。實施例3
一種含塑性相的耐火澆注料的製備方法，包含以下步驟
1)物料的選取
分別選取適當粒徑的原料，包括特級礬土熟料顆粒、白剛玉顆粒、白剛玉細粉、特級礬土細粉、藍晶石粉、金屬鋁粉、單質矽粉、氧化鋁微粉、氧化矽微粉和鋁酸鈣水泥，選取的各物料粒徑為特級礬土熟料顆粒和莫來石顆粒為1_8_，特級礬土熟料顆粒、莫來石顆粒和白剛玉細粉為O. 044-lmm，藍晶石粉、金屬鋁粉和單質矽粉的粒徑為O. 044-0. 15mm，氧化鋁微粉和氧化矽微粉小於5微米，鋁酸鈣水泥小於O. 088_，各物料選取完成後備用；
2)耐火細粉的配製 塑性相細粉的配製
按照重量比，取金屬鋁粉和單質矽粉混合均勻配製成總重為IOkg的塑性相細粉，其中金屬鋁粉的重量在l_3kg之內，單質矽粉的重量在2-8kg之內；
然後將配製好的IOkg的塑性相細粉加入到5kg的藍晶石粉和18kg的粒徑為
O.044-lmm的其他耐火細粉中並混合均勻，製得含塑性相的耐火細粉混合物，備用；
其中，所述的粒徑為O. 044-lmm的耐火骨料的組成為特級礬土細粉6kg，白剛玉細粉12kg；
3)耐火澆注料的配製
稱取在步驟I選取完成的60kg的粒徑為l_8mm的耐火骨料，然後依次加入由步驟2製得的耐火細粉混合物、由步驟I選取的4kg的氧化物微粉、3kg的鋁酸鈣水泥和O. 15kg的三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉混合物，充分混合均勻後，即製得成品；
其中，所述的粒徑為I-8mm的耐火骨料的組成為特級礬土熟料顆粒35kg，白剛玉顆粒25kg；
所述的氧化物微粉的組成為2kg的氧化鋁微粉和2kg的氧化矽微粉； 所述的三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉的重量比為I. 2:1。
權利要求
1.一種含塑性相的耐火澆注料，由耐火骨料、耐火細粉、氧化物微粉、結合劑和外加劑組成，其特徵為耐火骨料的粒度為l-8mm，耐火細粉的粒度為0. 044-lmm，氧化物微粉的粒度小於5 iim，結合劑的粒度小於0. 088mm，各成分按重量比的加入量為耐火骨料45-60份、耐火細粉33-43份、氧化物微粉4-7份、結合劑3-5份、外加劑0. 15-0. 2份； 所述的外加劑由三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉組成，且三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉的重量比為 0. 8-1:1 ; 所述的耐火細粉中包括3-10份的塑性相細粉，該塑性相細粉由1-3份的金屬鋁粉和·2-8份的單質矽粉組成。
2.根據權利要求I所述的一種含塑性相的耐火澆注料，其特徵為所述的耐火細粉中包括3-5份的藍晶石粉。
3.根據權利要求I所述的一種含塑性相的耐火澆注料，其特徵為所述的氧化物微粉由2-6份的氧化矽微粉和1-4份的氧化鋁微粉組成。
4.根據權利要求3所述的一種含塑性相的耐火澆注料，其特徵為所述的氧化矽微粉中氧化矽含量為97. 5%，所述氧化鋁微粉中氧化鋁的含量為98. 7%。
5.根據權利要求I所述的一種含塑性相的耐火澆注料，其特徵為所述的結合劑為含氧化鋁70%的鋁酸鈣水泥。
6.一種含塑性相的耐火澆注料的製備方法，其特徵在於，包含以下步驟 1)物料的選取 分別選取上述粒徑適當的原料，選取的各物料粒徑為主體耐火原料選取粒徑為·I-8mm的耐火骨料和粒徑為0. 044-lmm的耐火骨料細粉兩類，藍晶石粉、金屬鋁粉和單質矽粉的粒徑為0. 044-0. 15mm,氧化招微粉和氧化娃微粉小於5 u m,招酸I丐水泥小於0. 088mm,各物料選取完成後備用； 2)耐火細粉的配製 塑性相細粉的配製 按照重量比，取金屬鋁粉和單質矽粉混合均勻配製成總重為3-10份的塑性相細粉，其中金屬招粉為1_3份，單質娃粉為2_8份； 然後將配製好的塑性相細粉加入到3-5份的藍晶石粉和18-37份的粒徑為0. 044-lmm的其他耐火細粉中並混合均勻，即製得含塑性相的耐火細粉混合物，備用； 3)耐火澆注料的配製 稱取在步驟I選取完成的45-60份的粒徑為l_8mm的耐火骨料，然後依次加入在步驟2製得的耐火細粉混合物、在步驟I選取的4-7份的氧化物微粉、3-5份的鋁酸鈣水泥和·0. 15-0. 2份的三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉混合物，充分混合均勻後，即製得成品。
全文摘要
一種含塑性相的耐火澆注料，由耐火骨料、耐火細粉、氧化物微粉、結合劑和外加劑組成，耐火骨料的粒度為1-8mm，耐火細粉的粒度為0.044-1mm，氧化物微粉的粒度小於5μm，結合劑的粒度小於0.088mm。本發明在耐火澆注料中添加了單質鋁粉和單質矽粉，單質矽粉在材料燒結過程中液化或軟化，促使材料在較低的溫度下產生液相燒結，提高材料的結合強度；引入的鋁粉先與水反應形成Al(OH)3，繼而受熱分解形成活性較大的Al2O3，然後SiO2和Al2O3反應形成針、柱狀的莫來石晶體，改善澆注料的強度；同時，部分矽粉在高溫狀態下變成粘塑性相，彌散分布在材料中，提高材料的韌性，改善澆注料的抗熱震性。
文檔編號C04B35/66GK102674861SQ20121016368
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月24日 優先權日2012年5月24日
發明者廖桂華, 張國強, 張玫, 徐國輝, 曹欽存, 武金川, 陳軍 申請人:洛陽理工學院, 洛陽鎂鋁耐火材料有限公司