专利名称：一种含塑性相的耐火浇注料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及ー种不定形耐火材料，具体地说是ー种含塑性相的耐火浇注料及其制
备方法。
背景技术：
与定性耐火制品相比，以耐火浇注料为代表的不定形耐火材料具有エ艺流程短、生产能耗及成本低、使用方便、适用范围广、整体性及使用效果好等优势，因而在世界范围
内得到了迅速发展，其在整个耐火材料中所占的比重越来越高。在ー些耐火材料技术先进的国家中，不定形耐火材料的产量已经接近甚至超过了定形制品的产量。例如，目前日本不定形耐火材料产量占整个耐火材料的比例达到了 60%左右；美国的为50%左右；英、德、法等国为40% 50%。如今，耐火浇注料已经被广泛地应用于冶金、建材、电力、化工等エ业领域的高温设备中，例如，在水泥窑系统中，现已大量应用了各种材质的耐火浇注料。耐火浇注料的力学強度、耐磨性、抗侵蚀性、抗热震性等性能，对提高高温设备的运转率、降低能源消耗和生产成本有着极其重要的影响。然而，目前用于ー些严苛エ况条件下的耐火浇注料的性能还不能满足使用要求。例如，用于大型干法水泥窑前窑ロ部位的浇注料，目前普遍存在的问题是因快速旋转的高温窑体产生巨大的热机械应カ破坏及热震损伤，以及大产量的高温熟料磨损，导致窑ロ浇注料易发生开裂、剥落及磨蚀损毀。用于水泥窑喷煤管部位的浇注料，普遍存在的问题也是因高温热震及大量高温高速固体颗粒的冲刷，造成浇注料发生剥落及磨蚀，使用寿命短。众所周知，材料的力学強度、弹性模量与耐磨性及抗热震性之间是有关系的。通常，提高材料的強度和弹性模量，可以改善其耐磨性，但会使其抗热震性变差。另外，作为ー种无机非金属材料，耐火浇注料(也包括所有耐火材料)都表现出很大的脆性、很小的韧性，而大多数金属材料则相反。因此，可以说脆性是耐火材料的ー个重要特征，也是它的ー个弱点。脆性大的材料，其抗机械应カ冲击和抗热震性(即抗热应カ冲击)的能力均较差，直观地表现为一旦受到临界应力作用，材料容易产生突发性的断裂或开裂破坏。近年来，科技工作者对金属增韧耐火材料的研究虽然已开展了ー些工作，但都不是针对耐火浇注料进行的，而且都还处于实验室研究阶段。例如，薛文东等人研究了在刚玉一氮化娃质透气砖中引入质量分数为5%和10%的单质娃对材料结构和性能的影响。洪彦若、涂军波等人研究了在通氮气条件下引入单质硅、单质铝对刚玉一氮化硅材料的结构和性能的影响。卜景龙等人研究了在刚玉材料中引入金属铝粉的作用。李改叶、李楠等人的研究了适量添加硅粉对Al2O3-SiC材料抗氧化性的影响。
发明内容
为解决现有耐火浇注料脆性较大、抗机械应カ冲击和抗热震性较差、使用时间短的问题，本发明提供了一种含塑性相的耐火浇注料及其制备方法。本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为一种含塑性相的耐火浇注料，由耐火骨料、耐火细粉、氧化物微粉、结合剂和外加剂组成，耐火骨料的粒度为l-8mm，耐火细粉的粒度为O. 044-lmm,氧化物微粉的粒度小于5 μ m,结合剂的粒度小于O. 088mm,各成分按重量比的加入量为耐火骨料45-60份、耐火细粉33-43份、氧化物微粉4_7份、结合剂3-5份、外加剂O. 15-0. 2份；
所述的外加剂由三聚磷酸钠和六偏磷酸钠组成，且三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的重量比为 O. 8-1:1 ;
所述的耐火细粉中包括3-10份的塑性相细粉，该塑性相细粉由1-3份的金属铝粉和2-8份的单质硅粉组成；
本发明中，所述的耐火细粉中包括3-5份的蓝晶石粉；
所述的氧化物微粉由2-6份的氧化硅微粉和1-4份的氧化铝微粉组成；
所述的氧化硅微粉中氧化硅含量为97. 5%，所述氧化铝微粉中氧化铝的含量为98. 7% ； 所述的结合剂为含氧化铝70%的铝酸钙水泥；
该种含塑性相的耐火浇注料的制备方法为，包含以下步骤
1)物料的选取
分别选取上述适当粒径的原料主体耐火原料选取粒径为I-Smm的耐火骨料和粒径为
O.044-lmm的耐火细粉两类，蓝晶石粉、金属铝粉和单质硅粉的粒径为O. 044-0. 15mm，氧化铝微粉和氧化硅微粉小于5 μ m,铝酸钙水泥小于O. 088mm,各物料选取完成后备用；
2)耐火细粉的配制 塑性相细粉的配制
按照重量比，取金属铝粉和单质硅粉混合均匀配制成总重为3-10份的塑性相细粉，其中金属招粉为1_3份，单质娃粉为2_8份；
然后将配制好的塑性相细粉加入到3-5份的蓝晶石粉和18-37份的粒径为O. 044-lmm的其他耐火细粉中并混合均匀，制得含塑性相的耐火细粉混合物，备用；
3)耐火浇注料的配制
称取步骤I选取完成的45-60份的粒径为l_8mm的耐火骨料，然后依次加入在步骤2制得的耐火细粉混合物、在步骤I选取的4-7份的氧化物微粉、3-5份的铝酸钙水泥和
O.15-0. 2份的三聚磷酸钠和六偏磷酸钠混合物，充分混合均匀后，即制得成品。本发明制得的耐火浇注料在使用时，在耐火浇注料中加入其重量5-7%的清洁水，搅拌均匀后即可浇注成型。本发明中，耐火骨料选取电熔莫来石、亚白刚玉、棕刚玉、板状刚玉、特级矾土熟料、尖晶石等常规骨料中的ー种或几种。含塑性相的高强耐火浇注料具有很高的力学強度、良好的热震稳定性和耐磨蚀性，且耐高温性能优良，使用寿命长，对提高高温设备的运转率、降低耐火材料消耗、降低能源消耗和生产成本效果明显。其设计原理借鉴了“过渡塑性相エ艺(Transient PlasticPhase Process)”思想，通过引入适量的塑性相(硅粉和铝粉)，一方面借助硅粉在材料烧结过程中容易液化或软化的性质，促使材料在较低的温度下产生液相烧结，提高材料的结合強度；另一方面，一部分塑性相(尤其是材料表层部位的塑性相)将參与反应生成非金属增强相。具体就本发明而言，浇注料中的一部分硅粉会氧化为SiO2、引入的铝粉先与水反应形成Al (OH) 3，继而受热分解形成活性较大的Al2O3,然后SiO2和Al2O3反应形成针、柱状的莫来石晶体，从而改善浇注料的強度。此外，材料内部的部分硅粉仍保持其原来的属性，并在高温状态下变成粘塑性相，弥散分布在材料中，提高材料的韧性，改善浇注料的抗热震性。有益效果本发明在耐火浇注料中添加了单质铝粉和单质硅粉，浇注料中的一部分单质硅粉在材料烧结过程中容易液化或软化的性质，促使材料在较低的温度下产生液相烧结，提高材料的结合强度，一部分硅粉会氧化为SiO2;引入的铝粉先与水反应形成Al (OH) 3，继而受热分解形成活性较大的Al2O3,然后SiO2和Al2O3反应形成针、柱状的莫来石晶体，从而改善浇注料的強度；同时，材料内部的部分硅粉仍保持其原来的属性，并在高温状态下变成粘塑性相，弥散分布在材料中，提高材料的韧性，改善浇注料的抗热震性。
图I为本发明各实施例所制成品的性能对比表。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明做进ー步的阐述。实施例I
一种含塑性相的耐火浇注料的制备方法，包含以下步骤
1)物料的选取
分别选取适当粒径的原料，包括特级矾土熟料颗粒、莫来石颗粒、白刚玉细粉、特级矾土细粉、莫来石细粉、蓝晶石粉、金属铝粉、单质硅粉、氧化铝微粉、氧化硅微粉和铝酸钙水泥等。选取的各物料粒径为特级矾土熟料颗粒和莫来石颗粒为l-8mm，特级矾土细粉、莫来石细粉和白刚玉细粉为O. 044-lmm，蓝晶石粉、金属铝粉和单质硅粉的粒径为
O.044-0. 15mm,氧化铝微粉和氧化硅微粉小于5微米，铝酸钙水泥小于O. 088mm,各物料选取完成后备用；
2)耐火细粉的配制 塑性相细粉的配制
按照重量比，取金属铝粉和单质硅粉混合均匀配制成总重为3kg的塑性相细粉，其中金属铝粉的重量在l_3kg之内，单质硅粉的重量在2-8kg之内；
然后将配制好的3kg的塑性相细粉加入到3kg的蓝晶石粉和37kg的粒径为O. 044-lmm的其他耐火细粉中并混合均匀，制得含塑性相的耐火细粉混合物，备用；
其中，所述的37kg的粒径为O. 044-lmm的其他耐火细粉的组成为莫来石细粉15kg，特级矾土细粉12kg，白刚玉细粉IOkg ；
3)耐火浇注料的配制
称取在步骤I选取完成的45kg的粒径为1-8_的耐火骨料，然后依次加入由步骤2制得的耐火细粉混合物、由步骤I选取的7kg的氧化物微粉、5kg的铝酸钙水泥和O. 2kg的三聚磷酸钠和六偏磷酸钠混合物，充分混合均匀后，即制得成品；
其中，所述的粒径为1-8_的耐火骨料的组成为特级矾土熟料颗粒30kg，莫来石颗粒15kg ；
所述的氧化物微粉的组成为1kg的氧化铝微粉和6kg的氧化硅微粉；
所述的三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的重量比为O. 8: I。
实施例2
一种含塑性相的耐火浇注料的制备方法，包含以下步骤
1)物料的选取
分别选取适当粒径的原料，包括特级矾土熟料颗粒、莫来石颗粒、白刚玉细粉、特级矾土细粉、莫来石细粉、蓝晶石粉、金属铝粉、单质硅粉、氧化铝微粉、氧化硅微粉和铝酸钙水泥，选取的各物料粒径为特级矾土熟料颗粒和莫来石颗粒为l-8mm，特级矾土细粉、莫来石细粉和白刚玉细粉为O. O 4 4 -1 mm，蓝晶石粉、金属铝粉和单质硅粉的粒径为
O.044-0. 15mm,氧化铝微粉和氧化硅微粉小于5微米，铝酸钙水泥小于O. 088mm,各物料选取完成后备用；
2)耐火细粉的配制 塑性相细粉的配制
按照重量比，取金属铝粉和单质硅粉混合均匀配制成总重为7kg的塑性相细粉，其中金属铝粉的重量在l_3kg之内，单质硅粉的重量在2-8kg之内；
然后将配制好的7kg的塑性相细粉加入到4kg的蓝晶石粉和28kg的粒径为O. 044-lmm其他耐火细粉中并混合均匀，制得含塑性相的耐火细粉混合物，备用；
其中，所述的28kg的粒径为O. 044-lmm的其他耐火细粉的组成为莫来石细粉10kg，特级矾土细粉9kg，白刚玉细粉9kg ；
3)耐火浇注料的配制
称取在步骤I选取完成的52kg的粒径为l_8mm的耐火骨料，然后依次加入由步骤2制得的耐火细粉混合物、由步骤I选取的5kg的氧化物微粉、4kg的铝酸钙水泥和O. 17kg的三聚磷酸钠和六偏磷酸钠混合物，充分混合均匀后，即制得成品；
其中，所述的粒径为l_8mm的耐火骨料的组成为白刚玉颗粒35kg，莫来石颗粒17kg ； 所述的氧化物微粉的组成为2kg的氧化铝微粉和3kg的氧化硅微粉；
所述的三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的重量比为1:1。实施例3
一种含塑性相的耐火浇注料的制备方法，包含以下步骤
1)物料的选取
分别选取适当粒径的原料，包括特级矾土熟料颗粒、白刚玉颗粒、白刚玉细粉、特级矾土细粉、蓝晶石粉、金属铝粉、单质硅粉、氧化铝微粉、氧化硅微粉和铝酸钙水泥，选取的各物料粒径为特级矾土熟料颗粒和莫来石颗粒为1_8_，特级矾土熟料颗粒、莫来石颗粒和白刚玉细粉为O. 044-lmm，蓝晶石粉、金属铝粉和单质硅粉的粒径为O. 044-0. 15mm，氧化铝微粉和氧化硅微粉小于5微米，铝酸钙水泥小于O. 088_，各物料选取完成后备用；
2)耐火细粉的配制 塑性相细粉的配制
按照重量比，取金属铝粉和单质硅粉混合均匀配制成总重为IOkg的塑性相细粉，其中金属铝粉的重量在l_3kg之内，单质硅粉的重量在2-8kg之内；
然后将配制好的IOkg的塑性相细粉加入到5kg的蓝晶石粉和18kg的粒径为
O.044-lmm的其他耐火细粉中并混合均匀，制得含塑性相的耐火细粉混合物，备用；
其中，所述的粒径为O. 044-lmm的耐火骨料的组成为特级矾土细粉6kg，白刚玉细粉12kg；
3)耐火浇注料的配制
称取在步骤I选取完成的60kg的粒径为l_8mm的耐火骨料，然后依次加入由步骤2制得的耐火细粉混合物、由步骤I选取的4kg的氧化物微粉、3kg的铝酸钙水泥和O. 15kg的三聚磷酸钠和六偏磷酸钠混合物，充分混合均匀后，即制得成品；
其中，所述的粒径为I-8mm的耐火骨料的组成为特级矾土熟料颗粒35kg，白刚玉颗粒25kg；
所述的氧化物微粉的组成为2kg的氧化铝微粉和2kg的氧化硅微粉； 所述的三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的重量比为I. 2:1。
权利要求
1.一种含塑性相的耐火浇注料，由耐火骨料、耐火细粉、氧化物微粉、结合剂和外加剂组成，其特征为耐火骨料的粒度为l-8mm，耐火细粉的粒度为0. 044-lmm，氧化物微粉的粒度小于5 iim，结合剂的粒度小于0. 088mm，各成分按重量比的加入量为耐火骨料45-60份、耐火细粉33-43份、氧化物微粉4-7份、结合剂3-5份、外加剂0. 15-0. 2份； 所述的外加剂由三聚磷酸钠和六偏磷酸钠组成，且三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的重量比为 0. 8-1:1 ; 所述的耐火细粉中包括3-10份的塑性相细粉，该塑性相细粉由1-3份的金属铝粉和·2-8份的单质硅粉组成。
2.根据权利要求I所述的一种含塑性相的耐火浇注料，其特征为所述的耐火细粉中包括3-5份的蓝晶石粉。
3.根据权利要求I所述的一种含塑性相的耐火浇注料，其特征为所述的氧化物微粉由2-6份的氧化硅微粉和1-4份的氧化铝微粉组成。
4.根据权利要求3所述的一种含塑性相的耐火浇注料，其特征为所述的氧化硅微粉中氧化硅含量为97. 5%，所述氧化铝微粉中氧化铝的含量为98. 7%。
5.根据权利要求I所述的一种含塑性相的耐火浇注料，其特征为所述的结合剂为含氧化铝70%的铝酸钙水泥。
6.一种含塑性相的耐火浇注料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤 1)物料的选取 分别选取上述粒径适当的原料，选取的各物料粒径为主体耐火原料选取粒径为·I-8mm的耐火骨料和粒径为0. 044-lmm的耐火骨料细粉两类，蓝晶石粉、金属铝粉和单质硅粉的粒径为0. 044-0. 15mm,氧化招微粉和氧化娃微粉小于5 u m,招酸I丐水泥小于0. 088mm,各物料选取完成后备用； 2)耐火细粉的配制 塑性相细粉的配制 按照重量比，取金属铝粉和单质硅粉混合均匀配制成总重为3-10份的塑性相细粉，其中金属招粉为1_3份，单质娃粉为2_8份； 然后将配制好的塑性相细粉加入到3-5份的蓝晶石粉和18-37份的粒径为0. 044-lmm的其他耐火细粉中并混合均匀，即制得含塑性相的耐火细粉混合物，备用； 3)耐火浇注料的配制 称取在步骤I选取完成的45-60份的粒径为l_8mm的耐火骨料，然后依次加入在步骤2制得的耐火细粉混合物、在步骤I选取的4-7份的氧化物微粉、3-5份的铝酸钙水泥和·0. 15-0. 2份的三聚磷酸钠和六偏磷酸钠混合物，充分混合均匀后，即制得成品。
全文摘要
一种含塑性相的耐火浇注料，由耐火骨料、耐火细粉、氧化物微粉、结合剂和外加剂组成，耐火骨料的粒度为1-8mm，耐火细粉的粒度为0.044-1mm，氧化物微粉的粒度小于5μm，结合剂的粒度小于0.088mm。本发明在耐火浇注料中添加了单质铝粉和单质硅粉，单质硅粉在材料烧结过程中液化或软化，促使材料在较低的温度下产生液相烧结，提高材料的结合强度；引入的铝粉先与水反应形成Al(OH)3，继而受热分解形成活性较大的Al2O3，然后SiO2和Al2O3反应形成针、柱状的莫来石晶体，改善浇注料的强度；同时，部分硅粉在高温状态下变成粘塑性相，弥散分布在材料中，提高材料的韧性，改善浇注料的抗热震性。
文档编号C04B35/66GK102674861SQ20121016368
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月24日 优先权日2012年5月24日
发明者廖桂华, 张国强, 张玫, 徐国辉, 曹钦存, 武金川, 陈军 申请人:洛阳理工学院, 洛阳镁铝耐火材料有限公司