一种可快速烘烤耐火浇注料及其制备方法与流程

本发明属于铸钢、铸铁及铝工业熔炼，具体的涉及一种可快速烘烤耐火浇注料及其制备方法。

背景技术：

1、目前常用的耐火浇注料通常为常规水泥、低水泥、超低水泥结合的浇注料体系。浇注料在现场加水施工时，材料中水泥含有的ca、ca2、c12a7相与水混合接触时，开始溶解出ca2+和al(oh)4-,溶解饱和后开始结晶成核形成亚稳态的cah10、c2ah8，并逐渐转换为稳定的c3ah6和ah3。其转化方程式为3cah10→c3ah6+2ah3+18h，3c2ah8→2c3ah6+ah3+9h，从方程式可知，水泥转化成稳态后会伴随大量结合水的形成，而这些结合水需要在550-750℃才能顺利排出。这就需要花费大量的时间对施工后的浇注料进行烘烤，如果烘烤速度过快，浇注料中会形成大量的蒸汽很容易导致材料爆裂，给使用者带来巨大现场安全事故及经济损失，基于此原因，铝酸钙水泥结合体系对耐火浇注料而言是不受欢迎的，目前国内外都致力于无水泥浇注料的快速烘烤研究。

2、而目前国内外市场上常见的快速烘烤浇注料主要为可水合氧化铝(即ρ-al2o3)或溶胶的结合方式，其明显的缺点是凝固时间不容易控制，生坯强度低，溶胶结合方式还存在运输安全的问题，受限于这些因素的影响，国内外快速烘烤浇注料发展并不顺利。

技术实现思路

1、本发明的目的是：有鉴于上述现有快速烘烤浇注料存在的缺陷，提供一种可快速烘烤耐火浇注料及其制备方法，具有优异的施工性能、中高温强度高及大大缩短烘烤时间等优点。本发明解决了目前市场上常规浇注料施工后烘烤周期长、烘烤过快导致爆裂的问题。

2、进一步地解决了目前市场上快速烘烤浇注料存在的生坯强度低、凝固时间难于控制、所用的液体运输安全以及施工后烘烤周期长等问题。本发明的快速烘烤料与常规耐火浇注料一样，现场加水混制浇注，操作简单，凝固时间易于控制，浇注施工后材料强度高，养护结束后可立即进行快速烘烤，缩短烘烤时间，快速投入生产，提高生产效率，创造经济价值。

3、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

4、第一方面，本发明提供一种可快速烘烤耐火浇注料，按照质量百分数计算，包括如下原料组分：铝矾土熟料70～78.5％、功能添加剂6％～10％、电熔锆莫来石微粉7％～12％、煅烧级α-al2o3微粉5％～7％、97wt％规格的硅微粉2％～3％、工业级99wt％乳酸铝粉末1％～2％，防爆纤维0.05％-0.15％，总量为100％。

5、在一些实施例中，铝矾土熟料中al2o3≥87％，sio2＜7.5％，粒径为0.045～7mm。

6、铝矾土熟料在工业上是常见耐火原材料，其最高使用温度在1700℃左右，其高温强度、抗侵蚀、抗冷热冲击性能远优于普通的黏土和硅质耐火原料。矾土熟料纯度越高，意味着其含有的杂质越低，高温下形成低熔点的长石类有害物质就越少，可保证耐火材料的高温性能。该发明中制备的功能添加剂里有一定比例的镁砂细粉，而铝矾土熟料中的fe2o3、tio2及r2o等少量杂质在高温下能与镁砂细粉中的cao等反应，高温烧结时出现少量液相能促进浇注料的烧结，进而也促进ma的合成，而ma具有非常优异的高温强度和抗化学侵蚀特性，保障了该快速烘烤浇注料的高温性能。

7、在一些实施例中，所述功能添加剂的制备方法包括：按照质量百分数计算，总量为100％，将97wt％规格的硅微粉45％～55％、99wt％规格的镁砂微粉35％～45％、高纯低钠活性α-al2o3微粉5％～10％、三聚磷酸钠1.0％～2.5％、六偏磷酸钠1.0％～2.5％进行充分研磨，得所述功能添加剂。

8、在一些实施例中，所述功能添加剂置于行星式球磨机中进行干法研磨，研磨后测试粒度要求满足中位径d50在2.0-3.5um范围内。

9、在一些实施例中，功能添加剂的连续研磨时间为6-10小时。

10、本发明开发的快速烘烤浇注料引入自行研发的功能添加剂，该添加剂可使得浇注料具有优异的分散和可快速烘烤特性。其理论依据：在浇注料体系中，97wt％规格的硅微粉颗粒表面水化后所形成的si-oh键(硅胶)，脱水后聚合而形成牢固的由si-oh键结合的微粉网状链结构来提供结合强度。但是只采用硅微粉作结合剂，试样的强度较低，所以在硅灰基础上引入高纯进口镁砂细粉，依靠sio2微粉凝聚和mgo细粉水化的共同作用来实现浇注料的凝结硬化，并且是以硅微粉的凝聚结合为主，mgo细粉的水合结合为辅，同时部分镁砂中的主要矿物组成方镁石与水或水蒸气水化反应生成mg(oh)2凝胶，并且伴随着体积膨胀，填充于颗粒之间，使浇注料的自然干燥强度和烘干强度增强。高纯低钠活性α-al2o3微粉与镁砂细粉研磨后在高温下更容易反应生成ma尖晶石，补偿材料在高温下的收缩，提高材料的抗冷热冲击及抗渣侵蚀性能。

11、传统浇注料虽然比较致密,但实际上仍有较多的微隙孔洞中填满水,升温排除水后,衬体内会留有许多孔隙，而快速烘烤浇注料的目的就是要尽可能消除材料中的缝隙和孔洞，此添加剂中的硅微粉和α-al2o3微粉可以通过填充机理来实现减水与填充气孔缝隙的功效。加入适量微粉后,这些孔隙会被微粉填充,只剩下非常少量的孔隙中残留水；同时三聚和六偏分散剂(减水剂)的引入使得残留在孔隙中少量的水会大大降低，实现材料快速烘烤。三聚和六偏分散剂的作用机理之一是dlvo理论,即加入某种物质来改变和提高胶粒表面的电动电位的静电斥力机制达到分散减水的功效。虽然硅微粉、氧化铝微粉在水中也会由于形成胶体粒子存在凝聚趋势,但上面提到的填充作用从而会减弱,而加入三聚和六偏分散剂(减水剂)后,粒子表面形成双电层重叠而产生的静电斥力作用,防止了粒子间的吸附絮凝,从而强化了微粉的以填充来实现减水作用的功效:微粉粒子周围吸附了分散剂形成溶媒层,也增大了浇注料的流动性,从而进一步起到减水作用。

12、该功能添加剂是经过一定时间研磨而成，因此其中的原料都具有很好的反应活性，可在浇注料中发挥重要的作用。该添加剂既能替代常规浇注料中的水泥，同时也具有减水剂的效果，其在浇注料中的引入会解决浇注料在快速烘烤时出现爆裂、坍塌等问题，实现耐材快速烘烤。

13、在一些实施例中，电熔锆莫来石微粉中al2o3含量＞40％，zro2含量＞38％，sio2含量＜18％，粒径＜0.075mm；

14、在一些实施例中，所述煅烧级α-al2o3微粉的粒径为4.0-5.5μm，煅烧级α-al2o3微粉中al2o3含量＞99.3％，na2o含量＜0.25％。

15、本发明采用的电熔锆莫来石是在al2o3-sio2系中引入zro2电熔而制成的一种耐火原料。莫来石是一种常见的耐火原料，因其具有优异的抗冷热冲击特性而广受耐火行业的喜爱，而在al2o3-sio2系中引入zro2不仅可以改善莫来石的组织结构，还可大大提升材料的抗酸碱侵蚀、耐热震性并进一步降低热膨胀系数，使得材料体积稳定性进一步提高。该电容锆莫来石微粉具有较高的表面能，可促进低温烧结，此外，锆莫来石中含有玻璃相，在高温下出现的液相产生了较大的毛细管力，导致颗粒滑移，使烧结变得不完全是固相烧结，而是有液相参与的传质和颗粒滑移的烧结过程，因而材料的显气孔率降低和相对密度提高，保证了快速烘烤浇注料的中高温强度。

16、而选用的煅烧级α-al2o3微粉具有优异的烧结活性，在高温下容易与高铝矾土和体系中引入的97wt％规格硅微粉反应生成棒状或针状的莫来石物质，莫来石不仅具有优异的高温体积稳定性，同时还可以使材料致密化，降低材料的孔隙率，提高材料的体积稳定性及高温强度。

17、在一些实施例中，所述工业级99wt％乳酸铝粉末中有效成分≥99％，熔点＞300℃，ph(100g/l,25℃)＝3.0～4.0。

18、在一些实施例中，防爆纤维为聚丙烯材质，长度＝5～6mm，直径＝4～6um，熔融温度＝100℃。

19、本发明采用的工业级99wt％乳酸铝粉末是一种新型碱式乳剂防爆剂，由羟化铝离子聚合的多核络合物组成，分子式为al(oh)3-x(ch2chohcoo)x·nh2o，能有效溶解于水中，且不因加热而产生有毒气体，加热后变成al2o3，所以不用担心降低浇注料的耐热性。乳酸铝的引入可以提高快速烘烤浇注料的防爆裂性，因为浇注料在低温干燥时，乳酸铝脱水胶化，会在基质中产生网状微裂纹从而增大材料的透气率，可防止浇注料的爆裂。另外添加乳酸铝能抑制快速烘烤浇注料添加剂中镁砂细粉的水化(镁砂细粉水化时会伴随着大量的膨胀，容易导致浇注料开裂)，这样加热时浇注料的膨胀得到了有效的控制，从而大大降低了试样烘烤过程中开裂的可能性。

20、而选用的防爆纤维在浇注料中是解决防爆裂的常用方法。纤维防爆原理是在浇注料中添加一定量的低熔点有机纤维，浇注料受热后纤维迅速收缩、熔融或碳化，在耐火材料中形成细长的气孔，有利于浇注料内因加热产生的水蒸气迅速排出去。浇注料内的水蒸气迅速排出，而不是聚集在浇注体内形成较大的蒸汽压力，提高了浇注料的抗爆裂性。该有机纤维的加入不发生化学反应，施工过程的影响因素较小，容易控制，没有危险性，但加入过多会影响浇注料的流动性和结构稳定性，本发明中引入0.10％有机防爆纤维。

21、第一方面，本发明提供一种可快速烘烤耐火浇注料的制备方法，具有同样的作用。

22、本发明提供的快速烘烤浇注料的制备方法，包括如下操作步骤：

23、(1)按照质量百分数计算，总量为100％，将97wt％规格的硅微粉45％～55％、99wt％规格的镁砂微粉35％～45％、高纯低钠活性α-al2o3微粉5％～10％、三聚磷酸钠1.0％～2.5％、六偏磷酸钠1.0％～2.5％放入行星式球磨机中连续研磨，使得磨好的微粉中位径在2.0-3.5um范围内，得到功能添加剂a；

24、(2)将铝矾土熟料、电熔锆莫来石微粉、煅烧级α-al2o3微粉、97wt％规格的硅微粉、工业级99wt％乳酸铝粉末和防爆纤维放入混料机中预混，得到预混料b；

25、(3)按照配方比例将功能添加剂a、预混料b放入强制混料机中混合均匀，得到可快速烘烤耐火浇注料。

26、上述制得的一种可快速烘烤耐火浇注料，按照质量百分数计算，包括如下化学组分：al2o3：70％～80％、sio2：10％～13％、zro2：3％～5％和mgo：2％～3％，余量为不可避免的杂质，总量为100％。该快速烘烤浇注料可被用于铸造行业铁水包、钢水包工作衬耐火材料，也可被用作铝工业各种热工设备，比如反射炉、塔式熔化炉、双式炉等设备的工作衬耐火材料使用。

27、综上所述，本发明具有以下有益效果：

28、1.本发明通过自主研发的功能添加剂具有很高的活性。在浇注料体系中，硅微粉颗粒表面水化后所形成硅胶，脱水后聚合而形成牢固的微粉网状链结构来提供结合强度。同时具有一定活性镁砂的细粉，依靠sio2微粉凝聚和mgo细粉水化的共同作用来实现浇注料的凝结硬化，可保证材料顺利凝固以及拥有优异的早期强度。研磨后使得α-al2o3微粉具有更高的活性，更容易具有填充机理来实现减水与填充气孔缝隙的功效,这些孔隙被α-al2o3微粉填充后,只剩下非常少量的孔隙中残留水；同时添加剂中研磨的三聚和六偏使得残留在孔隙中少量的水会大大降低，实现材料真正的快速烘烤。

29、2.本发明选用的乳酸铝可以大大改善快速烘烤浇注料的防爆裂性，因为乳酸铝脱水胶化后会在基质中产生网状微裂纹从而增大材料的透气率，可防止浇注料的爆裂。同时该发明中也引入了一定量的防爆纤维可以解决耐火材料快速烘烤引起的爆裂问题。

30、3.本发明中，自主研发的功能添加剂及乳酸铝的引入使得该快速烘烤浇注料具有施工简单，不存在溶液运输问题，施工后生坯强度高，可立即进行快速烘烤，大大缩短烘烤周期，节省烘烤费用，而且还可以快速投入生产，快速产生价值和经济效益。