专利名称：一种含纳米白云石的刚玉尖晶石质浇注料的制作方法
技术领域：
本发明属于无机非金属材料技术领域。具体涉及一种含纳米白云石的刚玉尖晶石质浇注料。
背景技术：
高纯铝镁钙系浇注料因三种元素的最低共熔点高于钢铁的熔点，被被广泛应用于钢包内衬，透气元件和喷枪等部位。经过高温处理后这类浇注料中存在三种高熔点矿相，即六铝酸钙(CA6),铝镁尖晶石和刚玉，三种矿相彼此之间形成很好的结合，使浇注料具有优异的抗渣性和抗热震性，被称作最佳基质系统。长期以来这类材质因具有优异性能一直受到重视。
与刚玉尖晶石质浇注料相比较，通过加入氧化镁原位反应生成尖晶石的刚玉氧化镁质浇注料热态强度相对较低，但其抗渣性能好，且由于原位生成尖晶石而成本较低。刚玉氧化镁质浇注料具有优良抗渣性能的主要原因有原位生成尖晶石产生体积膨胀，改善了浇注料的孔径分布，降低了浇注料中孔径的大小。与加入预合成的镁铝尖晶石相比，原位生成尖晶石的粒度细小，比表面积大，缺陷较多，因而活性高，能更有效的吸收渣中的FeO和MgO。氧化镁作为原位生成尖晶石的主要原料，影响着尖晶石的生成温度以及粒度，对浇注料性能有决定性影响。加入较细的镁砂粉更有利于提高浇注料的抗渣性能，镁砂粉粒度为5μπι的刚玉一氧化镁质浇注料的抗渣性能明显优于镁砂粒度为15 μ m的浇注料。但是，力口入细镁砂由于容易水化而影响了浇注料的施工性能，加速了浇注料流动性的衰减，降低了可施工时间，给浇注料施工带来不便，镁吵粒度越细浇注料凝结越快。可见，浇注料抗渣性和施工性能对镁砂粒度有着不同的要求，关键在于解决镁砂细粉的水化问题，如能避免镁砂水化问题，则上述矛盾可以得到很好的解决。有文献报道通过有机硅烷包裹MgO，然后在350-500°C煅烧，可以明显提高MgO的抗水化性能，但显然其成本较高。此外，六铝酸钙也是铝镁钙三元体系的一种高温相，其熔点高达1890°C，它的存在，也可以大大提高材料的高温性能，抗侵蚀性能。因此，通过加入纳米级白云石分解生成氧化镁、氧化钙，同时生成原位尖晶石和原位六铝酸钙是提高材料性能的有效途径。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术中所存在的问题而研制的一种含纳米白云石的刚玉尖晶石质浇注料。本发明目的在于利用纳米白云石粉体粒度细小，容易分解，分解后生成高活性的氧化钙、氧化镁与氧化铝易于反应生成尖晶石、六铝酸钙等优点，一方面避免了通过加入镁砂原位反应生成尖晶石时，对浇注料流动性和施工性能的不利影响。另一方面，纳米白云石分解后，和氧化铝原位反应生成的尖晶石、六铝酸钙粒度细小，且在整个浇注料中分布更均匀，显著改善了刚玉尖晶石质浇注料的抗渣性能。本发明的目的是通过以下技术发案来实现的本发明的含纳米白云石的刚玉尖晶石质浇注料包括电熔白刚玉和/或烧结板状刚玉的骨料和细粉，电熔和/或烧结铝镁尖晶石细粉，烧结六铝酸钙细粉，纳米白云石粉，活性氧化铝微粉，纯铝酸钙水泥，减水剂，各原料重量百分比如下
I Ii熔「I刚 和/或'ft结植状 玉》 4__ 60-70%
烧结六铝酸钙粉5--10%
电熔和域烧结铝镁尖晶石細粉10-20%
纳米广丨云石粉0.5-4%
活性氣化钔微粉5-14% 纯铝1$钙水泥1-8%
减水剂(外加)0.05-0.3%
在本发明中，浇注料中骨料与细粉的质量比例为(58%-65%)/ (42%-35%)。烧结六铝酸钙化学成分要求为CA6含量> 98%.电熔白刚玉的化学成分要求为Al2O3 ^ 98. 5%,烧结板状刚玉的化学成分要求为Al2O3 >99%。电熔铝镁尖晶石的化学成分要求为(Al2O3 +MgO)彡98.0%.烧结铝镁尖晶石的化学成分要求为(Al2O3 +MgO)彡98.0%。纳米白云石粉指的是粒度小于IOOnm的亲水性白云石粉体，化学成份要求白云石> 98%。纯铝酸钙水泥指的是Al2O3含量为68%-71%的铝酸钙水泥。减水剂指的是聚羧酸盐类减水剂。含纳米白云石的高纯刚玉尖晶石质浇注料的制备方法是将纳米白云石粉，活性氧化铝微粉，纯铝酸钙水以及减水剂充分混合均匀后，加入电熔和/或烧结镁铝尖晶石细粉，加入烧结六铝酸钙细粉，加入电熔白刚玉和/或烧结板状刚玉的骨料和细粉，进一步充分混合，即制得本发明产品。本发明具有以下优点加入纳米白云石到刚玉尖晶石质浇注料中，避免了直接加镁砂时镁砂水化对浇注料流动性和施工性能的不利影响。
由于纳米白云石粒度小，在较低的温度(约480°C)下开始分解，600°C时已基本分解完全。分解生成纳米级氧化镁、氧化钙微粒，具有很高的比表面积和反应活性，容易与浇注料中的氧化铝反应生成铝镁尖晶石、六铝酸钙。与直接加入铝镁尖晶石和加入镁砂原位生成的尖晶石相比，加入纳米白云石生成的尖晶石粒度小，晶格缺陷多，反应活性高以及在浇注料中分散的更均匀，使浇注料具有更加优异的抗渣性能。本发明中引入了六铝酸钙粉作为晶种，使得纳米白云石分解后产生的氧化钙，以及水泥中的钙更易反应生成六铝酸钙，加快反应进程。加入纳米白云石到刚玉尖晶石质注料中，纳米白云石的分解可在基质中产生纳米尺寸弥散分布的缺陷(如分解产生的裂纹和孔洞)，这不但避免了大颗粒白云石分解产生宏观缺陷的不利影响，而且改善了浇注料的抗热震性和抗剥落性。本发明所用的纳米白云石来源容易，相对其它纳米粉而言价格低，可以应用于工业生产。与价格相对较高的铝镁尖晶石相比，加入的纳米白云石原位反应生成尖晶石、六铝酸钙降低了浇注料的成本，改进了浇注料的性能。含纳米白云石的刚玉尖晶石质浇注料生产工艺简单，整个工艺过程不需复杂昂贵的设备，保持了现有浇注料的生产工艺，适宜于大规模工业化生产。
具体实施例方式 本发明的特点在于通过引入纳米白云石到刚玉尖晶石质浇注料中，既避免了直接加镁砂时对浇注料流动性和施工性能的不利影响，又改善了刚玉尖晶石质浇注料的抗渣性能和抗热震性能。含纳米白云石刚玉尖晶石质浇注料的生产工艺与目前浇注料的工艺相同。下面举例说明本发明的实施及特点，但本发明不局限于下述实施例。为充分说明本发明的特点，对每一实施例给出了相应的对比样，对比样中通过用铝镁尖晶石粉代替纳米白云石粉与相应实施例进行性能对比。实施例I :各组份配比为(质量百分数)电熔白刚玉颗粒63.0%，烧结六铝酸钙粉5%，电熔铝镁尖晶石细粉10. 0%，纳米白云石粉体4. 0%，活性氧化铝微粉10. 0%，纯铝酸钙水呢8. 0%，减水剂O. 3% (外加)。对比例I :各组份配比为(质量百分数)电熔白刚玉颗粒63.0%，烧结六铝酸钙粉 5%，电熔铝镁尖晶石细粉15%，活性氧化铝微粉10. 0%，纯铝酸钙水泥8. 0%，减水剂O. 3% (夕卜力口 )。实施例2 :各组份配比为(质量百分数)烧结板状刚玉颗粒67. 0%，烧结六铝酸钙粉5%，烧结铝镁尖晶石细粉15. 0%，纳米白云石粉体2. 0%，活性氧化铝微粉7. 0%，纯铝酸钙水泥4%，减水剂O. 2% (外加)。对比例2 :各组份配比为(质量百分数)烧结板状刚玉颗粒67. 0%，烧结六铝酸钙粉5%，烧结铝镁尖晶石细粉17. 0%，活性氧化铝微粉7. 0%，纯铝酸钙水泥4. 0%，减水剂O. 2%(夕卜力口 )。实施例3 :各组份配比为(质量百分数)烧结板状刚玉颗粒70. 0%，烧结六铝酸钙粉10%，烧结铝镁尖晶石细粉10. 0%，纳米白云石粉体I. 0%，活性氧化铝微粉8. 0%，纯铝酸钙水泥1.0%，减水剂O. 1% (外加)。对比例3 :各组份配比为(质量百分数)烧结板状刚玉颗粒70. 0%，烧结六铝酸钙粉10%，烧结铝镁尖晶石细粉11%，活性氧化铝微粉8. 0%，纯铝酸钙水泥SECAR71 I. 0%，减水剂
O.1% (外加)。将上述比例的活性氧化铝微粉，纯铝酸钙水呢，烧结六铝酸钙粉，纳米白云石粉以及减水剂充分混合均匀后，按比例加入镁铝尖晶石细粉以及刚玉骨料和细粉进行二次混合，再加入适量的水，混合均匀后将其浇注成条形试样(40mmx40mmxl60mm)和坩埚试样(夕卜形尺寸为Φ IOOmmxlOOmm,内孔为<t50mmx60mm)，放置24小时后脱模,然后按相关国家标准进行实验。用1100°C至室温风冷一次后的残余抗折强度保持率来评价抗热震性能，用钢包渣在1600°C X3h进行抗渣实验，实验结束后垂直底面将坩埚对称地切为两半，测量渣的渗透深度，来评价试样的抗渣性能。结果见下附表。附表
实施例I实施例I I对比例I I实施例2 I对比例2 I实施例3 I对比例3
渣渗透深度/mm ~2. I 2. 7 Ι 2.8 2.3 ~2. 5 抗折强度保持率/% |32 |26 |30 |25 丨37 丨30
权利要求
1.一种含纳米白云石的刚玉尖晶石质浇注料，其特征在于它包括电熔白刚玉和/或烧结板状刚玉的骨料和细粉，电熔和/或烧结铝镁尖晶石细粉，烧结六铝酸钙细粉，纳米碳酸钙粉，活性氧化铝微粉，纯铝酸钙水泥，减水剂，各原料重量百分比如下 电熔白刚玉和/或烧结板状刚玉的骨料和细粉 60-70% 烧结六铝酸钙5-10% 电熔和/或烧结铝镁尖晶石细粉10-20% 纳米白云石粉0.5-4% 活性氧化铝微粉5-14%纯铝酸钙水泥1-8% 减水剂(外加)0.05-0.3%。
2.根据权利要求I所述的含纳米白云石的刚玉尖晶石质浇注料，其特征在于浇注料中骨料与细粉的质量比例为(58%-65%) / (42%-35%)。
3.根据权利要求I所述的含纳米白云石的刚玉尖晶石质浇注料，其特征在于电熔白刚玉的化学成分要求为Al2O3 ^ 98. 5%，烧结板状刚玉的化学成分要求为Al2O3 ^ 99%。
4.根据权利要求I所述的含纳米白云石的刚玉尖晶石质浇注料，其特征在于电熔铝镁尖晶石的化学成分要求为(Al2O3 +MgO) ^ 98. 0%.烧结铝镁尖晶石的化学成分要求为(Al2O3 +MgO)≥98. 0%。
5.根据权利要求I所述的含纳米白云石的刚玉尖晶石质浇注料，其特征在于纳米白云石粉指的是粒度小于IOOnm的白云石粉体，化学成份要求白云石彡98%。
6.根据权利要求I所述的含纳米白云石的刚玉尖晶石质浇注料，其特征在于纯铝酸钙水泥指的是Al2O3含量为68%-71%的铝酸钙水泥。
7.根据权利要求I所述的含纳米白云石的刚玉尖晶石质浇注料，其特征在于减水剂指的是聚乙二醇类减水剂。
全文摘要
本发明涉及一种含纳米白云石的刚玉尖晶石质浇注料及其制备方法。本发明以目前常用的刚玉尖晶石质浇注料为基础，通过加入纳米白云石粉体，引入尖晶石、六铝酸钙为晶种，采用高效分散剂和合适的混料工艺制备出了含纳米白云石的刚玉尖晶石质浇注料。本发明既避免了通过加镁砂原位生成尖晶石时氧化镁水化对浇注料施工性能的不利影响，又提高了目前刚玉尖晶石质浇注料的抗渣性能和抗热震性能。本发明所制备的含纳米白云石的刚玉尖晶石质浇注料可广泛应用于钢铁，有色，陶瓷和石化等高温工业领域，也可应用于透气砖等浇注成型后烧成的耐火材料产品。
文档编号C04B35/66GK102807379SQ20121024093
公开日2012年12月5日 申请日期2012年7月12日 优先权日2012年7月12日
发明者山国强 申请人:山国强