本发明属于耐火材料领域，具体涉及一种制备铝水流槽用组合物以及一种铝水流槽及其制备方法。
背景技术：
流槽是铝深加工行业中用于输送熔融铝水的功能耐火材料，它具有承接、导向、分流、输送、分类控制等关键作用，与闸板配合使用可以实现高温铝水流向及流速控制，以满足不同铝合金制品的生产需求。由于流槽直接与铝液进行接触，因此，其质量好坏直接决定了生产能否顺利进行、铝水洁净度能否保证等关键环节。
铝深加工技术经过多次革新，逐渐向精深高端制品发展，对产品的品位、洁净度、晶型结构提出了更高的要求。这也要求与铝液直接接触的流槽耐火材料必须具备更高的性能，如表面光滑、难与铝液润湿、更好的耐铝液侵蚀性、优良的热震稳定性、良好的保温效果、质轻且便于安装等。由于流槽是铝深加工生产过程中的消耗性材料，需要定期更换，因此，这要求流槽材料在具有良好性能的同时，也要具有较低的价格，以便降低铝合金的生产成本。
CN104475692A公开了一种铝水流槽的制作工艺，将石英质浇注料搅拌均匀后倒入模具震动成型，养护干燥24小时后进行脱模，再氧化5-6天后进入低温窑于350-450℃烘烤2-4天，出窑后对流槽的三个内侧面进行喷涂釉料，然后干燥24小时，进入中温窑于760-800℃保温30分钟，冷却后出窑，得到流槽制品。由于在流槽预制件表面喷涂了一层釉料，因此，流槽的表面光洁度很好，使流动的铝水能够很快的通过流槽，减少了铝水流动过程中的温度下降，从而改善了保温性能。但该方法工艺复杂，生产周期较长， 而且釉料的喷涂将会进一步增加制品的成本。
CN204035488U公开了一种用于铝液输送的流槽预制件，在流槽底部镶嵌一块金属陶瓷耐火材料冲击块，从而来提高抗铝液冲刷能力，同时在冲击块磨损一定程度后，可以重新更换。然而，冲击块的安装将会减少流槽铝液输送体积，表面粘附或缝隙渗入的铝液将使冲击块的更换操作变得尤为困难。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种高性能铝水流槽的低成本制备方法，以满足铝深加工行业对流槽耐火材料的使用要求。
为实现本发明的目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种制备铝水流槽用组合物，该组合物包括：骨料、填充料、结合剂和分散剂；其中，所述骨料选自熔融石英颗粒、电熔刚玉颗粒和电熔莫来石颗粒中的一种或多种，所述填充料含有第一填充料，所述第一填充料为粉煤灰，所述第一填充料占总填充料的含量为20-100重量％。
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种制备铝水流槽的方法，该方法包括：将制备铝水流槽用组合物和水混合得到浇注料，将浇注料注入模具中进行成型，然后进行养护脱模、干燥和煅烧；所述组合物为本发明所述的组合物。
根据本发明的第三方面，本发明提供了一种按照本发明的方法制备得到的铝水流槽，其中，体积密度为1.5-2.5g/cm3，显气孔率为10-40％，耐压强度为20-80MPa，抗折强度为5-20MPa。
使用本发明制备的铝水流槽产品的典型性能如下，体积密度为1.5-2.5g/cm3，显气孔率为10-40％，耐压强度为20-80MPa，抗折强度5-20MPa，而且抗热震性能优异，抗震性、保温性效果好。
本发明的原料配方绿色环保，成本低廉，制备工艺简单，便于大规模工业生产。
本发明涉及的铝水流槽的制备方法，绿色环保，成本低廉，不仅有效利用了工业固体废弃物，同时也提高了铝水流槽的使用性能。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1显示的是粉煤灰含量(基于骨料)对流槽材料的体积密度和显气孔率的影响。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如前所述，本发明提供了一种制备铝水流槽用组合物，该组合物包括：骨料、填充料、结合剂和分散剂；其中，所述骨料选自熔融石英颗粒、电熔刚玉颗粒和电熔莫来石颗粒中的一种或多种，所述填充料含有第一填充料，所述第一填充料为粉煤灰，所述第一填充料占总填充料的含量为20-100重量％。
根据本发明的一种优选实施方式，所述填充料中还含有第二填充料，所述第二填充料可以为本领域的常规选择，针对本发明，优选第二填充料为石英粉、氧化铝粉、硅灰、铝矾土和铝硅酸盐中的一种或多种。
根据本发明的一种优选实施方式，第一填充料占总填充料的含量为40-70 重量％，第二填充料占总填充料的含量为30-60重量％。由此可以进一步提高铝水流槽制品的性能。
根据本发明的一种优选实施方式，第二填充料的中位粒径小于100微米，优选为20-75微米和/或0.5-10微米。由此可以进一步提高铝水流槽制品的性能。其中，优选第二填充料的中位粒径为20-75微米和/或0.5-10微米指的是，第二填充料为中位粒径为20-75微米的填充料或者第二填充料为中位粒径为0.5-10微米的填充料或者第二填充料为中位粒径为0.5-10微米的填充料与中位粒径为20-75微米的填充料的混合物。
本发明中，中位粒径指的是颗粒样品的累计粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径(颗粒直径)，它的物理意义是粒径大于它的颗粒占50％，小于它的颗粒也占50％。
根据本发明，所述粉煤灰为火力发电厂的燃煤副产物，即从燃烧尾气中经过各级收尘系统获得的细小颗粒物。
根据本发明的一种优选实施方式，所述粉煤灰的中位粒径为1-100微米。
根据本发明的一种优选实施方式，以干重计，所述粉煤灰含有30-65重量％的SiO2、15-55重量％的Al2O3和1-20重量％的CaO。
根据本发明的一种优选实施方式，所述骨料的中位粒径为0.1-5mm。
根据本发明的一种优选实施方式，骨料与粉煤灰的重量比为100：(1-90)，优选为100：(20-70)；结合剂的用量为骨料和填充料的总重量的2-30％，优选为3-20％；分散剂的用量小于骨料和填充料总重量的5％，优选为0.3-5％。由此可以进一步提高铝水流槽的性能。
图1显示了粉煤灰含量(基于骨料)对流槽制品材料的体积密度和显气孔率的影响，其中，原料组合物的配比如下，中位粒径为1-2mm的熔融石英颗粒10kg、中位粒径为0.5-1mm的熔融石英颗粒5kg、中位粒径为0.1-0.5mm的熔融石英颗粒3kg、粉煤灰的中位粒径为60微米、中位粒径为 0.8um的硅灰6kg、耐火水泥1kg、三聚磷酸钠0.1kg，加水2kg后搅拌均匀，然后振动浇注成型，脱模后的预制件在120℃的烘箱中干燥12h，然后将预制件转入煅烧炉内，以2℃/min的升温速率升至800℃，保温2h，自然冷却，从而得到铝水流槽制品。由图1可以看出，使用本发明的组合物制备的铝水流槽制品由于具有较低的密度和较高的气孔率，因此其也具有优异的保温性能。
本发明中，所述结合剂的种类的可选范围较宽，本领域常规使用的结合剂均可以用于本发明，根据本发明的一种优选实施方式，所述结合剂为水泥和/或氢氧化铝。
本发明中，所述分散剂的种类的可选范围较宽，本领域常规使用的分散剂均可以用于本发明，根据本发明的一种优选实施方式，所述分散剂选自三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚乙二醇和聚丙烯酸盐中的一种或多种。
使用本发明的组合物制备铝水流槽均可以实现本发明的目的，针对本发明，具体提供了一种制备铝水流槽的方法，该方法包括：
将制备铝水流槽用组合物和水混合得到浇注料，将浇注料注入模具中进行成型，然后进行养护脱模、干燥和煅烧；所述组合物为本发明所述的组合物。
本发明中，养护脱模、干燥和煅烧的步骤及条件均可参照本领域的常规技术进行，本发明对此无特殊要求。
根据本发明的一种优选实施方式，组合物与水的重量比为(8-15)：1。
根据本发明的一种优选实施方式，煅烧的温度为500-1000℃，优选为700-900℃；优选煅烧的升温速率小于10℃/min，更优选为2-8℃/min。
根据本发明的一种优选实施方式，煅烧的保温时间为1-5h。
根据本发明的一种优选实施方式，本发明按如下步骤进行：
(1)将称量好的骨料、填充料、结合剂、分散剂和水加入混料机内， 高速搅拌混料，直至得到混合均匀的浇注料；
(2)把预先设计好的模具放在振动平台上，开启振动后，将浇注料倒入模具，确保浇注料在模具内具有较好的流动性、且气体充分排除；
(3)对模具中的流槽预制件进行养护脱模，例如养护脱模通常在常温环境或恒温恒湿箱内保持2-48h，使预制件具有足够的强度后再进行脱模处理；
(4)将脱模后的预制件进行烘干，烘干的温度优选为80-250℃；
(5)最后在高温炉内于500-1000℃对预制件进行煅烧，从而得到强度高、抗热震性好和耐铝水侵蚀性能优异的流槽制品。
如前所述，本发明提供了按照本发明的方法制备得到的铝水流槽，其中，体积密度为1.5-2.5g/cm3，优选为1.8-2.1g/cm3；显气孔率为10-40％，优选为18-32％；耐压强度为20-80MPa，优选为30-50MPa；抗折强度为5-20MPa，优选为6-15MPa。
本发明中，体积密度采用GB/T 2997-2000致密定形耐火制品体积密度、显气孔率和真气孔率试验方法得到。
显气孔率采用GB/T 2997-2000致密定形耐火制品体积密度、显气孔率和真气孔率试验方法得到。
耐压强度采用GB/T 50722008耐火材料常温耐压强度试验方法得到。
抗折强度采用GB/T 3001-2007耐火材料常温抗折强度试验方法得到。
本发明中，所采用的粉煤灰均来自神华准格尔电厂。
下面通过实施例对于整个过程做详细的说明，但是本发明的权利要求范围不受这些实施例的限制。同时，实施例只是给出了实现此目的的部分条件，但并不意味着必须满足这些条件才可以达到此目的。
实施例1
称取中位粒径为1-2mm的熔融石英颗粒10kg、中位粒径为0.5-1mm的熔融石英颗粒5kg、中位粒径为0.1-0.5mm的熔融石英颗粒3kg、中位粒径为60um的粉煤灰5kg、中位粒径为2um的粉煤灰2.5kg、耐火水泥1kg、分散剂三聚磷酸钠(数均分子量368)0.1kg、水2kg；所采用的粉煤灰含32wt％的Al2O3、45wt％的SiO2和10wt％的CaO，其余为少量的Fe2O3、K2O、Na2O、MgO等。将上述混合物加入搅拌机内，以50rpm的转速搅拌10min，形成混合均匀的浇注料，将设计好的流槽模具放于振动平台上，开启振动，将浇注料倒入模具，并继续振动5min，确保气体完全排除，将模具置于常温25℃下放置24h，然后脱模，并把脱模后的预制件在120℃的烘箱中干燥12h，然后将预制件转入煅烧炉内，以2℃/min的升温速率升至800℃，保温2h，自然冷却，从而得到铝水流槽制品，体积密度为1.8g/cm3，显气孔率为32％，耐压强度为30MPa，抗折强度6MPa。
实施例2
称取中位粒径为1-2mm的熔融石英颗粒10kg、中位粒径为0.5-1mm的电熔莫来石颗粒4kg、中位粒径为0.1-0.5mm的电熔刚玉颗粒2kg、中位粒径为45um的粉煤灰8kg、中位粒径为0.8um的硅灰6kg、耐火水泥3kg、分散剂聚乙二醇(数均分子量600)0.3kg、水3kg，所采用的粉煤灰含18wt％的Al2O3、54wt％的SiO2和14wt％的CaO，其余为少量的Fe2O3、K2O、Na2O、MgO等。将上述混合物加入搅拌机内，以30rpm的转速搅拌20min，形成混合均匀的浇注料，将设计好的流槽模具放于振动平台上，开启振动，将浇注料倒入模具，并继续振动10min，确保气体完全排除，将模具置于恒温恒湿箱内，在60℃和50％湿度的环境下保持12h，然后脱模，并把脱模后的预制件在80℃的烘箱中干燥24h，然后将预制件转入煅烧炉内，以5℃/min的升温速率升至700℃，保温4h，自然冷却，从而得到铝水流槽制品，体积密度为2.1g/cm3，显气孔率为25％，耐压强度为45MPa，抗折强度12MPa。
实施例3
称取中位粒径为3-5mm的熔融石英颗粒10kg、中位粒径为1-2mm的电熔刚玉颗粒5kg、中位粒径为0.3-0.8mm的电熔刚玉颗粒2.5kg、中位粒径为20um的粉煤灰5kg、中位粒径为8um的氧化铝微粉4kg、中位粒径为2um的粉煤灰3kg、耐火水泥4kg、氢氧化铝1.8kg、分散剂聚丙烯酸钠(数均分子量8000)1.4kg、水4.5kg，所采用的粉煤灰含48wt％的Al2O3、41wt％的SiO2和5wt％的CaO，其余为少量的Fe2O3、K2O、Na2O、MgO等。将上述混合物加入搅拌机内，以80rpm的转速搅拌30min，形成混合均匀的浇注料，将设计好的流槽模具放于振动平台上，开启振动，将浇注料倒入模具，并继续振动30min，确保气体完全排除，将模具置于恒温恒湿箱内，在80℃和30％湿度的环境下保持12h，然后脱模，并把脱模后的预制件在150℃的烘箱中干燥8h，然后将预制件转入煅烧炉内，以8℃/min的升温速率升至900℃，保温2h，自然冷却，从而得到铝水流槽制品，体积密度为1.9g/cm3，显气孔率为18％，耐压强度为50MPa，抗折强度15MPa。
由实施例的结果可以看出，本发明涉及的铝水流槽的制备方法，绿色环保，成本低廉，不仅有效利用了工业固体废弃物，同时也提高了铝水流槽的使用性能。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。