专利名称：可喷涂的耐火材料组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及实质上无碱的耐火材料组合物，该组合物优先与水混合，并且喷到哓口盘的永久炉衬上形成随即易处理的炉衬。浇口盘和铸勺是加工金属和金属合金中使用的中间密闭容器。这些容器包括耐热性高的永久耐火炉衬材料。一种材料如50～70%Al2O3砖经常被用于形成永久耐火炉衬。虽然永久炉衬材料的耐热性高，但是，在熔融金属加工期间与熔融金属接触，以及多次的冷热循环会腐蚀永久炉衬，需要频繁的更换永久炉衬。因此，根据浇口盘的永久炉衬或其它熔融金属加工装置的永久炉衬制成干燥可振动的，可抹平的、可喷射或可喷涂的耐火材料制成的易处理的炉衬。
该易处理的炉衬用作为热的或化学阻挡层，该阻挡层保护永久炉衬，同时保持熔融金属的温度。在浇口盘或铸勺经多次循环使用之后，更换易处理的炉衬。由于与永久炉衬相比，易处理炉衬具有不同的热膨胀系数，“脱渣壳desklling或除去易处理炉衬应该是容易完成的。但是，过去使用的形成这类易处理炉衬的耐火材料组合物常常包括碱性氧化物，如，Na2O和K2O。浇口盘和铸勺的热渗透能引起易处理炉衬和永久炉衬的界面发生反应。在这个界面上，该氧化物可与永久炉衬发生反应，由此造成两个炉衬的熔化。因此，易处理炉衬的脱渣壳变得困难，在这操作期间，熔化到易处理炉衬中的部分永久炉衬可被除去。而且，永久炉衬的污染增加了靠近易处理炉衬层的热膨胀系数。该层和剩余的永久炉衬之间不同的膨胀能使永久炉衬的薄层剥落，因而导致过早的损坏。
碱性耐火材料通常用作为易处理炉衬材料。术语“碱性”是指这些材料的化学特性，而不是指其组合物的组成。碱性耐火材料包括氧化镁，煅烧白云石，橄榄石，氧化钙或其混合物。
除了耐火骨料之外，这类传统的耐火材料组合物还可包含各种粘结剂，降低密度的物质和增塑剂。此外，为了便于抹平，喷涂或喷射之用，通常向组合物中加入水。
可喷耐火材料一般含约20～30%重量的水，于是，能将它们通过皮带管泵送，并且当它们与喷枪中的压缩空气混合时可喷雾。可喷雾的炉衬很适用于浇铸容器如热顶，铸勺、浇口盘，槽和管子。
至今，人们已经观察到可喷的耐火材料具有坍塌的缺点，即目前所使用的耐火材料缺少必要的粘附，以保持固定到被其施用的表面上。
因此，很有必要提供一种有利于用作为易处理炉衬的可喷雾耐火材料，而该炉料具有令人满意的热绝缘性，容易从永久炉衬上除去，并且它提供了没有明显的湿材料塌落的均匀层，更有必要提供一种可喷雾材料，该材料具有以上的优点，同时其密度还不超过100磅/英尺3(“P.C.F.”)，并且允许喷枪的停留时间高达约30～40分钟而不堵塞。此外，如果这些材料基本上没有碱性氧化物存在，那么可以减轻永久炉衬的污染和/或过早损坏的问题。
按照本发明，提供了一种实质上无碱性氧化物的耐火材料，该材料能被用作为易处理的耐火炉衬，该炉衬具有令人满意的耐化学和耐高温性并且在冷却后能容易的除去。
更具体地说，本发明提供了一种低密度，实质上无碱性氧化物的耐火材料组合物，其组合物含有不超过0.1%重量的碱性氧化物。而且，该组合物在喷雾使用时能防止塌落，同时具有的停留时间高达约30～40分钟，而喷雾装置没有堵塞。该组合物的干基密度低于100P.C.F，一般约80～95P.C.F。另外，该组合物的碱性组分总含量不超过组合物总量的0.1%。因此，由本发明的耐火材料组合物制成的易处理炉衬有助于延长浇铸装置内的永久炉衬的使用寿命。
包含硬化剂，缓凝剂，一种或多种降低密度的物质，增塑剂，低温粘结剂和耐火骨料的耐火材料组合物获得了上述的优点。此外，可以按预定的重量比加入硬化剂和缓凝剂，以便在组合物的喷涂使用期间达到最佳性能。
在下文的描述中，所有的百分率或%除另有说明外均为重量百分比。
本发明涉及耐火材料组合物，该组合物包含作为主要组分的各种耐火骨料的任何一种，耐火骨料如氧化镁，煅烧白云石，橄榄石，氧化钙、氧化铝，氧化硅和其结合物。对于易处理的浇铸容器或浇口盘衬里，优选的耐火骨料应该是碱性耐火材料，更优选的，为以氧化镁或其它MgO源为基的耐火材料。
氧化镁骨料应该含有至少约50～95%MgO，于是，可以选择任何具有水溶性颗粒的耐火颗粒的MgO源，如僵烧氧化镁，海水氧化镁，方镁石或类似物质。在无碱性氧化物组合物的配方中，耐火骨料的剩余百分率应该不含有任何明显量的碱性氧化物组分。
耐火骨料的成分约为总组合物的83%以上，优选的约90%以上。当氧化镁用作为骨料时，必要时一部分可用橄榄石代替，因此，作为耐火骨料使用的总组合物中的MgO含量可以在38%到99%之间改变，而橄榄石的用量可高达45%。
加入增塑剂是为了增强组合物粘附到其所施用的表面上的能力。增塑剂的用量约为0.1～5%。增塑剂优选的是选自膨润土，高岭土和球土的粘土。然而，特别优选膨润土作为增塑剂。
为了控制组合物的密度，加入至少一种降低密度的物质，其用量介于约0.1和6%之间。任何降低密度的物质都可被使用，包括无机或有机纤维、膨胀的无机或有机材料或其它轻质填料。纸纤维(粗的或细的)，陶瓷或玻璃纤维，矿棉，膨胀粘土，和聚苯乙烯珠为常用的可加入的组分。
有利的降低密度的物质是纤维素纤维和膨胀聚苯乙烯珠的结合物。优选的有机纤维是粗纸纤维，细纸纤维或其混合物。这些纤维的纤维长度一般约为0.1～1.5mm。使用这些纤维能使本发明的耐火材料组合物的干密度不超过100磅/英尺3。
除了纸纤维之外，还可加入细珍珠岩，膨胀聚苯乙烯珠，膨胀耐火粘土和其混合物，以进一步降低组合物的密度。最优选的是膨胀聚苯乙烯珠，其平均粒径约为0.5～2mm，体积密度约1～21b/ft3，熔化温度约400～500°F，汽化温度为500～600°F。可以发现在US专利5073525中对这些珠作了进一步的详述，其内容引入本文只是作为参考。这些珠与纸纤维结合所提供耐火材料组合物的干密度低约80磅/英尺3。
该组合物还含有约0.1～2%的硬化剂和约0.1～2%缓凝剂。加入硬化剂是为了当组合物与水混合时，其组合物具有初凝特性，对于喷涂用途，水的用量一般约为20～30%，以使之具有泵送粘度。硬化剂优选的为一种无碱磷酸盐化合物，如碱土磷酸盐，磷酸铝，封装磷酸，磷酸氨或有机磷酸盐化合物。在这些化合物中，磷酸一钙是最好的，硬化剂也改进了组合物的高温强度。
加入缓凝剂是为控制硬化剂的凝结特性，因而改善组合物的实际停留时间。缓凝剂的加入量约为0.1～2%，优选的为一种有机酸。可以使用任何二元或三元羧酸，其代表酸为柠檬酸，酒石酸，草酸或苹果酸。在这些有机酸中，发现粉状的柠檬酸是最好的。
这些添加剂在上述的范围内还可进一步调节，以控制耐火材料组合物的粘度，同时可泵送到喷雾装置中。通过控制硬化剂与缓凝剂的重量比达到组合物使用期间的最佳特性。重量比为约3∶1～1∶3为适宜的，约为1.5∶1～1∶1.5为优选的。最优选的比为约1∶1。在这种用量下，这些添加剂共同作用以防止刚喷雾后和干燥前的期间内耐火材料的塌落。
缓凝剂阻止耐火材料组合物过早地达到太高的粘度，有效地限制其流过喷雾装置。缓凝剂的优选用量是使耐火材料在喷雾装置中的停留时间达到约30～40分钟，而不引起装置的堵塞。因此，该组合物使得在30～40分钟的工作停止后，不需要清除粘结到喷头或喷管上的组合物便可继续工作。粉状柠檬酸与磷酸一钙的重量比为1∶1是最优选的。这样的组合物具有所要求的停留时间和抗塌落特征。
本发明的耐火材料组合物可进一步地含有约0.1～2%的第二种粘结剂。已经发现添加这种粘结剂提高了耐火强度，同时也改善了空气夹带对组合物的作用，进一步降低了组合物的密度。这种粘结剂优选的为碱土木素磺酸盐如，例如木素磺酸钙。
实施例下面的非限定性实施例进一步阐述了本发明的优选实施方案。
实施例1通过干混组分成均匀的配合料，将配合料与25%水结合，并且混合该结合料，使水基本上均匀地分布在配合料中制备下列试验配方。正如表1所示的，改变硬化剂和缓凝剂的使用量并测定它们对组合物的凝结特性的影响。
表 1
结果示于以下表2中。
试样C含有0.85%磷酸一钙和0.85%柠檬酸，呈现出优选的硬化时间，提高了防止塌落的能力并且延长了保留时间。
实施例2已经发现通过将一种超轻质骨料渗入到耐火材料组合物中可以得到低于90P·c·f的密度，该轻质骨料包含膨胀的聚苯乙烯珠(型号＃2)和粗纸纤维。
以下表3列出了5种试验配方，除了表中规定了水含量以外，制备过程如上述实施例1所述。改变膨胀聚苯乙烯珠的用量，测定其对组合物干密度的影响以及珠在干组合物中的分散性。
如上所示，试样F，H和I的干密度低于90P·c·f试样Ⅰ既符合干密度(低于90P·c·f)的标准同时又显示出珠在干粉中与水混合之前具有很好的分散性。
实施例3将实施例2的试样1的配方用于许多喷涂应用领域的试验中。对该试验组合物用作为不同场合的易处理浇口盘衬里进行试验。该组合物符合喷涂使用的要求，即喷涂速率，停留时间，防止塌落等。所制成的炉衬也符合干燥，预热、熔融金属方面的性能要求和抗渣性，使用寿命和程序要求。已经发现在各种场合炉衬的脱渣壳性(deskullability)都好，并且全面改进了传统使用的含碱性氧化物的耐火材料组合物的性能。
很显然，可确信本文所公开的发明实现了上文所述的目的，同时可意识到本领域的熟练的技术人员可进行许多改变和具体化。后附权利要求的意图是完全覆盖落入本发明真实精神和范围内的所这些修改方案和具体实施方案。
权利要求
1.一种用作为易处理炉衬的耐火材料组合物它含有耐火骨料；与缓凝剂化合的无碱性磷酸盐化合物，其磷酸盐的用量足以使组合物具有硬化特性，缓凝剂加入适量是当其与水混合时足以延长组合物的凝结时间；至少一种降低密度的物质，其量足以降低组合物的密度；和增塑剂，其量为在与水混合后足以提高组合物粘附到垂直表面上的能力。
2.根据权利要求1的耐火材料组合物，用作为易处理炉衬，包含(均以重量%计);约0.1～2%的含无碱性磷酸盐的硬化剂;约0.1～2%的缓凝剂;约0.1～6%的降低密度物质;约0.1～5%的增塑剂;和至少约85%的耐火骨料。
3.一种用作为易处理炉衬的耐火材料组合物它含有(均以重量%计)约0.1～2%无碱磷酸盐化合物的硬化剂;约0.1～2%的缓凝剂;约0.1～5%的第一种降低密度物质;约0.1～1%的第二种降低密度物质、约0.1～5%的增塑剂;约0.1～2%的低温粘结剂;和至少约83%的耐火骨料。
4.权利要求1，2或3的组合物，其中硬化剂和缓凝剂的重量比约3∶1～1∶3。
5.权利要求4的组合物，其中骨料是具有至少85%MgO的镁源，并且组合物的碱性氧化物含量低于约0.1%wt，硬化剂为碱土金属磷酸盐，磷酸铝，压缩的磷酸，磷酸铵或有机磷酸盐化合物，以及缓凝剂为柠檬酸，酒石酸，草酸或苹果酸或其混合物。
6.权利要求5的组合物，其中硬化剂为磷酸一钙。
7.权利要求1，2或3的组合物，其中缓凝剂为柠檬酸，酒石酸，草酸或苹果酸或其混合物。
8.权利要求1，2或3的组合物，其中降低密度物质为无机纤维，有机纤维，膨胀的无机材料，膨胀的有机材料或其混合物。
9.权利要求8的组合物，其中降低密度物质为纤维素纤维，膨胀粘土，泡沫聚苯乙烯珠或其混合物。
10.权利要求1，2或3的组合物，其中增塑剂为膨润土，高岭土或球土。
11.权利要求1，2或3的组合物，其中骨料为氧化镁，氧化铝、氧化钙，二氧化硅或其混合物。
12.权利要求3的组合物，其中硬化剂为磷酸一钙，缓凝剂为粉状柠檬酸。
13.权利要求3的组合物，其中硬化剂和缓凝剂重量比约1.5∶1～1∶1.5。
14.权利要求3的组合物，其中第一种降低密度物质为有机纤维，第二种降低密度物质为膨胀的无机或有机材料。
15.权利要求3的组合物，其中低温粘结剂为淀粉，谷类或天然或合成树脂的有机粘结剂。
16.用作为易处理炉衬的耐火材料组合物它含有(均以重量%计)约0.1～2%的磷酸-钙硬化剂;约0.1～2%的粉状柠檬酸缓凝剂;约0.1～5%纸纤维;约0.1～1%泡沫聚苯乙烯珠;约0.1～5%的粘土;约0.～2%的木素磺酸钙;和至少约83%的耐火骨料，它为至少有85%MgO的镁源，和至少约1～5%橄榄石，和约0.1%以下的碱性氧化物;其中硬化剂和缓凝剂的重量比约为1∶1。
17.处理熔融金属的容器包括存储熔融金属的装置;设置在存储装置内保护存储装置免遭熔融金属作用的比较永久的耐火炉衬;和至少在部分永久耐火炉衬上设置易处理耐火炉衬，它含有权利要求1，2或16的组合物。
18.一种设置易处理耐火炉衬的方法，它包括制成权利要求1，2或3之一的组合物;将组合物与足量的水混合形成可喷涂的混合物;和将混合物喷涂到熔融金属存储容器的内表面上，在其上形成易处理的炉衬。
19.一种设置易处理耐火炉衬的方法，它包括当组合物与水混合时通过增加其硬化特性，延缓或延长凝结时间;降低组合物的密度，提高组合物在与水混合形成耐火材料组合物后粘附到垂直表面上的能力来改变含耐火骨料的耐火材料组合物的特性;将组合物与足量的水混合制成可喷涂的混合物;和将混合物喷涂到熔融金属存储容器的内表面上，在其上形成易处理的炉衬。
全文摘要
本发明公开了一种适于作为存储熔融金属容器的易处理炉衬的无碱性氧化物低密度耐火材料及处理方法。这种材料包括约0.1—2％(以下均以重量计)的硬化剂，约0.1—2％的缓凝剂，约0.1—6％的降低密度的物质，约0.1—5％的增塑剂，高达2％的低温粘结剂，和余量为耐火骨料，优选为MgO。硬化剂和缓凝剂的使用基本上相同，以使公开的耐火材料增加防止塌落的能力，同时，允许喷雾装置的停留时间高达1个半小时而没有堵塞。该组合物包含不超过0.1％的碱性氧化物，从而避免易处理炉衬和永久炉衬反应熔化而减少了机械清除易处理炉衬的难度。
文档编号F27D1/16GK1088560SQ93103589
公开日1994年6月29日 申请日期1993年3月1日 优先权日1992年3月6日
发明者C·R·朗帕尔丁, J·A·多迪 申请人:特殊耐火材料公司