硅复合超低蠕变高铝浇注料的制作方法

专利名称：硅复合超低蠕变高铝浇注料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种浇注料，特别是涉及一种硅复合超低蠕变高铝浇注料。
二背景技术：
不定形耐火材料是指由合理级配的粒状和粉料状与结合剂共同组成的不经 成型和烧成而直接供使用的耐火材料。不定形耐火材料由于具有生产设备投资 少、生产率高、无烧成过程的高燃耗和排放问题、可机械化施工、使用灵活、 无砖缝、安全性高等优点，因而在世界各国得到了快速的发展，产量逐年增加， 新品种和新的施工方法也不断涌现。目前，不定形耐火材料的产量在整个耐火 材料中所占的比例，已成为衡量耐火材料行业技术发展水平高低的重要标志。 而不定形耐火材料中用量最大、应用广泛的一类就是浇注料，按照材质划分， 浇注料中又以高铝质浇注料应用最广、产量最大。高铝质浇注料是指三氧化二 铝的含量不小于48%的一类耐火浇注料，该浇注料以原料来源丰富、性能优良， 被广泛应用于各种高温工业窑炉，其使用寿命一般为5 7年，其损坏形式主要 是剥落，剥落的原因是高铝浇注料长期在高温以及自身荷重的情况下体积变形 大，产生裂纹，从而导致掉落，即材料的抗蠕变性大。但是对于高炉、热风炉 等大型窑炉均使用低蠕变砖，寿命可延长至15 20年，而对于浇注料的抗蠕变 性则涉及很少，对如何降低高铝浇注料的蠕变率更是很少有文献报道。因此， 对如何提高高铝浇注料在各种工业窑炉的使用寿命，研究低蠕变高铝浇注料是 很有必要的。
截止目前，传统降低蠕变的方法是通过添加三石(蓝晶石、硅线石、红柱 石)或石英，利用这些物相自身或与八1203源反应生成莫来石的膨胀反应，来补 偿耐火材料长时间在高温及载荷作用下的体积收縮。
采用添加石英降低蠕变性能的方法，其优点在于比较便宜，与三石类添加
剂相比，所提供的Si02的活性较小，能够适当延长Si02与Al203源之间的莫来
石化反应。其缺点在于对体系中的SiCV源属于一次性提供，当温度达到莫来石化温度时，反应较为剧烈，使得膨胀反应难以控制，材料内部存在较大应力， 甚至会导致结构破坏。
一旦Si02源消耗尽，材料就会收縮，对稳定材料体积不
具有长效性。
采用添加三石类矿物降低蠕变性能的方法，其优点在于原料来源丰富，膨 胀量大小可以调整，并且可以利用二次莫来石化进一步提高抵抗收縮的能力。 在定形制品中，蓝晶石、红柱石、硅线石均有应用。由于定形制品常采用机压 成型，高温收縮通常较小，因此主要以硅线石和红柱石为添加物。对于浇注料 而言，采用浇注成型，必须加入满足成型所需流动性的水，因此高温收縮大，
宜选用膨胀量大的蓝晶石和硅线石。而蓝晶石的转变温度为130(TC 135(TC， 伴随有16 18%的体积膨胀，反应剧烈且不具有长效性，因此难以控制，不能 达到改善浇注料抗蠕变性的目的。硅线石的膨胀量较小，为7 8%，与蓝晶石 相比更易控制。但其缺点在于反应温度较高，约为145(TC以上，对改善低于此 工作温度的高铝浇注料的蠕变性效果不理想，因此也难以奏效。有研究表明， 硅线石的粒度越细，其莫来石化开始温度会有所提前，但效果有限，且成本将 大幅度提高，可实践性较低。此外，三石类矿物通常含有较多的K20、 Na20、 Fe203、 Ti02等杂质，引入过多杂质对材料的高温性能非常不利。因而，为了耐 火材料行业的快速发展，迫切需要研究开发一种成本合理、可实践性的具有低 蠕变性能的高铝浇注料。 三、本

发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种生产成本合理、可实践性的硅复合 超低蠕变高铝浇注料。
本发明的技术方案是
本发明提供一种硅复合超低蠕变高铝浇注料，所述浇注料含有以下原料组
分
原料 粒度分布 重量百分含量
二级矾土 8 5mm 15 25%
二级砜土 5 3mm 10 20%
二级砜土 3 lmm 10 20%特级矾土1 0mm15 25%
特级矾土0.074腿5 150/0
特级矾土0.045mm1 10%
SiO/微粉< l|im1 8%
水合氧化铝< O扁證1 8%
Si粉< 0.074讓1 5%
减水剂0.1 0.3%
根据上述的硅复合超低蠕变高铝浇注料，所述浇注料含有如下原料组分:
原料粒度分布重量百分含量
二级矾土8 5mm18 220/0
二级矾土5 3mm13 18%
二级矾土3 lmm13 18%
特级矾土1 0mm18 220/0
特级矾土0.074,8 12%
特级矾土0.045,3 8%
Si02微粉< ljim3 6%
水合氧化铝< 0.088腿3 60/0
Si粉< 0.074隨3 4%
减水剂0.1 0.3%
根据上述的硅复合超低蠕变高铝浇注料，所述浇注料含有如下原料组分:
原料粒度分布重量百分含量
二级矾土8 5mm15 20%
二级矾土5 3mm15 20%
二级矾土3 lmm10 15%
特级砜土1 0mm20 25%
特级矾土0.074匪5 10%
特级矾土0.045mm5 10%
Si02微粉< ljim1 4%水合氧化铝 < 0.088mm
Si粉 < 0.074画
减水剂
根据上述的硅复合超低蠕变高铝浇注料，
4 8% 1 3% 0.1 0.3%
所述浇注料含有如下原料组分:
原料
二级矾土
二级矾土
二级矾土
特级矾土
特级矾土
特级矾土
Si02微粉
水合氧化铝
Si粉
减水剂
粒度分布
8 5mm 5 3mm 3 lmm l 0mm 0.074mm 0.045腿
< l|am
< 0.088腿
< 0.074腿
20 25o/o 10 15% 15 20% 15 20% 10 15% 1 5% 4 8% 1 4% 4 5% 0.1 0.3%
根据上述任一项所述的硅复合超低蠕变高铝浇注料，其中所述减水剂为三 聚磷酸钠或六偏磷酸钠。
根据上述任一项所述的硅复合超低蠕变高铝浇注料，原料中所述二级矾土 中八1203含量》65%， Si02含量》100/。， Fe203含量《2。/。；所述特级矾土中A1203 含量》85%， Si02含量为7.48%， Fe203含量《2。/。；所述&02微粉中SiCb含量 》92%， ？6203含量《0.2%;所述水合氧化铝中八1203含量》85%， Fe2Cb含量《 0.2%;所述Si粉中Si含量>95%。
本发明硅复合超低蠕变高铝浇注料的生产方法与普通浇注料的生产方法相同。
本发明的积极有益效果
1、本发明采用添加Si粉的方法来达到降低高铝浇注料的蠕变性能，该方法
具有以下几点优点
(1)、在添加Si的体系中，Si02的来源属于间接提供，膨胀反应将由Si氧化和莫来石化两个反应进行控制，因此可控制性更强。可在长时间内达到保证耐 火材料微膨胀的要求，从而保证了耐火材料在更长的服役期内均具有优良的抗 蠕变性。
(2) 、 Si在高温下氧化时首先反应生成SiO气体，SiO气体将沿气孔向外扩 散，当扩散至材料表面氧分压较高的区域，SiO被氧化成Si02并沉积在材料表
面，氧化生成的Si02又与基质中的Al203发生反应，形成莫来石，伴随一定的
体积膨胀，从而在材料表面形成一层致密层，对提高材料的高温性能较为有利。
(3) 、 Si在80(TC左右即开始氧化，生成的Si02具有高活性，可与"203在 中温就开始反应生成莫来石，产生微膨胀，可保证浇注料在整个中高温范围内 均具有良好的体积稳定性。
2、 本发明所用Si粉更适宜选用较粗粒度的产品，对于成本控制比较有利。
3、 本发明产品硅复合超低蠕变高铝浇注料具有良好的体积稳定性、抗蠕变 性、强度高等优点，本发明产品的理化指标如下
110°O24h:体积密度22.40g/cm3
抗折强度28Mpa
耐压强度^20Mpa 1350'Cx3h:抗折强度^15Mpa
耐压强度^100Mpa
永久线变化率0 0.6%
4、 本发明产品硅复合超低蠕变高铝浇注料具有较低的蠕变率，其蠕变指标 为1350。Cx50h， <0.2%。将本发明浇注料用于各种工业窑炉，其使用寿命在原 来的基础上可延长1 3年，即使用寿命可达到6 10年。
具体实施例方式
以下实施例仅为了进一步说明本发明，并不限制本发明的内容。 本发明采用的原料二级矾土中Al203含量^65。/。， Si02含量210。/。， Fe20s含
量-%;原料特级矾土中^203含量285%， Si02含量为7.48。/。， Fe203含量《。/o;
原料Si02微粉中Si02含量^92。/。， Fe2O3含量S0.2n/。；原料水合氧化铝中A1203
含量285°/。， ？6203含量^0.2%;原料Si粉中Si含量^95。/。。实施例1 6: —种硅复合超低蠕变高铝浇注料，其原料组成见表一。
表一实施例1 6的原料组成表
单位重量百分含量(％)
原料粒度 分布实施 例1实施 例2实施 例3实施 例4实施 例5实施 例6
二级砜土8 5mm151822252015
二级矾土5 3mm152012101218
二级矾土3 lmm101520131814
特级矾土1 0mm251518232420
特级矾土0据mm158121014
特级矾土0.045mm108196
SiCM敫粉< lpm8617
水合氧化铝< 0.088mm843.96.814.7
Si粉< 0.074讓1.84.734.81
三聚磷酸钠0.20.30.10.20.20.3
实施例7 12: —种硅复合超低蠕变高铝浇注料，其原料组成见表.一
表二实施例7 12的原料组成表
单位重量百分含量(％)原料粒度 分布实施 例7实施 例8实施 例9实施 例10实施 例11实施 例12
二级矾土8 5mm182220221520
二级矾土5 3mm181315162015
二级矾土3 lmm151813161513特级矾土l 0mm201822192025
特级矾土0.074謹128101110
特级矾土0.045腿8了106
sio/微粉< l(im66343.7
水合氧化铝< O細腿434.884
Si粉< 0.074薩3.843.932.83
六偏磷酸钠0.20.30.10.20.20.3
实施例13 18: —种硅复合超低蠕变高铝浇注料，其原料组成见表三。
表三实施例13 18的原料组成表
单位重量百分含量(％)原料粒度 分布实施 例13实施 例14实施 例15实施 例16实施 例17实施 例18
二级矾土8 5mm182020252223
二级矾土5 3mm162015101314
二级矾土3 lmm151015201718
特级矾土1 0mm242520151819
特级矾土0.074mm81015101311
特级矾土0.045匪814
Si02微粉< l[im31684
水合氧化铝< 0.088mm6.973.8412.8
Si粉< 0.074mm11.84.74.94
三聚磷酸钠0.10.20.20.30.10.2
实施例1 18:配制而成的硅复合超低蠕变高铝浇注料产品的性能指标如110°C x24h:体积密度^2.40g/cm3
抗折强度^8Mpa
耐压强度^20Mpa 135(TCx3h:抗折強度2l5Mpa
耐压强度^100Mpa
永久线变化率0 0.6% 实施例1 18配制而成的硅复合超低蠕变高铝浇注料产品的蠕变指标: 1350。Cx50h， <0.2%。
权利要求
1、一种硅复合超低蠕变高铝浇注料，其特征在于，所述浇注料含有以下原料组分原料粒度分布 重量百分含量二级矾土8～5mm15～25％二级矾土5～3mm10～20％二级矾土3～1mm10～20％特级矾土1～0mm15～25％特级矾土0.074mm 5～15％特级矾土0.045mm 1～10％SiO2微粉＜1μm1～8％水合氧化铝 ＜0.088mm 1～8％Si粉＜0.074mm 1～5％减水剂 0.1～0.3％
2、根据权利要求i所述的硅复合超低蠕变高铝浇注料，；;料含有如下原料组分原料粒度分布重量百分含量二级矾土8 5mm18 22%二级矾土5 3mm13 腦二级矾土3 lmm13 18%特级矾土1 0mm18 220/0特级矾土0.074mm8 12%特级矾土0.045mm3 8%Si02微粉< lpm3 6%水合氧化铝< 0.088讓3 6%Si粉< Q.074讓3 4%减水剂0.1 0.3%
3、根据权利要求1所述的硅复合超低蠕变高铝浇注料，其特征在于，所述浇注料含有如下原料组分原料 粒度分布二级矾土 二级矾土 二级矾土 特级矾土 特级矾土 特级矾土 Si02微粉 水合氧化铝 Si粉减水剂,8 5mm,5 3mm,3 lmm,1 0mm,0.074腿,0.045mm< lpm< 0.088mm< 0.074腿15 20% 15 20% 10 15% 20 25% 5 10% 5 10% 1 4% 4 8% 1 30/0 0.1 0.3%
4、根据权利要求1所述的硅复合超低蠕变高铝浇注料，其特征在于，所述 浇注料含有如下原料组分原料粒度分布重量百分含量二级矾土8 5mm20 25%二级矾土5 3mm10 15%二级矾土3 lmm15 20%特级矾土1 0mm15 20%特级矾土0.074薩10 15%特级矾土0.045讓1 5%Si02微粉< ljam4 8%水合氧化铝< 0.088蘭1 4%Si粉< 0,074mm4 5%减水剂0.1 0.3%
5、 根据权利要求1 4任一项所述的硅复合超低蠕变高铝浇注料，其特征 在于所述减水剂为三聚磷酸钠或六偏磷酸钠。
6、 根据权利要求1 4任一项所述的硅复合超低蠕变高铝浇注料，其特征在于所述二级矾土中八1203含量》65%， Si02含量》10。/。， Fe203含量《2。/。； 所述特级矾土中Al203含量》85。/。， Si02含量为7.48%， ？6203含量《2%;所述 Si02微粉中Si02含量》92。/。， ？6203含量《0.2%*，所述水合氧化铝中八1203含量 》85%， Fe2O3含量《0.2。/。；所述Si粉中Si含量》95%。
全文摘要
本发明公开了一种硅复合超低蠕变高铝浇注料，该浇注料的原料中含有粒度为8～5mm的二级矾土15～25％，粒度为5～3mm的二级矾土10～20％，粒度为3～1mm的二级矾土10～20％，粒度为1～0mm的特级矾土15～25％，粒度为0.074mm的特级矾土5～15％，粒度为0.045mm的特级矾土1～10％，SiO₂微粉1～8％，水合氧化铝1～8％，Si粉1～5％和减水剂0.1～0.3％。本发明产品硅复合超低蠕变高铝浇注料具有良好的体积稳定性、抗蠕变性、强度高等优点，本发明浇注料用于各种工业窑炉，其使用寿命在原来的基础上可延长1～3年，即使用寿命可达到6～10年。
文档编号C04B35/66GK101607829SQ20091006552
公开日2009年12月23日 申请日期2009年7月24日 优先权日2009年7月24日
发明者周安宏, 诚 张, 张顺庆, 徐德亭, 李纪伟, 凯 石, 秦丙文, 波 胡 申请人:河南省耕生耐火材料有限公司