形成尖晶石的耐火组合物、它们的制造方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及设计用来形成包含尖晶石的不定形耐火组合物的颗粒组合物，例如作 为冶金钢包的耐火内衬。本发明还涉及形成所述颗粒组合物的方法和所述颗粒组合物在形 成不定形耐火组合物中的应用。
【背景技术】
[0002] 耐火物是具有使其适于在高温应用中用作隔热阻障物的特性的材料。未成形的耐 火材料具有形成无接缝内衬的能力，并通常称为不定形材料。这些材料可用作例如冲天炉 炉床和虹吸管、高炉、主流道、副流道和倾注流道、以及更普遍的容器或流出槽、钢包、漏斗、 反应室及槽（这些装有液态金属及熔渣或任何其它高温液体、固体或气体，引导液态金属 及熔渣或任何其它高温液体、固体或气体的流动，或者适于促进对液态金属及熔渣或任何 其它高温液体、固体或气体的工业处理）的内衬。
[0003] 干燥振动混合物（DVM)通常由聚集的颗粒（聚集体尺寸至多15mm)和粉末状颗粒 (颗粒尺寸小于IOOym)的干燥混合物构成。形成尖晶石的DVM是由富氧化铝聚集体（例 如白刚玉，WFA)和细MgO粉末构成的。DVM被安装在其最终使用位置并以手动、机械或最普 遍的振动方式来压实。DVM经压实所产生的耐火内衬随后会被加热到其最终工作温度，从而 在组合物内发生陶瓷转化（烧结，形成新相）。就耐火内衬而言，在内衬自身中出现物理性 质梯度，这是由锻烧步骤中的温度梯度造成的，因为锻烧内衬通常是通过将熔融金属引入 覆盖有内衬的接收物中来进行，这使得内衬仅通过来自一侧（内侧）的热传导而被加热。
[0004] 对DVM来说，这通常会造成耐火内衬的内侧（受到更强加热）部分被高度烧结、而 更靠外的部分烧结程度较低的结构。这样的机械性质梯度例如避免了裂痕散布到内衬的整 个宽度，所述裂痕通常是由内衬内部表面上的机械冲击或热冲击造成的。液态金属或熔渣 可以沿着由裂痕打开的空间而进入内衬。提供一种具有减少裂痕风险的耐火内衬对于衬有 干燥振动混合物的硬件装置来说提供了显著的安全性改进。
[0005] 形成尖晶石的DVM，例如形成氧化铝-氧化镁尖晶石的DVM，在内衬性能和工作时 间方面提供了额外的优势，所以它们被普遍用于形成不定形耐火内衬。额外的改进缘于氧 化铝-氧化镁尖晶石将熔渣中存在的铁氧化物捕捉在其晶格中的能力，因而高效地避免了 内衬内的熔渣穿透并减少了耐火物和熔渣间的化学反应所产生的损耗。形成尖晶石的DVM 的另一优点在于，在形成尖晶石的过程中，由于尖晶石的密度较氧化铝和氧化镁粉末的密 度低，出现了体积增加。这种体积上的增加有助于补偿烧结收缩，并根据所形成的尖晶石的 数量而导致更进一步的致密化，即耐火内衬中的孔隙度减少，这是由于当内衬在体积受限 的环境中运作时，体积扩大必须在耐火物微结构中发生调节适应。
[0006] 因此，本领域中普遍认为耐火内衬的整体性能与在加热过程中形成的尖晶石的量 和耐火DVM尖晶石的操作过程直接相关。
[0007] 当前技术的形成尖晶石的DVM包括细氧化铝粉末（颗粒直径< 0.1 mm)、细MgO粉 末（颗粒直径< 0.1 mm)和粗氧化错粒及聚集体（0.1 mm <颗粒直径< 15mm)。粉末和聚集体 含量之间必须存在特定的比率，从而使得产物可以在目标空间中安装和压实。如果细粉末 的比例过高，DVM就不能高效地安装。因此，当前技术的形成尖晶石的DVM的MgO含量不高 于15重量％。然而，用以形成氧化铝-氧化镁尖晶石的Al 2O3和MgO的化学计量比为71. 8 重量％ : 28. 2重量％。
【发明内容】
[0008] 本发明由所附的权利要求来定义。
[0009] 具体来说，本发明提供一种颗粒组合物，用于在形成氧化铝-氧化镁尖晶石的干 燥振动混合物（DVM)中使用，基于颗粒组合物的总重量计，所述颗粒组合物包含95重量％ 至99. 9重量％的Al2O3颗粒和MgO颗粒的混合物，和0. 1重量％到5重量％的粘合剂，其 中，所述Al2O3颗粒和MgO颗粒的混合物的至少一部分在颗粒组合物中作为其它颗粒表面上 的颗粒涂层而存在。举例来说，在一种实施方式中，Al 2O3颗粒和MgO颗粒的混合物的总量 可以是98重量％至99. 5重量％，而粘合剂的总量为0. 5重量％至2重量％。
[0010] 在本发明的一种实施方式中，用作形成氧化铝-氧化镁尖晶石的DVM的组合物的 颗径分布使得：颗粒组合物的35重量％至65重量％、优选40重量％到60重量％是粒径为 Imm以上的颗粒，所提供的整个颗粒组合物的45重量％到75重量％、优选50重量％到70 重量％是粒径为0. 5mm以上的颗粒，所提供的整个颗粒组合物的65重量％到95重量％、优 选70重量％到90重量％、例如2重量％以上或例如5重量％以上是粒径为0. 045mm以上的 颗粒，余量为粘合剂，其中，至少一部分的颗粒组合物为选自A1203、MgO或两者并且粒径为 0. 25_以下的第一金属氧化物颗粒，其在颗粒组合物中作为第二金属氧化物颗粒上的涂层 的一部分而存在，所述第二金属氧化物颗粒选自Al 2O3和MgO并且粒径为0. 5mm以上。
[0011] 在一种实施方式中，颗粒组合物的至少一部分，例如2重量％以上，或例如5重 量％以上，是选自A1 203、MgO或两者并且粒径为0. 045mm以下的第一金属氧化物颗粒，其在 颗粒组合物中作为选自Al2O3和MgO并且粒径为1mm以上的第二金属氧化物颗粒上的涂层 的一部分而存在。在一种实施方式中，所提供的整个颗粒组合物的55重量％至85重量％ 是粒径为0. 25mm以上的颗粒，或者所提供的整个颗粒组合物的60重量％至90重量％是粒 径为〇· Imm以上的颗粒。
[0012] 在本发明的一种实施方式中，50重量％以上、例如90重量％以上、例如基本上全 部的粒径为0. 25mm以下的颗粒作为在粒径为0. 5mm以上的颗粒表面上的金属氧化物颗粒 涂层的一部分存在，或者，50重量％以上、例如90重量％以上、例如基本上全部的粒径为 0. 045mm以下的颗粒作为在粒径为1.0 mm以上的颗粒表面上的金属氧化颗粒涂层的一部分 存在。
[0013] 在本发明的一种实施方式中，一些（例如30重量％、或50重量％、或90重量％、 或基本上全部的）粒径为0. 25mm以下的颗粒是粒径为0. 045mm以下的颗粒。
[0014] 在本发明的一种实施方式中，第一金属氧化物颗粒为Al2O3或Al 203与MgO的混合 物，而第二金属氧化物颗粒为MgO。在本发明的一种实施方式中，第一金属氧化物颗粒为 MgO或MgO与Al2O3的混合物，而第二金属氧化物颗粒为Al 203。
[0015] 根据本发明的一个方面，颗粒组合物所包含的粘合剂选自热塑性聚合物、热固性 聚合物和双组分聚合粘合剂。根据本发明的一个方面，颗粒组合物中的Al 2O3颗粒为白刚玉 (WFA)颗粒和聚集体。
[0016] 根据本发明，将粘合剂加入颗粒组合物中以在组合物中形成聚集体，所述聚集体 包含第二金属氧化物颗粒的芯，并具有包含第一金属氧化物颗粒的涂层。
[0017] 根据本发明的一个方面，颗粒组合物还可以包含矿化剂颗粒作为涂层的一部分， 其中所述矿化剂颗粒选自由 B203、V205、Ti02、Y 203、Fe203、CaO、NaCl、A1C13、MgCl、LiF、ZnF 2、 BaF2、CaF2组成的组。
[0018] 根据本发明的一个方面，颗粒组合物还可以包含一种或多种干燥剂，例如无水硫 酸镁（MgSO 4)、氧化硼（B2O3)、无定形硅胶（SiO2)、黄原胶、丙烯酸或甲基丙烯酸。
[0019] 本发明的另一部分是制造在形成氧化铝-氧化镁尖晶石的干燥振动混合物中使 用的颗粒组合物的方法，包括在混合器中以所需的量混合颗粒材料和粘合剂的步骤。
[0020] 本发明的另一部分是本发明一个方面的颗粒组合物在提供用于制造不定形耐火 产品（例如用于冶金钢包的不定形耐火内衬）的DVM中的用途。
[0021] 可以理解的是以下的叙述和【附图说明】仅为本发明示例性实施方式，而权利要求的 范围并不以此为限。
【具体实施方式】
[0022] 如在本文中所描述的，任何被描述为形成颗粒