专利名称：抗裂的干耐火材料的制作方法
背景技术：
本发明涉及一种干耐火材料(即，一种以干粉形式安装而不必添加水或液体化学粘合剂的整体耐火材料)，特别是一种适合于金属包容应用的能提供优异抗裂纹扩展能力的干耐火材料。
耐火材料被广泛地用作金属加工和相关领域中的工作衬里和二级(安全)衬里。这些耐火衬料在金属加工和传送容器中用于包容熔融金属和炉渣。某些耐火衬料还用来包容与容器内的金属加工操作相关的热和气体。在本文中，“金属包容”应用是指其中包容熔融金属和炉渣是首要的或甚至唯一重要的应用，而“金属/热包容”应用是指其中既考虑容器的热包容(隔离)又考虑熔融金属和炉渣的包容的应用。
用于金属和热/金属包容应用的耐火衬里一般是消耗性的。由于暴露于容器内部环境，它们腐蚀、破裂或经其它方式而被破坏。当耐火衬里发生了一定量的消耗或破坏时，就需要对衬里进行修补或更换。所述修补或更换会中断金属加工操作，有时时间会很长。某些中断是料想不到的而有些是多少可预知的。因为修补或更换耐火衬里会中断操作，所以最好耐火衬里以一种可预知的方式工作从而可以有计划地而不是紧急地修补。
由于与腐蚀性的熔融金属和炉渣接触而产生的耐火衬里磨蚀会导致耐火衬里的逐渐消耗。磨蚀速率通常可以通过肉眼检查容器衬里的暴露部分或其它方法来预测。基于应用的金属和热包容特性以及过去的耐火材料消耗可以确定某种特定耐火衬里的预计磨蚀速率。对于感应电炉，还可以通过电子仪表读数随时间的改变来确定磨蚀速率。
当粘合的脆性耐火材料受到热应力和机械应力时，会导致耐火衬里破裂。这些应力通常是由衬里在热环境的变化下发生膨胀和收缩所产生的。裂纹使得熔融金属和炉渣可以渗入衬里，在金属加工或转输容器内产生分离的失效区域。由于裂纹而导致的耐火衬里失效比由于腐蚀而导致的要更加不可预见。裂纹通常不会产生在耐火衬里的暴露区域，因此肉眼检查通常不能发现裂纹。形成于耐火衬里中的裂纹的特性还可能会随耐火材料的组成和热状态而改变。粘合力较弱的耐火衬里在受力时易于形成微裂纹，而粘合力较强的耐火衬里在受力时易于形成宏观裂纹。宏观裂纹是特别不希望有的，因为它是由高强度粘合的失效产生的。
除了不可预知之外，破裂失效还可能会是灾难性的。从热面到冷面(例如金属加工容器的钢壳体一侧)完全贯穿衬里的宏观裂纹可能会使得熔融金属和/或炉渣通过穿过裂纹到达容器的外壳。当发生这种情况时，熔融材料可能会烧穿外壳，从而导致对设备的巨大损坏和/或伤到人。这类烧穿会引起长时间的意外操作延迟，以修复衬里、钢壳体和结构以及所有周围设备。
耐火材料还可用于可能发生反复热冲击的隔热应用(在金属加工或其它领域)。所述应用可能包括烟道壁构造和焚化炉。尽管对于特别是在腐蚀环境中的隔热耐火材料应用来说也会发生腐蚀，但隔热耐火材料的失效通常是由反复的热冲击所引起的裂纹产生的。
干耐火材料，和特别是在安装时利用振动来压紧干耐火材料粉末的干耐火材料，能提供比其它类型的普通耐火衬里如可浇铸材料、夯实材料、砖和耐火型材更好的抗裂纹扩展性。干可振动耐火衬里的出众抗裂性是由一种容许这些衬里在预定温度范围通过以受控的速率形成热粘合来响应应用的热状态的独特粘合系统产生的。例如，在金属包容应用中，耐火衬里响应相关熔融金属容器的热状态和任何熔融金属与炉渣向衬里的侵入。还可以选择用于金属包容和热/金属包容应用的干可振动耐火材料的化学和矿物组成以抵抗与具体方法相关的具体类型的金属和炉渣。
安装的干可振动耐火材料最初以非粘合态存在。在此非粘合状态下，它不显示脆性。非粘合的干耐火衬里在经受外应力时不会破裂或断裂而是会吸收和分散这些应力。不过，当非粘合的安装的耐火衬里受热时，它开始形成热粘合。离热面最近的区域倾向于形成强热粘合。强粘合的耐火材料变得致密和坚硬，并在化学和物理上能抗熔融金属和炉渣的侵入。
热粘合的程度随耐火材料组合物和存在于具体应用中的热状态而变化。在某些应用中，基本上所有的耐火材料是强粘合的并显示脆性。在其它应用中，离热面最远的区域会保持非粘合或未烧结的状态，而中间区域会形成弱熔结的热粘合。熔结的和未烧结的区域中的耐火材料保持其流体特性并形成一个仍然能够吸收机械和热应力的封套。在此封套之内，最靠近热面的强粘合的耐火材料可以显示普通耐火材料组合物的典型脆性。不过，如果应用的热状态引起熔结的和未烧结的区域中的耐火材料的粘合，则此保护封套可能会被分解乃至消除。
热粘合的特性同样会随耐火材料组合物和存在于具体应用中的热状态而变化。粘合力较弱的衬里在受力时易于形成微裂纹，而粘合力较强的衬里在受力时易于形成宏观裂纹。当宏观裂纹形成和熔融金属与炉渣侵入耐火衬里时，与裂纹相邻的衬里会响应热状态的改变并开始形成热粘合。随着此循环的继续，显示脆性的耐火衬里的比例逐渐增加，将衬里的热平面向外壳推动。如果衬里没有由于腐蚀而先失效或被停止使用，则最后，可以用来吸收和分散应力的非粘合的和弱粘合的耐火材料的比例变得太小从而导致衬里失效。
鉴于现有技术的缺陷，需要一种用于金属包容应用的能提供更大的抗裂纹扩展能力、粘合时显示更小的脆性并具有更长使用寿命的干耐火材料。
本发明的一个目的在于提供一种用于金属包容应用的能抗裂纹扩展和特别是抗宏观裂纹的干耐火材料。
本发明的另一个目的在于提供一种用于金属包容应用的当安装的耐火材料响应热而形成强粘合时能显示更少脆性的干耐火材料。
本发明的再一个目的在于提供一种用于金属包容应用的能提供更长的衬里使用寿命的干耐火材料。
发明概述上述目的是以一种含金属纤维的干耐火材料组合物实现的。本发明包括一种干耐火材料组合物，它包含(1)一种包含20-100重量％的基质材料和0-80重量％的致密耐火骨料的干耐火材料混合物；和(2)占干耐火材料混合物0.5-15重量％的金属纤维。所述基质材料的粒径小于100目，且所述致密耐火骨料的粒径可以大于或等于100目。选择基质材料和致密耐火骨料，以使得当该组合物不添加水或液体化学粘合剂以粉末形式安装在与热源相邻的空隙中时，至少靠近热源的组合物的第一部分形成强热粘合。
在一个优选实施方案中，选择基质材料和致密耐火骨料，以使当安装了干耐火材料组合物时，离热源比组合物第一部分远的组合物第二部分保持未烧结的形式。在另一优选实施方案中，基质材料的量为20-60重量％，而致密耐火骨料的量为40-80重量％。干耐火材料混合物中还可以包含0.1-8重量％的热激活粘合剂或包含其含量足以控制在安装组合物时的可见和可吸入灰尘的灰尘抑制剂。
上述组合物中的金属纤维可以是不锈钢、碳钢、铬合金、铜合金、铝合金、钛合金或它们的混合物。金属纤维的长度优选地为约1/2-约2英寸。
本发明还包括一种安装的耐火材料组合物。上述组合物不添加水或液体化学粘合剂以粉末形式安装在与热源相邻的空隙中，从而使至少靠近热源的安装组合物的第一部分形成强热粘合。在一个优选实施方案中，离热源比组合物的第一部分远的组合物的第二部分仍保持未烧结的形式。
本发明还包括制造耐火材料组合物的方法。该方法的步骤包括选择含20-100重量％的基质材料和0-80重量％的致密耐火骨料的干耐火材料混合物；选择占干耐火材料混合物0.5-15重量％的金属纤维；在不添加水或液体化学粘合剂的情况下掺混干耐火材料混合物和金属纤维。在此方法中，选择基质材料和致密耐火骨料，以使当混合的组合物不添加水或液体化学粘合剂以粉末形式安装在与热源相邻的空隙中时，至少靠近热源的组合物的第一部分形成强热粘合。在一个优选实施方案中，该方法的步骤还包括选择基质材料和致密耐火骨料，以使当安装了混合的组合物时，离热源比组合物第一部分远的组合物的第二部分保持未烧结的形式。
在上述方法的组合物中，金属纤维选自不锈钢、碳钢、铬合金、铜合金、铝合金、钛合金或它们的组合。该方法的步骤可以包括选择长度为约1/2-约2英寸的金属纤维。
上述方法可以包括选择一种占干耐火材料混合物0.1-8重量％的热激活粘合剂并将该热激活粘合剂与干耐火材料混合物混合。该方法还可以包含选择一种其量为足以控制在组合物安装过程中的可见和可吸入灰尘的灰尘抑制剂，并将该灰尘抑制剂与干耐火材料混合物混合。
本发明还包括一种安装耐火衬里的方法。此方法的步骤包括，选择一种含20-100重量％用量的基质材料和0-80重量％用量的致密耐火骨料的干耐火材料混合物；选择占干耐火材料混合物0.5-15重量％用量的金属纤维；在无添加的水或液体化学粘合剂的情况下混合干耐火材料混合物和金属纤维；将粉末形式的混合组合物倒入与热源相邻的空隙；对注入的组合物脱气；并加热脱气的组合物，使得至少靠近热源的组合物的第一部分形成强热粘合。本方法的步骤还可以包括选择基质材料和致密耐火骨料，以使当脱气的组合物受热时，离热源比组合物的第一部分远的第二部分保持未烧结的形式。上述组合物中的金属纤维选自不锈钢、碳钢、铬合金、铜合金、铝合金、钛合金以及它们的组合。脱气步骤可以同时包括压紧组合物。
在本发明的范围内还包括一种用于金属接触感应电炉的组合物和方法。本发明的一个优选实施方案是一种干耐火材料组合物，它包含(1)一种包含20-100重量％量的基质材料和0-80重量％量的致密耐火骨料的干耐火材料混合物；和(2)占干耐火材料混合物0.5-15重量％量的金属纤维。选择基质材料和致密耐火骨料，以使当干耐火材料组合物不添加水或液体化学粘合剂以粉末形式安装在与金属接触感应电炉的热面相邻的空隙中时，至少靠近热面的组合物的第一部分形成强热粘合。优选地，选择基质材料和致密耐火骨料，以使当安装了干耐火材料组合物时，离热源热面比组合物的第一部分远的第二部分保持未烧结的形式。基质材料的量可以为20-60重量％，而致密耐火骨料的量可以为40-80重量％。上述组合物中的耐火材料混合物可以包含0.1-8重量％的热激活粘合剂。
所述金属纤维选自不锈钢、碳钢、铬合金和它们的混合物。金属纤维的长度可以为约1/2-约2英寸。
本发明另一优选实施方案是一种安装的耐火材料组合物。上述组合物不添加水或液体化学粘合剂以粉末形式安装在与金属接触感应电炉的热面相邻的空隙中，由此至少靠近热面的组合物的第一部分形成强热粘合。优选地，选择基质材料和致密耐火骨料，以使当安装了干耐火材料组合物时，离热面比组合物的第一部分远的第二部分保持未烧结的形式。
本发明的另一优选实施方案是一种安装耐火衬里的方法。此方法的步骤包括，选择一种含20-100重量％量的基质材料和0-80重量％量的致密耐火骨料的干耐火材料混合物；选择占干耐火材料混合物0.5-15重量％量的金属纤维；在无添加的水或液体化学粘合剂的情况下混合干耐火材料混合物和金属纤维；将粉末形式的混合组合物倒入与金属接触感应电炉的热面相邻的空隙中；对注入的组合物脱气；压紧组合物；并加热经脱气的组合物，使得至少靠近热面的组合物的第一部分形成强热粘合。金属纤维选自不锈钢、碳钢、铬合金和它们的混合物。优选地，该方法的步骤还包括选择基质材料和致密耐火骨料，以使经脱气的组合物被加热时，离热面比组合物的第一部分远的第二部分保持未烧结的形式。
从下面的详细说明中，本发明的这些和其它目的将变得显而易见。
附图简要说明
图1是具有传统的干可振动耐火材料工作衬里的金属熔融容器的示意性横截面图。
图2是图1的耐火衬里在加热之前的局部示意图。
图3是图1的耐火衬里在预热之后的局部示意图。
图4是图3的耐火衬里在衬里已经使用到接近其使用寿命之后的局部示意图。
图5是图3的耐火衬里的局部示意图，显示衬里对裂纹的反应。
图6是一种安装在图1的容器内的含金属纤维的耐火衬里的局部示意图，显示衬里对裂纹的反应。
图7是传统的干可振动耐火材料的抗弯强度曲线。
图8是含金属纤维的干可振动耐火材料的弯曲强度曲线。
优选实施方案详细说明本发明的组合物是一种用于不必添加水或液体化学粘合剂以干粉形式安装的整体耐火材料。组合物中包括能降低安装的组合物的粘合部分的脆性和抗裂性的金属纤维。含金属纤维的干耐火材料组合物的试验安装显示了比传统干可振动耐火材料长的使用寿命。
含金属纤维的干耐火材料组合物可用于金属包容、金属/热包容和隔热应用。这些组合物可用于包括但不限于无铁芯和管道感应电炉、用于炼钢的高炉槽和钢包的二级衬里、热处理炉底、碳烤炉、在铝和镁熔料中的滤箱、金属加工容器上部(例如顶盖)的特殊部位砖衬、竖炉、反射炉、金属处理流槽系统和漏金属坑等装置。
本发明的耐火材料组合物尤其适用于金属包容应用。而特别适于金属/热包容和隔热应用的耐火材料组合物是我们在2003年2月7日提交的共同未决申请“Crack-Resistant Insulating Dry Refractory”的主题。
本发明的干耐火材料组合物至少包含基质材料和金属纤维。组合物中还可以包含其它耐火材料，特别是致密耐火骨料。干耐火材料组合物中还可以包含一种促进在组合物内部形成强粘合的热激活粘合剂，一种控制组合物以干粉形式安装时的可见和可呼吸灰尘的灰尘抑制剂，或者既包含粘合剂又包含灰尘抑制剂。
金属纤维或针可以是任何适合的铁类或非铁类材料的，包括但不限于不锈钢、碳钢、铬合金、铜合金、铝合金、钛合金或它们的组合。金属纤维的组成、数量和尺寸可以根据容器的化学和热环境来选择。例如，无镍的铬合金而非不锈钢的纤维可以用于镁加工操作的耐火材料以避免镁被镍污染，而406系列合金的纤维可用于富氢环境容器的耐火材料。使用具有不同组成的纤维的组合可能产生更好的效果。
可用于实施本发明的金属纤维的长度优选地为约1/2-约2英寸，更优选地为约1/2-约1英寸。使用不同纤维长度的组合，无论是单个金属组合物还是不同金属组成的组合物，都可能产生更好的结果。可商购的金属针在截面尺寸和结构方面一般会有差异。金属针可以用金属片通过模冲来制造，产生变形的或未变形的窄片状针的形式(slit sheetneedle forms)(例如，可由Fibercon International，Inc.，Evans City，PA获得)，或者通过熔融萃取来制造，产生独木舟形针的形式(例如，可由Ribbon Technology Corp，Gahanna，OH获得)。一般，针的宽度为约1/100-约1/8英寸，针的长度为约1/2-约2英寸，长宽比为约4∶1-约200∶1。针的尺寸和结构在上述范围之内变化并不会对所要求保护的耐火材料组合物的性能造成负面影响。
金属纤维在组合物中的含量占干耐火材料混合物的约0.5-约15重量％。较重原料(如钢)的纤维的优选含量为约3-约10重量％，更优选地为约4-约7重量％。较轻原料(如铝合金)的纤维的含量优选地较小，例如约2-约5重量％，更优选地为约3-约5重量％，因为较低的重量就能提供足够数量的针。金属纤维通常在混合时加入干耐火材料组合物的成分中。
对于某一具体应用，应当根据耐火材料混合物将要暴露的化学和热环境设计或选择干耐火材料混合物。用于金属包容应用的耐火材料混合物通常包含基质材料和致密耐火骨料，而用于金属/热包容和隔热应用的耐火材料混合物通常主要包含基质材料和轻质材料填料，而没有致密耐火骨料或很少。
对于金属包容应用，其化学和热环境可能会受以下因素影响(1)与外壳尺寸有关的边界条件和熔融金属池的期望容量，(2)金属的种类和物理特性，以及(3)容器的预期操作环境，包括它的额定容量，吹氧、等离子火焰以及水或空气冷却装置等特征是否存在，期望的保温值，连续操作时间，修补难易程度和材料成本。通常，耐火材料组合物的原料选择应当使得组合物可以承受容器的热环境，保持环绕容器的任何壳的结构完整性，并提供期望的保温值。基于这些因素，使用了传统的热分析和衬里设计技术来显示容器的热分布。
选择基质材料以提高组合物在其一具体工作环境中的性能。例如，对于用在炼铁、炼钢和铜与铝熔融金属包容中的耐火材料，应当选择不同的基质材料。基质材料是能够在组合物的使用环境中提供优良的抗化学和抗热性的天然或合成细颗粒耐火材料。细碎颗粒的高表面积和这些颗粒的矿物组成在颗粒受热时能促进粘合。
适合的基质材料可以包括硅酸盐、含矾土耐火材料、铝硅酸盐和碱土金属硅酸铝。优选地，基质选自煅烧氧化铝、熔融氧化铝、烧结氧化镁、熔融氧化镁、硅粉(silica fume)、熔融石英、碳化硅、碳化硼、二硼化钛、硼化锆、氮化硼、氮化铝、氮化硅、氮化硅铁、赛纶陶瓷(硅铝氮氧陶瓷)、二氧化钛、硫酸钡、锆石、硅线石类矿物质、叶蜡石、耐火粘土、碳、硅灰石、氟化钙(萤石)、尖晶石、氧化铬、橄榄石、铝酸钙集料、硅酸铝锆、铬铁矿石(chromite)、氧化钙、白云石以及其它本领域已知的基质材料。如果需要也可能使用几种基质材料的组合。
基质材料的类型和粒径选择可以取决于应用，对于非金属包容应用应当选择更经济的材料以保持体积稳定性。一般，基质材料的粒径小于约100目，更优选地小于约65目，不过也可以采用其它粒径。基质材料的含量对于金属包容应用来说为约20-约80重量％，对于金属/热包容和隔热应用来说为约15-约50体积％。
根据应用以及其它耐火材料混合物组分的特性，组合物中可以包含致密耐火材料骨料。致密耐火材料骨料有助于组合物的结构完整性，并通常存在于要暴露于腐蚀性熔融金属例如钢铁的耐火材料组合物中。优选地，在用于金属/热包容和隔热应用的耐火材料组合物中至少存在少量致密耐火骨料。致密耐火骨料可以包括天然或合成矿物质，或者两者的组合。其中的天然矿物质可以包括煅烧耐火粘土、煅烧熟料、硅线石类矿物质、煅烧铝矾土、叶蜡石、硅石、锆石、斜锆石、铬铁矿石、白云石和橄榄石。合成矿物质可以包括堇青石、碳化硅、烧结矾土(例如刚玉)、熔融氧化铝、熔融石英、烧结莫来石、熔铸莫来石、熔融氧化锆、烧结氧化锆莫来石、熔融氧化锆莫来石、烧结氧化镁、熔融氧化镁、烧结尖晶石、熔融尖晶石、致密耐火材料熟料、铬矾土集料、铝酸钙集料和硅酸铝锆。为达到特定的效果也可以使用几种致密耐火骨料的组合。
一般，致密耐火骨料的粒径大于100目。致密耐火骨料的含量对于金属包容应用来说为约0-约80重量％，对于金属/热包容和隔热应用来说为约0-约70体积％。
基质材料和致密耐火骨料的矿物组成可以相同，用同一种耐火材料实现提供耐火材料体或骨架以及提高组合物在工作环境中的性能的功能。较大的颗粒，一般大于约100目，主要用作提高组合物的结构完整性的致密耐火骨料，而较小的颗粒，一般小于约100目，更优选地小于约65目，主要用作提供对使用组合物的化学和热环境的优良抵抗性的基质材料。在约100目范围的颗粒除了其基本功能之外还可以表现出一种辅助性能；即在此粒度范围的某些致密耐火骨料颗粒可以具有能提高抗化学性和抗热性的粘合性能，而在此粒度范围的某些基质材料颗粒可以提高结构完整性。
轻质填料材料包括能降低组合物的密度和提高它的隔热性能的隔热耐火材料集料。轻质填料材料可以是天然或合成材料，最典型地是一种耐火氧化物。更具体地说，轻质填料材料可以选自珍珠岩、蛭石、浮石、膨胀页岩(例如，K T Pumice，Inc.的K T 200和K T 500)、膨胀耐火粘土(例如，C-E Minerals的CE Mulcoa 47LW，以及Whitfield& Son Ltd.的Whi-Agg低铁集料)、膨胀矾土硅石空心球体(例如，Trelleborg Fillite，Inc.的Fillite空心陶瓷微珠，以及A.P.GreenIndustries，Inc.的Veri-lite集料)、发泡氧化铝(bubble alumina)、烧结多孔氧化铝(例如，氧化铝催化剂)、矾土尖晶石保温集料、铝酸钙保温集料(例如Alcoa超轻集料SLA-92)、膨胀莫来石、轻质铝硅酸盐、轻质熟料和钙长石。也可以使用本领域已知的其它隔热耐火材料集料或多孔性矿物质(包括合成性膨胀矿物质)。如果需要也可能使用几种填料轻质材料的组合。
轻质填料材料的粒径通常为约3/8英寸或更小。在金属包容应用中轻质填料材料的含量通常是不存在，但在金属/热包容和隔热应用中，含量为约15-约85体积％，优选地为约50-约80体积％。
轻质填料材料的特征可以随其应用而变化。在金属/热包容应用中，填料轻质的材料必须具有与该金属相当的性能，例如在铁包容应用中的铝硅酸盐绝热集料，以及期望的热包容性能。在隔热应用中，轻质填料材料可以基于保温值乃至低成本来进行选择。通常优选具有微孔尺寸的轻质填料材料。在热/金属包容应用以及其它要求很高的应用中，在微孔尺寸轻质填料材料周围较易形成粘合，结果形成更强的粘合框架。微孔尺寸的轻质填料材料还具有更高的保温值。
安装的耐火材料组合物的热粘合可以通过基质材料和任何致密耐火骨料响应于安装组合物的热环境的高温陶瓷粘合来完成。例如，基质材料和任何致密耐火骨料的陶瓷粘合都可以在那些要求直到组合物达到2000°F或以上才形成粘合的应用中提供充分的粘合。因此，对于干耐火材料组合物的成功性能来说，分散的粘合剂的存在并不是必需的。
不过，如果需要，组合物中可以包含至少一种分散的热激活粘合剂以控制材料强度和在向安装的耐火材料组合物施加热之后的粘合形成。所述粘合剂可以根据应用所要经受的温度进行选择，这样在从低至约350°F到高达1800°F或以上粘合都是基本完全的。优选地，粘合剂在室温下是非液体，不过在组合物的制备过程中(不是安装过程中)添加雾化液体粘合剂也能产生可以接受的结果。当使用粘合剂时，通常它的含量对于金属包容应用来说为约0.1-约8重量％，对于热/金属包容和隔热应用来说为约0.1-约15体积％。
对于使用分散的热激活粘合剂的应用来说，所述粘合剂可以是单一粘合剂或几种粘合剂的组合。所述粘合剂可以是有机粘合剂、无机粘合剂或它们的组合。如上所述，即使存在一种分散的粘合剂，基质材料和任何致密耐火骨料的陶瓷粘合也可能有助于安装的耐火材料组合物的粘合。
有机粘合剂，通常用于低于约600°F的温度，在此温度范围之内加热时形成强度。包括酚醛清漆树脂(一种干热固化苯酚-甲醛树脂)在内的酚醛(苯酚-甲醛)树脂是一种优选的有机粘合剂。特别优选低酚树脂。其它适合的有机粘合剂包括呋喃树脂、沥青、硬沥青、木素磺化盐、糖、甲基/乙基纤维素、淀粉和草酸。
无机粘合剂一般用于在约600°F以上的温度下形成粘合。它们在中等温度范围能促进形成玻璃粘合，而在更高的温度范围能促进形成陶瓷粘合。适合的无机粘合剂包括氧化硼、硼酸、冰晶石、非钙氟化物盐(例如氟化铝或氟化镁)、硅酸盐化合物(例如硅酸钠或硅酸钾)、硼酸盐化合物(例如硼酸钠或氟硼酸钾)、磷酸盐化合物(例如正磷酸盐干粉末)、硅酸钙水泥、铝酸钙水泥、氯化镁、球粘土、高岭土、硫酸盐化合物(例如硫酸铝、硫酸钙或硫酸镁)、金属粉末(例如铝或硅合金粉末)以及耐火玻璃料。也可以使用其它本领域已知的热激活粘合剂。特别优选的无机粘合剂是氧化硼和硼酸，因为它们有效且便宜。耐火玻璃料(粒径一般小于约200目)也是一种优选的无机粘合剂。要求低温粘合的应用优选低熔点的玻璃料，而具有更高使用温度极限的应用则优选高熔点的玻璃料。
粘合剂的粒径一般小于约100目，更优选地小于约60目。较细的颗粒能提供更好的离散度，但较粗的颗粒更容易获得或更容易以低成本获得。
干耐火材料混合物中还可以包含少量的灰尘抑制剂。灰尘抑制剂主要起减少可见灰尘以保持安装环境清洁和便于使用的功能。它还将组合物材料中的空中浮游可吸入灰尘水平保持在它们各自的暴露极限之下，尽管当可见灰尘存在时可吸入灰尘颗粒倾向于粘在更重的可见灰尘颗粒上。对于在容易导致形成大量灰尘的条件下安装特别是大规模的安装的组合物和那些没有防尘通风系统的安装来说，灰尘抑制剂通常是必需的。灰尘抑制剂对于令人满意地包容熔融金属或热或提供隔热不是必需的，因此灰尘抑制剂可以省略。当使用了灰尘抑制剂时，它的含量应当足以在组合物的安装过程中控制可见和可呼吸灰尘，通常对于金属包容应用来说为约0-约2重量％，对于金属/热包容和隔热应用来说为约0-约3体积％。
轻质油例如矿物油是一种优选的灰尘抑制剂。油的重量越轻，要达到令人满意的结果可能就需要越多量的灰尘抑制剂。例如，对于金属/热包容应用的干耐火材料混合物的一个优选实施方案中可以包含约0.25-约1.6体积％的轻质油。也可以使用其它能减少灰尘而不妨碍耐火材料性能的物质，例如其它轻质油、煤油、二醇和粘性有机聚合物(优选地是非水配方)。如果需要，也可以使用几种灰尘抑制剂的组合，例如使用轻质油和煤油的混合物。
一种用于金属包容应用的干耐火材料组合物描述如下(1)干耐火材料混合物中包含以近似重量百分数给出的下列成分成分重量百分数基质材料 20-100致密耐火骨料 0-80热激活粘合剂 0-8灰尘抑制剂 0-2；以及(2)占上述混合物0.5-15重量％的金属针。
优选地，上述干耐火材料混合物包含以近似重量百分数给出的下列成分成分重量百分数基质材料 20-60致密耐火骨料 40-80热激活粘合剂 0-5灰尘抑制剂 0-2。
一种用于金属/热包容和隔热应用的干耐火材料组合物描述如下(1)干耐火材料混合物中包含以近似体积百分数给出的下列成分成分体积百分数基质材料 15-50轻质填料材料 15-85
致密耐火骨料 0-70热激活粘合剂 0-15灰尘抑制剂 0-3；以及(2)占上述混合物0.5-15重量％的金属针。
优选地，上述干耐火材料混合物包含以近似体积百分数给出的下列成分成分体积百分数基质材料 15-35轻质填料材料 35-75致密耐火骨料 0-65热激活粘合剂 0-10灰尘抑制剂 0-3。
干耐火材料组合物不含任何添加的水分或液体化学粘合剂。组合物在其安装的状态下是不含水分的。预计安装的耐火材料组合物将含有小于约0.5重量％的由与耐火材料组分相关的结晶水产生的水和/或从环境中吸收水分，尽管此含量可能随具体的耐火材料组合物以及存贮和安装的环境条件而变化。
干耐火材料组合物可以通过将可商购的干耐火材料混合物的原材料(预先选择期望的颗粒尺寸)与金属纤维在混合器中混合来制备。原料被混合在一起以提供一种基本上连续的分布。混合方法和设备是已知的制造干可振动耐火材料的方法中所用的那些典型混合方法和设备。灰尘抑制剂可以在混合过程中加入组合物。也可以将雾化灰尘抑制剂喷入组合物中。
所述耐火材料组合物可以使用与传统的干可振动耐火材料相同的方法安装，将它倒入位置(例如倒入与热源相邻的空隙)，然后将其脱气或压实。这可以例如通过振动或打夯将组合物压紧在原位来完成。对于致密的组合物来说，脱气也可以通过分流组合物(利用叉具或相似的装置)以除去在倒入时夹杂的空气。夹杂空气的去除使颗粒彼此之间可以更好地接触和提供了足以允许形成强粘合以及在粘合的耐火材料中产生承载能力(如果需要的话)的颗粒压实。
安装的传统干可振动耐火材料与安装的含金属纤维的耐火材料在示范性金属包容应用中的差异可以参照图1-6中看出。图1是具有工作耐火衬里12的金属熔融槽10的示意横截面图。衬里最靠近金属熔池14的一侧被称作热面16，而最靠近在衬里被压紧之前将其固定在原位的外壳18的一侧被称作冷面20。在本实施例范围内，容器10被假设为一种包容约1400°F的熔融铝14的金属接触感应电炉。图2是图1的耐火衬里12在加热之前的局部示意图，显示了耐火材料的未烧结的形式。
在一个新装衬里或整修的容器10工作之前，衬里12的温度可以逐渐升高到工作温度。在此升温期间，在衬里12内可以发生许多期望的和随之发生的化学和物理反应。衬里12不断升高的温度可以引发或促进这些反应，包括激活存在于组合物中的任何热激活粘合剂。由于在安装的干耐火衬里12中没有水或液体化学粘合剂，所以在安装和加热之间不需要任何延长时间的干燥步骤。
优选地选择具有适合烧结温度范围的干耐火材料组合物，此烧结温度范围使得可以在安装的耐火物12的预定区域形成强热粘合。在安装之后，耐火衬里12随着暴露于热，逐渐形成热粘合。
图3-5显示了在传统的安装的干可振动耐火衬里12中粘合的逐渐形成，图6显示了在安装的包含金属纤维30的耐火衬里12′中粘合的逐渐形成。衬里12，12′上从热面16到冷面20的温度梯度(又称热平面)显示在各图的底部。
图3是图1的耐火衬里12在预热之后的局部示意图。衬里12上与热面16相邻的区域22易于形成强粘合(即，对于铝接触感应电炉应用来说强度大于约1000p.s.i.的粘合)。强粘合的耐火材料22是致密且硬的，并可以显示脆性。衬里12上离热面16最远并与壳18相邻的区域24易于保持在未烧结的状态(即对于铝接触感应电炉应用来说强度小于约200p.s.i.)。中间区域26易于形成弱熔结粘合(即对于铝接触感应电炉应用来说强度大于约200p.s.i.但小于约1000p.s.i.)。衬里12的熔结区域26和未烧结区域24保留其流体特性并形成一个仍能吸收机械和热应力的封套。为进行说明，用具有清楚边界的分散区域来表示粘合强度不同的区域22、24和26。不过，如上所述，在衬里12内由于响应热而形成的粘合本质上是渐进的，因此从热面16到未烧结的耐火材料24粘合强度是连续的。
图4是图3的耐火衬里12在用到接近其使用寿命之后的局部示意图。衬里12已经被腐蚀离开热面16的起始位置，限定出一个新的热面16A并将衬里12的热平面向冷面20移动。剩余的耐火材料仍然包括强粘合区域22、熔结区域26和未烧结的区域24。
图5是图3的耐火衬里12的局部示意图，其中在强粘合脆性区域22已经形成了裂纹28，使得熔融金属14可以深深渗入衬里12。作为对由此渗入所产生的热状态的响应，耐火衬里12逐渐地形成了与裂纹28相邻的额外热粘合22A、24A、26A，引起了衬里12的热平面的局部移动。裂纹28的扩展被新形成的强粘合22A阻止，其中新的强粘合22A提供了优良的抗熔融金属渗入能力，但只剩下很薄一层未烧结的耐火材料24A来吸收和分配应力。
含金属纤维30的耐火衬里12′与图2-4所示的传统的干可振动衬里12具有相同的特征但对裂纹的反应不同。图6是一个安装的含金属纤维30的耐火衬里12′的局部示意图，显示了衬里12′对裂纹28′的反应。衬里12′内的金属纤维30能抵抗裂纹28′的扩展，以致于裂纹28′只钻入强粘合区域22′一小段距离。即使裂纹扩展入衬里12′达到与图5所示相同的程度，以致只剩下很薄一层未烧结的耐火材料24′，衬里12′也能更好地吸收和分散应力，因为强粘合区域22′比图5所示的传统的耐火衬里12的脆性要小。
在上述示例性应用中，热梯度满足在耐火衬里12内粘合强度的连续性延伸穿过三个粘合强度各不相同的区域22、24和26。不过，并不是在每种应用中热梯度都必须贯穿所有三个区域。根据干耐火材料的设计性能和热环境的不同，热梯度可以是安装的衬里12只在两个区域甚至一个区域内显示粘合强度。在具有浅热梯度的应用中，安装的衬里可以由强粘合区域和熔块区域构成，而基本上没有未烧结的耐火材料存在。在具有更浅热梯度的应用中，基本上所有安装的耐火材料都可以是强粘合的。安装的耐火衬里还可以在预热之后阻止在最接近热面的区域形成强粘合并保持未烧结的形式(或熔块与未烧结的形式的组合)，而只响应热状态的后来变化，例如热气体通过烟道的工作衬里内的裂纹或接缝的渗入，才在最接近热面的区域形成强粘合。形成在特定区域的粘合的强度也可以根据耐火材料组合物的特征以及应用的热环境而变化。
在特定应用中的粘合强度区域数甚至可以随热状态而改变。在图5中，裂纹18附近的未烧结的耐火材料24的量很少。进一步的裂纹扩展可能会使此区域的所有未烧结的耐火材料24粘合。
虽然不希望受理论束缚，但看起来耐火衬里中的金属纤维既会阻止裂纹的扩展又会降低耐火衬里的强粘合区域的脆性性质(提高抗拉强度)。看来好像越短的纤维越有助于阻止裂纹扩展，而越长的纤维越有助于降低粘合的耐火衬里的脆性性质。使用长、短纤维的组合可能会产生具有理想抗裂性的耐火衬里。
含金属纤维的耐火材料组合物对应力的响应性能与那些传统的干可振动材料的不同。传统的干耐火材料组合物和含金属纤维的干耐火材料组合物的抗弯强度曲线分别如图7和图8所示。通过压紧干可振动耐火材料，将其焙烧到1800°F的温度再冷却至室温，制备了传统的干可振动耐火材料(Allied Mineral Products，Inc.Dri-Vibe 493A)的一个样品。以同样方法制备了含金属纤维的干可振动耐火材料(含约4.6重量％的无镍的铬合金纤维的改性Dri-Vibe 493A)的一个样品。用一个3点断裂模型装置确定样品在相同加载速率下的抗弯强度。如图7所示，传统样品在中间断开之前对载荷具有一般的线性响应曲线。如图8所示，含金属纤维的耐火材料样品随时间对载荷具有更无规律的反应并且一直弯曲却不断裂。此无规律的反应被认为是微裂纹和弯曲的表现。
适于具体应用的耐火材料组合物的实施例如下。
实施例1通过混合下列干耐火材料混合物成分制备了一种铝接触无铁芯感应电炉的干耐火材料组合物成分重量百分数褐色熔融氧化铝，5+10目 26.1褐色熔融氧化铝，10+30目 27.1褐色熔融氧化铝，-30目18.3褐色熔融氧化铝，-100目 8.1白色熔融氧化铝，-200目 8.1硅石，-200目 4.0煅烧氧化铝，-325目 5.4
耐火玻璃料，-100目 2.9；其中含有占干耐火材料混合物约4.6％的不锈钢针。感应电炉行业的某些人认为这样一种耐火材料组合物不适用于感应电炉，因为在耐火衬里中存在电流。尽管如此，这种耐火材料组合物在安装在铝接触感应电炉中时达到了令人满意的结果，而没发现与金属纤维的电导率有关的任何问题。
实施例2通过混合下列干耐火材料混合物成分制备了一种镁接触感应电炉的干耐火材料组合物成分重量百分数褐色熔融氧化铝，5+10目 18.7褐色熔融氧化铝，10+30目 24.1褐色熔融氧化铝，-30目 14.4白色熔融氧化铝，-50目 5.3褐色熔融氧化铝，-200目 18.6煅烧氧化铝，-325目 10.9煅烧氧化镁，-200目 4.8耐火玻璃料，-100目 3.2；其中含有占干耐火材料混合物约4.6％的无镍的铬合金针。
实施例3通过混合下列干耐火材料混合物成分制备了一种在烟道壁中经受到反复热冲击的隔热二级衬里用干耐火材料组合物成分体积百分数煅烧硬质粘土，-4目 12.8硅线石类矿物质，-35目 4.8叶蜡石，-16目 3.0珍珠岩，-10目 77.0耐火粘土，-100目1.0耐火玻璃料，-100目 0.9矿物油 0.5；其中含有占干耐火材料混合物约5重量％的不锈钢针。
含金属纤维的耐火材料组合物作为用于钢精炼的浇注桶的二级衬里，获得了令人满意的结果。一般地，浇注桶使用耐火砖作位于砖砌耐火衬里之后的二级衬里。尽管存在二级衬里，但浇注桶的壳在使用时易于被热和机械应力扭曲，使得在需要更换二级衬里时很难将砖砌入且砖之间的缝隙会允许熔融金属和矿渣渗入到壳中，造成进一步的扭曲。使用含金属纤维的干可振动耐火材料作浇注桶中的二级衬里可以提供具有令人满意的抗钢水和炉渣能力的无缝衬里，它可以用传统的干可振动方法安装，消除了耗时的调整装配二级衬里中的砖的需要。使用含金属纤维的干耐火材料还通过减少特别是在拉出热面期间与裂纹有关的失效而提高了二级衬里的使用寿命。
在此说明书中，当对于本发明的某一具体特征(例如，温度，体积百分比等等)限定了一个条件范围或一组物质时，本发明涉及并明确包括每个具体项以及其子范围或子群的组合。任何指定的范围或组都应被理解为涉及单独的某一个范围或组中的每一项以及包含在其中的每个可能的子范围和子组的一种简写；以及类似地推及其任何子范围或子组。
尽管在此已经详细地描述了本发明的具体实施方案，但应理解地是，在不偏离本发明的精神或附加权利要求书的范围内，本领域技术人员可以对其作出各种变化。特别是，在耐火材料组合物中非主要量的大小不在指定范围内的干耐火材料成分颗粒(例如，基质材料、致密耐火骨料或填料轻质材料)的存在并不会破坏本发明的实用性。主要包含指定范围内的干耐火材料组合物粒子以及非主要量的指定范围之外的干耐火材料组合物粒子的混合物仍被认为是在本发明的范围之内。
权利要求
1.一种干耐火材料组合物，包含一种干耐火材料混合物，它包含20-100重量％粒径小于100目的基质材料，所述基质材料选自煅烧氧化铝、熔融氧化铝、烧结氧化镁、熔融氧化镁、硅粉、熔融石英、碳化硅、碳化硼、二硼化钛、硼化锆、氮化硼、氮化铝、氮化硅、氮化硅铁、赛纶陶瓷、二氧化钛、硫酸钡、锆石、硅线石类矿物质、叶蜡石、耐火粘土、碳、硅灰石、氟化钙、尖晶石、氧化铬、橄榄石、铝酸钙集料、硅酸铝锆、铬铁矿石、氧化钙、白云石以及它们的混合物；和80重量％粒径大于或等于100目的致密耐火骨料；所述致密耐火骨料选自煅烧耐火粘土、煅烧熟料、硅线石类矿物质、煅烧铝矾土、叶蜡石、硅石、锆石、斜锆石、铬铁矿石、白云石、橄榄石、堇青石、碳化硅、烧结矾土、熔融氧化铝、熔融石英、烧结莫来石、熔铸莫来石、熔融氧化锆、烧结氧化锆莫来石、熔融氧化锆莫来石、烧结氧化镁、熔融氧化镁、烧结尖晶石、熔融尖晶石、致密耐火材料熟料、铬矾土集料、铝酸钙集料、硅酸铝锆和它们的混合物；选择所述基质材料和致密耐火骨料，以使得当干耐火材料组合物不添加水或液体化学粘合剂而以粉末形式安装在与热源相邻的空隙中时，至少靠近热源的组合物的第一部分形成强热粘合；和占干耐火材料混合物0.5-15重量％的金属纤维。
2.权利要求1的干耐火材料组合物，其中所述金属纤维选自不锈钢、碳钢、铬合金、铜合金、铝合金、钛合金或它们的混合物。
3.权利要求2的干耐火材料组合物，其中所述金属纤维的长度为约1/2-约2英寸。
4.权利要求1的干耐火材料组合物，其中选择基质材料和致密耐火骨料，以使当安装了干耐火材料组合物时，离热源比组合物的第一部分远的第二部分保持未烧结的形式。
5.权利要求1的干耐火材料组合物，其中所述干耐火材料混合物进一步包含0.1-8重量％的热激活粘合剂。
6.权利要求5的干耐火材料组合物，其中所述热激活粘合剂选自氧化硼、硼酸、冰晶石、非钙氟化物盐、硅酸盐化合物、硼酸盐化合物、磷酸盐化合物、硅酸钙水泥、铝酸钙水泥、氯化镁、球粘土、高岭土、硫酸盐化合物、金属粉末、耐火玻璃料、酚醛树脂、呋喃树脂、沥青、硬沥青、木素磺化盐、糖、甲基/乙基纤维素、淀粉、草酸和它们的混合物。
7.权利要求1的干耐火材料组合物，其中所述干耐火材料混合物进一步包含灰尘抑制剂，其量为足以控制安装组成时的可见和可吸入灰尘。
8.权利要求7的干耐火材料组合物，其中所述灰尘抑制剂选自轻质油、煤油、二醇、粘性有机聚合物和它们的混合物。
9.权利要求1的干耐火材料组合物，其中所述干耐火材料混合物包括含量为20-60重量％的基质材料和含量为40-80重量％的致密耐火骨料。
10.一种安装的耐火材料组合物，包括无需添加水或液体化学粘合剂而以粉末形式安装在与热源相邻的空隙中的权利要求1的干耐火材料组合物，至少靠近热源的所述安装的组合物的第一部分形成强热粘合。
11.权利要求10的安装的耐火材料组合物，其中离热源比组合物的第一部分远的第二部分保持未烧结的形式。
12.一种制造耐火材料组合物的方法，包括选择一种干耐火材料混合物，它包含20-100重量％粒径小于100目的基质材料，所述基质材料选自煅烧氧化铝、熔融氧化铝、烧结氧化镁、熔融氧化镁、硅粉、熔融石英、碳化硅、碳化硼、二硼化钛、硼化锆、氮化硼、氮化铝、氮化硅、氮化硅铁、赛纶陶瓷、二氧化钛、硫酸钡、锆石、硅线石类矿物质、叶蜡石、耐火粘土、碳、硅灰石、氟化钙、尖晶石、氧化铬、橄榄石、铝酸钙集料、硅酸铝锆、铬铁矿石、氧化钙、白云石和它们的混合物；和80重量％粒径大于或等于100目的致密耐火骨料；所述致密耐火骨料选自煅烧耐火粘土、煅烧熟料、硅线石类矿物质、煅烧铝矾土、叶蜡石、硅石、锆石、斜锆石、铬铁矿石、白云石、橄榄石、堇青石、碳化硅、烧结矾土、熔融氧化铝、熔融石英、烧结莫来石、熔铸莫来石、熔融氧化锆、烧结氧化锆莫来石、熔融氧化锆莫来石、烧结氧化镁、熔融氧化镁、烧结尖晶石、熔融尖晶石、致密耐火材料熟料、铬矾土集料、铝酸钙集料、硅酸铝锆和它们的混合物；选择所述基质材料和致密耐火骨料，以使得当经混合的组合物无需添加水或液体化学粘合剂而以粉末形式安装在与热源相邻的空隙中时，至少靠近热源的组合物的第一部分而形成强热粘合；选择占干耐火材料混合物0.5-15重量％的金属纤维，所述金属纤维选自不锈钢、碳钢、铬合金、铜合金、铝合金、钛合金和它们的混合物；和在没有添加的水或液体化学粘结剂的情况下混合所述干耐火材料混合物和金属纤维。
13.权利要求12的方法，进一步包括下列步骤选择长度为约1/2-约2英寸的金属纤维。
14.权利要求12的方法，进一步包括下列步骤选择基质材料和致密耐火骨料，以使当安装了经混合的组合物时，离热源比组合物的第一部分远的第二部分保持未烧结的形式。
15.权利要求12的方法，进一步包括下列步骤选择一种占干耐火材料混合物0.1-8重量％的热激活粘合剂，所述热激活粘合剂选自氧化硼、硼酸、冰晶石、非钙氟化物盐、硅酸盐化合物、硼酸盐化合物、磷酸盐化合物、硅酸钙水泥、铝酸钙水泥、氯化镁、球粘土、高岭土、硫酸盐化合物、金属粉末、耐火玻璃料、酚醛树脂、呋喃树脂、沥青、硬沥青、木素磺化盐、糖、甲基/乙基纤维素、淀粉、草酸和它们的混合物；和将所述热激活粘合剂与干耐火材料混合物混合。
16.权利要求12的方法，进一步包括下列步骤选择一种其量足以控制安装组合物时的可见和可吸入灰尘的灰尘抑制剂，该灰尘抑制剂选自轻质油、煤油、二醇、粘性有机聚合物和它们的混合物；和将所述灰尘抑制剂与干耐火材料混合物混合。
17.一种安装耐火衬里的方法，包括以下步骤选择一种干耐火材料混合物，该混合物包含20-100重量％粒径小于100目的基质材料，所述基质材料选自煅烧氧化铝、熔融氧化铝、烧结氧化镁、熔融氧化镁、硅粉、熔融石英、碳化硅、碳化硼、二硼化钛、硼化锆、氮化硼、氮化铝、氮化硅、氮化硅铁、赛纶陶瓷、二氧化钛、硫酸钡、锆石、硅线石类矿物质、叶蜡石、耐火粘土、碳、硅灰石、氟化钙、尖晶石、氧化铬、橄榄石、铝酸钙集料、硅酸铝锆、铬铁矿石、氧化钙、白云石和它们的混合物；和80重量％粒径大于或等于100目的致密耐火骨料；所述致密耐火骨料选自煅烧耐火粘土、煅烧熟料、硅线石类矿物质、煅烧铝矾土、叶蜡石、硅石、锆石、斜锆石、铬铁矿石、白云石、橄榄石、堇青石、碳化硅、烧结矾土、熔融氧化铝、熔融石英、烧结莫来石、熔铸莫来石、熔融氧化锆、烧结氧化锆莫来石、熔融氧化锆莫来石、烧结氧化镁、熔融氧化镁、烧结尖晶石、熔融尖晶石、致密耐火材料熟料、铬矾土集料、铝酸钙集料、硅酸铝锆和它们的混合物；选择占干耐火材料混合物0.5-15重量％的金属纤维，所述金属纤维选自不锈钢、碳钢、铬合金、铜合金、铝合金、钛合金和它们的混合物；在没有添加的水或液体化学粘结剂的情况下混合干耐火材料混合物和金属纤维；将混合的组合物以粉末形式倒入与热源相邻的空隙；对倒入的组合物脱气；和加热脱气的组合物，使得至少靠近热源的组合物的第一部分形成强热粘合。
18.权利要求17的方法，其中脱气步骤进一步包括下面的步骤压紧组合物。
19.权利要求17的方法，进一步包括下面的步骤选择基质材料和致密耐火骨料，以使当加热脱气的组合物时，离热源比组合物的第一部分远的第二部分保持未烧结的形式。
20.一种干耐火材料组合物，包括一种干耐火材料混合物，它包含20-100重量％粒径小于100目的基质材料，所述基质材料选自煅烧氧化铝、熔融氧化铝、烧结氧化镁、熔融氧化镁、硅粉、熔融石英、碳化硅、碳化硼、二硼化钛、硼化锆、氮化硼、氮化铝、氮化硅、氮化硅铁、赛纶陶瓷、二氧化钛、硫酸钡、锆石、硅线石类矿物质、叶蜡石、耐火粘土、碳、硅灰石、氟化钙、尖晶石、氧化铬、橄榄石、铝酸钙集料、硅酸铝锆、铬铁矿石、氧化钙、白云石和它们的混合物；和80重量％粒径大于或等于100目的致密耐火骨料；所述致密耐火骨料选自煅烧耐火粘土、煅烧熟料、硅线石类矿物质、煅烧铝矾土、叶蜡石、硅石、锆石、斜锆石、铬铁矿石、白云石、橄榄石、堇青石、碳化硅、烧结矾土、熔融氧化铝、熔融石英、烧结莫来石、熔铸莫来石、熔融氧化锆、烧结氧化锆莫来石、熔融氧化锆莫来石、烧结氧化镁、熔融氧化镁、烧结尖晶石、熔融尖晶石、致密耐火材料熟料、铬矾土集料、铝酸钙集料、硅酸铝锆和它们的混合物；选择所述基质材料和致密耐火骨料，以使得当干耐火材料组合物不添加水或液体化学粘合剂而以粉末形式安装在与金属接触感应电炉的热面相邻的空隙中时，至少靠近热面的组合物的第一部分形成强热粘合；和占干耐火材料混合物0.5-15重量％的金属纤维，所述金属纤维选自不锈钢、碳钢、铬合金和它们的混合物。
21.权利要求20的干耐火材料组合物，其中所述金属纤维的长度为约1/2-约2英寸。
22.权利要求20的干耐火材料组合物，其中选择所述基质材料和致密耐火骨料，以使当安装了干耐火材料组合物时，离热面比组合物的第一部分远的第二部分保持未烧结的形式。
23.权利要求20的干耐火材料组合物，其中所述干耐火材料混合物中进一步包含一种含量为0.1-8重量％的热激活粘合剂，所述热激活粘合剂选自氧化硼、硼酸、冰晶石、非钙氟化物盐、硅酸盐化合物、硼酸盐化合物、磷酸盐化合物、硅酸钙水泥、铝酸钙水泥、氯化镁、球粘土、高岭土、硫酸盐化合物、金属粉末、耐火玻璃料、酚醛树脂、呋喃树脂、沥青、硬沥青、木素磺化盐、糖、甲基/乙基纤维素、淀粉、草酸和它们的混合物。
24.根据权利要求20的干耐火材料组合物，其中所述干耐火材料混合物包括含量为20-60重量％的基质材料和含量为40-80重量％的致密耐火骨料。
25.一种安装的耐火材料组合物，包括不添加水或液体化学粘合剂而以粉末形式安装在与金属接触感应电炉的热面相邻的空隙中的权利要求20的干耐火材料组合物，至少靠近热面的安装的组合物的第一部分形成强热粘合。
26.权利要求25的安装的耐火材料组合物，其中选择所述基质材料和致密耐火骨料，以使当安装了干耐火材料组合物时，离热面比组合物的第一部分远的第二部分保持未烧结的形式。
27.一种安装耐火衬里的方法，包括以下步骤选择一种干耐火材料混合物，它包含20-100重量％粒径小于100目的基质材料，所述基质材料选自煅烧氧化铝、熔融氧化铝、烧结氧化镁、熔融氧化镁、硅粉、熔融石英、碳化硅、碳化硼、二硼化钛、硼化锆、氮化硼、氮化铝、氮化硅、氮化硅铁、赛纶陶瓷、二氧化钛、硫酸钡、锆石、硅线石类矿物质、叶蜡石、耐火粘土、碳、硅灰石、氟化钙、尖晶石、氧化铬、橄榄石、铝酸钙集料、硅酸铝锆、铬铁矿石、氧化钙、白云石和它们的混合物；和80重量％粒径大于或等于100目的致密耐火骨料；所述致密耐火骨料选自煅烧耐火粘土、煅烧熟料、硅线石类矿物质、煅烧铝矾土、叶蜡石、硅石、锆石、斜锆石、煅铬铁矿石、白云石、橄榄石、堇青石、碳化硅、烧结矾土、熔融氧化铝、熔融石英、烧结莫来石、熔铸莫来石、熔融氧化锆、烧结氧化锆莫来石、熔融氧化锆莫来石、烧结氧化镁、熔融氧化镁、烧结尖晶石、熔融尖晶石、致密耐火材料熟料、铬矾土集料、铝酸钙集料、硅酸铝锆和它们的混合物；选择占干耐火材料混合物0.5-15重量％的金属纤维，所述金属纤维选自不锈钢、碳钢、铬合金和它们的混合物；在没有添加的水或液体化学粘结剂的情况下混合干耐火材料混合物和金属纤维；将混合的组合物以粉末形式倒入与金属接触感应电炉的热面相邻的空隙；对倒入的组合物脱气；压紧组合物；和加热脱气的组合物，使得至少靠近热面的组合物的第一部分形成强热粘合。
28.权利要求27的方法，进一步包括下面的步骤选择所述基质材料和致密耐火骨料，以使当加热脱气的组合物时，离热面比组合物的第一部分远的第二部分保持未烧结的形式。
全文摘要
一种具有优异抗裂纹扩展能力的干耐火材料组合物。所述干耐火材料组合物至少包含基质材料和金属纤维。所述组合物还可以包含致密耐火骨料。所述干耐火材料组合物尤其适用于金属包容应用。
文档编号F27D1/10GK1761635SQ03826266
公开日2006年4月19日 申请日期2003年6月13日 优先权日2003年2月7日
发明者D·K·多扎, D·G·戈斯基, Y·马 申请人:联合矿物产品公司