浇注体、可浇注组合物和它们的生产方法
【专利说明】浇注体、可浇注组合物和它们的生产方法
[0001] 本申请是申请日为2008年8月28日、发明名称为"浇注体、可浇注组合物和它们 的生产方法"的中国发明专利申请200880104605. 8的分案申请。 发明领域
[0002] 本发明涉及具有降低的基体含量的可浇注组合物，例如用于给意图容纳液体金 属、玻璃等的容器和熔炉内壁加衬里的耐火组合物。其还涉及由这些组合物和方法生产的 浇注体。
[0003] 发明背景
[0004] 已知许多用于生产冶金容器内壁上的衬里的方法。因此，根据现有技术已知这样 的方法，在该方法中，将能够固着的包含无机颗粒（任选含有纤维）以及有机和/或无机粘 合剂的含水糊状混合物用抹刀、气送管或其它抛射装置通过模塑、捣固或抛射来施加到冶 金容器例如浇铸中间包的内部。颗粒混合物与液体金属接触时烧结，这确保了衬里的粘着 性。
[0005] 根据现有技术，还已知这样的方法，根据该方法，将至少两层不同的组合物施加到 冶金容器的内部，各自通过抛射上述类型的能够固着的含水糊状混合物进行施加。
[0006] 这些含水糊状混合物的流动性（促进它们的施涂）与存在的润湿水的量成比例。 必须通过干燥除去用于形成含水混合物的润湿水，这涉及固定化（immobilization)时间 和能量消耗，这两者均不可忽视。
[0007] 还已知存在这样的方法，根据该方法，将模板置于冶金容器内部，将由耐火颗粒和 由可热固粘合剂构成的材料通过气动作用抛射到模板和容器内壁之间，然后施加加热并同 时维持模板在原位以使粘合剂固着，最后除去模板。浇注材料包含含有结晶水的无机化合 物。结晶水是与晶体化学结合的水，对于维持晶态性能是必需的，然而能够通过充分加热除 去。
[0008] 还已知的是，可通过湿混凝土的振动浇注，或者通过具有自流动稠度的混凝土的 无振动浇注，由耐火混凝土的浇注制造耐火体。在两种方法中，所有混凝土材料需要均匀混 合和润湿。通常，将基体和粗材料一起配混。然后加入水以产生流动性并且引发形成理想 形状的最终产品的反应。为此，材料的大部分是细粒基体材料。该材料具有高的表面积，这 使其本身在不利条件例如大多数耐火应用中易于遭受侵蚀。较大比例的水改善了混合物的 流动性，然而促进了所形成的产品中孔隙的形成。可浇注物中高的混合水含量意味着非常 长的变干燥时间和差的机械强度。较小比例的水抑制孔隙形成，然而产生易于开裂、破碎和 散裂的产品部件。在极端情形中，使用小比例水的配制剂不能够形成粘着的部件。
[0009] 为提高抗热震性，在振动浇注材料中和在自流动材料中使用纤维材料。纤维材料 的使用提高了对高水平的混合水的需要并且使浇注更为困难。由于它们的高密度而对抗渣 性有益的非常粗的材料仅可一定程度地加以使用，这是因为具有非常高的粗材料含量的混 凝土的浇注非常困难。
[0010] 还使用渗透法来生产含有粗颗粒且混合有以浆料形式引入的较细颗粒的物品。例 如，可以用可具有约l-60mm尺寸的干燥粗颗粒填充模具以形成成形的干物体。然后用由粘 合剂、水和颗粒尺寸分布为〇. 〇〇〇l-3mm的细填充材料构成的衆料渗透所述成形干物体。根 据该方法的渗透是耗时过程。通过该方法生产厚部件的困难随着部件厚度而增加，除非使 用较大的骨料。
[0011] 本发明的目的是克服已知组合物的缺点，并且生产其中混合水的量得以最小化、 基体材料的量得以最小化、成形干物体的孔隙率得以最小化、成形干物体的密度得到提高 的产品，以及生产具有提高的断裂模量和冷压碎强度值的产品。
[0012] 发明概述
[0013] 已发现某些组成特征单独地或组合地产生可浇注材料，该材料在与现有技术的组 合物相比时，能够以减少量的水进行配制并且表现出提高的密度和降低的孔隙率。这些特 征包括：
[0014] 1)最粗的耐火粒度级（grain fraction)占干组合物的50重量％或更大；该粒度 级与较小粒度级通过最小颗粒直径与最大颗粒直径之比为至少七或至少2的间隔（gap) 分隔开。例如，最粗的耐火粒度级可由直径大于500、800或1000微米的颗粒构成，并且可 以是具有最大颗粒尺寸例如1000、2000或4000微米的封闭粒度级。
[0015] 2)该组合物含有至少4个粒度级，其中由颗粒直径比为至少七的间隔或者由颗 粒直径比为至少2的间隔分隔开的3个邻近粒度级具有的剩余重量百分数（该粒度级中的 颗粒关于该粒度级中的所有颗粒加上所有较小颗粒的重量的重量百分数）相对于各自紧 邻较大的颗粒尺寸粒度级并且按递减的颗粒尺寸顺序为较小值、较大值和较小值。这种配 置（较大、较小、较大和较小的粒度级）命名为"交替剩余重量百分数"组合物。
[0016] 3)该组合物含有至少4个粒度级，其中由颗粒直径比为至少万的间隔或者由颗 粒直径比为至少2的间隔分隔开的3个邻近粒度级具有的剩余重量百分数（该粒度级中的 颗粒相对于该粒度级中的所有颗粒加上所有较小颗粒的重量的重量百分数）关于各自紧 接较大的颗粒尺寸粒度级并且按递减的颗粒尺寸顺序为较大值、较小值和较大值。这种配 置（较小、较大、较小和较大的粒度级）命名为"交替剩余重量百分数"组合物。
[0017] 4)该组合物含有至少2个或至少3个粒度级，所述粒度级由颗粒直径比为至少& 或者颗粒直径比为至少2的间隔分隔开，完全由直径小于100微米的颗粒构成。
[0018] 5)该组合物含有至少4个粒度级，所述粒度级由颗粒直径比为至少^或者颗粒 直径比为至少2的间隔分隔开，其中剩余重量百分数为至少40%。
[0019] 6)该组合物含有至少5个粒度级，所述粒度级由颗粒直径比为至少&或者颗粒 直径比为至少2的间隔分隔开。
[0020] 7)所述间隔中的至少2个各自含有干组合物质量的小于10质量％或小于5质 量％。
[0021] 制备了包括一种或多种这些特征的组合物，其中利用6. 0重量％、5. 0重量％、4. 0 重量％、3. 0重量％、2. 5重量％和2. 0重量％的水重量百分数，相对于现有技术获得了提高 的M0R(断裂模量），提高的体积密度、降低的孔隙率和提高的CCS (冷压碎强度）值。
[0022] 使用本发明的组合物，可获得在230° F测得的1000或更大、2000或更大、3000或 更大、3500或更大、和12000或更大的MOR值（以镑/平方英寸度量），以及在1500° F测 得的500或更大、1000或更大、2000或更大、3000或更大、和3500或更大的M0R值。
[0023] 使用本发明的组合物，可获得在230° F测得的190或更大、195或更大、200或更 大的体积密度值（以镑/立方英尺度量），以及在1500° F测得的185或更大、190或更大、 195或更大、或者200或更大的体积密度值。
[0024] 使用本发明的组合物，可获得在230° F下测得的15或更小、10或更小、5或更 小、4或更小、或者3或更小的孔隙率（以体积％度量），以及在1500° F下测得的18或更 小、15或更小、10或更小、5或更小、4或更小、或者3或更小的孔隙率。
[0025] 使用本发明的组合物，可获得在230 ° F测得的3000或更大、5000或更大、8000或 更大、10, 000或更大、和12000或更大的CCS值（以镑/平方英寸度量），以及在1500° F 测得的3000或更大、5000或更大、8000或更大、10, 000或更大、和12, 000或更大的CCS值。
[0026] 附图简述
[0027] 图1是关于现有技术和本发明的组合物，组合物粒度级重量百分数相对于按对数 标度表示的颗粒尺寸绘制的坐标图；
[0028]图2是关于本发明的组合物，组合物粒度级重量百分数相对于按对数标度表示的 颗粒尺寸绘制的坐标图；
[0029] 图3是关于本发明的组合物，组合物粒度级体积百分数相对于按对数标度表示的 颗粒尺寸绘制的坐标图；
[0030]图4是关于本发明的组合物，组合物粒度级体积百分数相对于按对数标度表示的 颗粒尺寸绘制的坐标图；
[0031] 图5是关于现有技术的组合物，组合物粒度级重量百分数相对于按对数标度表示 的颗粒尺寸绘制的坐标图；
[0032] 图6是关于现有技术的组合物，组合物粒度级重量百分数相对于按对数标度表示 的颗粒尺寸绘制的坐标图；和
[0033] 图7是关于本发明的组合物，组合物粒度级重量百分数相对于按对数标度的颗粒 尺寸绘制的坐标图。
[0034] 发明详述
[0035] 发现某些组成特征的存在或结合产生了其中混合水的量得以最小化、基体材料的 量得以最小化、成形干体的孔隙率得以最小化、成形干体的密度得到提高的耐火产品，以及 具有提高的断裂模量和冷压碎强度值的产品。
[0036] 在实施本发明中有用的粗骨料可含有熔凝氧化铝或烧结氧化铝（板状氧化铝）， 完整氧化铝球，熔凝铝矾土，熔凝和烧结的莫来石，熔凝和烧结的氧化镁，熔凝和烧结的氧 化镁铝尖晶石，熔凝和烧结的氧化锆，耐火铝矾土，耐火蓝晶石，耐火红柱石，耐火硅线石， 碳化硅，或它们的组合。
[0037] 在实施本发明中有用的粗骨料可具有任何形状。它们可为球形、块状、矩形或甚至 纤维状。此外，它们可以单独或组合使用。
[0038] 用于基体的粘合剂可以含有铝酸钙水泥，a结合水泥，普通硅酸盐水泥，磷酸单铝 (MAP)，粘土，活性氧化铝（例如AA 101)，可水合的氧化铝，和它们的组合。在某些实施方 案中，根据本发明的基体材料不含有水泥。
[0039] 用于基体的其它原料可以包括活性氧化铝、煅烧氧化铝、板状氧化铝、熔凝氧化 铝、莫来石、碳（石墨或碳黑）、碳化硅、二氧化锆、氧化镁、铝硅酸盐（例如蓝晶石、红柱石或 硅线石）、微硅粉、铝矾土、氧化铬和它们的组合。该配制剂的直径为0. 01-10微米的部分 (也称作细料）可以含有活性氧化铝和硅灰（fume silica)。
[0040] 基体还可以含有分散剂、增塑剂、消泡剂或起泡剂以及脱气组分。这些试剂在本领 域中是已知的。
[0041] 本发明的方法以最小体积的细颗粒生产出可浇注混合物。通常，生产可浇注物所 需要的细颗粒的量取决于最高尺寸颗粒的尺寸。最高粒度为3目的混合料典型地需要最小 33体积％的-100目颗粒来形成功能性可浇注混合物。根据本发明可生产具有30体积％ 或更小的-100目颗粒、29体积％或更小的-100目颗粒、26体积％或更小的-100目颗粒、 25体积％或更小的-100目颗粒、22体积％或更小的-100目颗粒、或者24体积％ (包括该 值）-18体积％ (包括该值）的-100目颗粒的有用可浇注混合物。
[0042] 具有3目最高粒度的可浇注混合物典型地需要最小48体积％的-16目颗粒来形 成功能性可浇注混合物。根据本发明可生产具有47体积％或更小的-16目颗粒、45体积％ 或更小的-16目颗粒、或43体积％或更小的-16目颗粒的有用可浇注混合物。
[0043] 具有3目最高粒度的可浇注