專利名稱：高體積穩(wěn)定的鋁硅系超低水泥耐火澆注料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種振動(dòng)成形的鋁硅系超低水泥耐火澆注料，其特征是采用特殊的粒度集配按Andreasen公式計(jì)算粒度分布系數(shù)q值為0.300-0.335，第2分割粒度尺寸篩下料合量值對(duì)Andreasen公式呈-2～-6％的偏差，0.7和0.088mm的粒度值對(duì)Andreasen公式呈2-8％的偏差，0.088-0.044mm粒度的物質(zhì)系以莫來(lái)石為主的粉體。
背景技術(shù)：
20余年來(lái)，不定形耐火材料得到了很大發(fā)展。在發(fā)達(dá)國(guó)家不定形材料的用量已達(dá)耐火材料總量的50％左右。低水泥澆注料和超低水泥澆注料是不定形耐火材料家族的主要成員。
超低水泥澆注料有優(yōu)于低水泥澆注料的高溫性能，但高溫?zé)崽幚砗缶哂羞^(guò)高的強(qiáng)度，同時(shí)發(fā)生較大的體積收縮。過(guò)高的強(qiáng)度易使材料具有脆性；過(guò)大的收縮將會(huì)產(chǎn)生體積應(yīng)力易于使材料開(kāi)裂、破壞。從而，這使材料的潛力不能得到發(fā)揮，澆注料的發(fā)展受到制約，窯爐工程的壽命難于進(jìn)一步得到提高。因此，需要研究產(chǎn)生不利現(xiàn)象的原因，采取針對(duì)性措施，解決存在的問(wèn)題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)耐火材料和窯爐工程的技術(shù)進(jìn)步。

發(fā)明內(nèi)容
因含有大量微粉，超低水泥澆注料在很多方面不能緣用傳統(tǒng)耐火材料的工藝。通過(guò)改變粒度和粉體的礦物組成，超低水泥澆注料的高溫過(guò)燒結(jié)問(wèn)題可以得到有效控制。
問(wèn)題的分析通常，耐火材料領(lǐng)域稱＞1mm的粒子為粗顆粒，1～0.088mm的粒子為細(xì)顆粒，＜0.088mm的球磨料為細(xì)粉。平均粒徑＜8μm的粉體則被統(tǒng)稱為微粉。
傳統(tǒng)耐火材料由粗顆粒、細(xì)顆粒和細(xì)粉3部分構(gòu)成。粗顆粒作為骨材對(duì)澆注料的密度、體積穩(wěn)定性、抗侵蝕性和熱震穩(wěn)定性都有很大影響。細(xì)顆粒填充在粗顆?？障吨?。細(xì)顆粒一方面發(fā)揮粗顆粒的作用，進(jìn)一步提高材料的密度、體積穩(wěn)定性、抗侵蝕性和熱震穩(wěn)定性。另一方面，細(xì)顆粒作為粗顆粒和細(xì)粉的過(guò)渡物質(zhì)，可以提高澆注料漿體的粘度，防止粗顆粒和細(xì)粉發(fā)生分離，使?jié)沧⒘暇哂休^好的流動(dòng)性。細(xì)粉最重要的作用是高溫下能夠發(fā)揮燒結(jié)活性，使材料形成堅(jiān)固的結(jié)合。
低水泥和超低水泥澆注料的最主要特征是用微粉取代了部分細(xì)粉。微粉具有更小的粒徑、更大的比表面積、更好的燒結(jié)能力和更強(qiáng)的化學(xué)活性。上述耐火澆注料以粗顆粒作骨材；以細(xì)顆粒填充粗顆粒的間隙；以細(xì)粉填充粗顆粒與細(xì)顆粒的間隙；再以微粉填充剩余的空隙。從而，微粉進(jìn)一步降低了材料的孔隙率，提前發(fā)生燒結(jié)，解決了傳統(tǒng)澆注料中溫強(qiáng)度下降的問(wèn)題，改善了材料的微結(jié)構(gòu)，從而也就使傳統(tǒng)澆注料的強(qiáng)度、抗侵蝕性、燒后線變化和荷重軟化溫度等性能得到提高。
討論顆粒配比，需要提及已知的Andreasen公式y(tǒng)=(xx0)q---1)]]>式1中y-配合料中小于尺寸x的部分；x-篩網(wǎng)尺寸；x0-某一常數(shù)，被假設(shè)為理論最大粒徑；q-粒度系數(shù)。由式1，在x-y的雙對(duì)數(shù)圖上數(shù)據(jù)點(diǎn)應(yīng)成直線發(fā)布。
許多學(xué)者的研究表明q≥0.31時(shí)，因存在太多的骨料，不定形材料的流動(dòng)性很差，只能用搗打的方式成形；q＝0.26時(shí)，可以用搗打、振動(dòng)或自流的方式成形；q＝0.21時(shí)，流動(dòng)性很好，可以用自流或振動(dòng)的方式成形。人們常常選定幾個(gè)q值，然后改變現(xiàn)有原料配比，將粒度級(jí)配的數(shù)據(jù)點(diǎn)在x-y雙對(duì)數(shù)圖上酬合成滿足設(shè)計(jì)q值的直線，再經(jīng)實(shí)驗(yàn)篩選就算完成研究。
Andreasen公式僅有2個(gè)常數(shù)，但澆注料的粒度組成卻至少需要4個(gè)獨(dú)立參數(shù)才能控制。因此，除利用該公式之外還需進(jìn)行更精密的研究。表1顯示了4種原料的粒度分析結(jié)果表1細(xì)粒和普通球磨粉的粒度分布

從表1可知細(xì)顆粒主要含有1.25-0.15mm的物質(zhì)，0.088mm以下的部分很少，對(duì)堅(jiān)固、致密或粗中級(jí)破碎時(shí)難于粉化的物質(zhì)這是普遍現(xiàn)象；0.088mm級(jí)球磨粉主要含有20微米以下具有燒結(jié)活性的部分，0.088-0.044mm部分的含量很少。球磨粉的小于20微米部分在中溫不能產(chǎn)生燒結(jié)作用，經(jīng)高溫處理將提供附加的強(qiáng)度，增加材料的結(jié)構(gòu)脆性。因此，現(xiàn)有澆注料缺乏以0.088-0.054mm區(qū)段附近的顆粒，同時(shí)20-10μm部分的顆粒嚴(yán)重過(guò)剩。
現(xiàn)有澆注料粉體的礦物組成也有問(wèn)題。由CaO-Al2O3-SiO2三元相圖可以推知超低水泥澆注料中的水泥脫水的水化物將優(yōu)先和化學(xué)活性最好的硅灰反應(yīng)，生成CAS2；CAS2將和剩余硅灰生成熔點(diǎn)為1347℃的暫時(shí)性低溶相，使?jié)沧⒘习l(fā)生強(qiáng)烈燒結(jié)；燒結(jié)使材料的燒后強(qiáng)度增加，線變化的絕對(duì)值增大，脆性增強(qiáng)；然后，暫時(shí)性液相出現(xiàn)，氧化鋁溶解，莫來(lái)石晶體析出，該液相被逐漸吸收；最后，澆注料的基質(zhì)達(dá)到平衡礦物組成。
問(wèn)題的解決本發(fā)明的目的在于研究一種高體積穩(wěn)定性的鋁硅系超低水泥耐火澆注料，控制澆注料粒度組成，并提供晶種以加快暫時(shí)性低熔物的回吸和莫來(lái)石相的結(jié)晶，使振動(dòng)成形超低水泥耐火澆注料具有良好的體積穩(wěn)定性能。
首先，應(yīng)增大Andreasen公式的q值，引入更多的骨料限制燒結(jié)，減少收縮，控制強(qiáng)度增長(zhǎng)；其次，在高q值下須保證澆注料具有良好的流動(dòng)性并減少中溫下無(wú)燒結(jié)活性但高溫下有燒結(jié)活性的顆粒含量，澆注料的粒度應(yīng)根據(jù)需要適當(dāng)偏離Andreasen公式增大1#料對(duì)2#料的比值，增大澆注料所缺乏的0.088-0.054mm區(qū)段附近的粒子含量，并減少0.020-0.010mm的粒子數(shù)；最后，使用莫來(lái)石粉體作為晶種。1#料和2#料的定義將在后續(xù)給出。
根據(jù)以上原理和多次試驗(yàn)的結(jié)果，本發(fā)明提出振動(dòng)澆注料的下述工藝參數(shù)范圍1)振動(dòng)成形澆注料的Andreasen公式q值＝0.300-0.335；2)第2分割粒度尺寸的篩下料合量值對(duì)Andreasen公式呈負(fù)偏差，偏差度為-2～-6％，分割粒度的定義在后續(xù)給出，偏差度的計(jì)算式在實(shí)施例1中給出；3)0.7和0.088mm的粒度值對(duì)Andreasen公式呈正偏差，偏差度2-8％；4)0.088-0.044mm系以莫來(lái)石相為主的材料，剛玉相不超過(guò)該粒度段總量的40％。
關(guān)于第1、第2和第3分割粒度尺寸的定義第1分割粒度尺寸為臨界粒度尺寸。臨界粒度尺寸為10～8mm時(shí)，第2分割粒度尺寸為5mm，第3分割粒度尺寸為1.25mm。臨界粒度尺寸為5mm時(shí)，第2分割粒度尺寸為3.2mm，第3分割粒度尺寸為1.0mm。
關(guān)于1#和2#料的定義1#料為粒度尺寸位于第1～第2分割粒度尺寸之間的物料；2#料為粒度尺寸位于第2～第3分割粒度尺寸之間的物料。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1物料配比；8-5mmm 莫來(lái)石35％；5-1.25mm莫來(lái)石18％；＜0.7mm 莫來(lái)石22％；粒度分布峰值位于0.088-0.054mm的莫來(lái)石粗粉13％＜0.044mm 剛玉粉3％；氧化鋁微粉 4％；硅灰3.3％鋁酸鈣水泥 1.7％。
配合料的粒度分布見(jiàn)表2
表2超低水泥莫來(lái)石澆注料粒度分布

表2中的X-篩網(wǎng)尺寸；Y-小于某篩網(wǎng)尺寸的物料總量；LogX，LogY-X和Y的對(duì)數(shù)值。利用表2中的LogX，LogY可以繪出數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布圖，并得到一元回歸方程LogY*＝q×LogX+LogX0(見(jiàn)附圖1)。該圖中的q為0.3253，LogX0為0.6882。
從表2和附圖1可知第2、3數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)Andreasen直線呈負(fù)偏差，特別是第2點(diǎn)的偏差度達(dá)-4.5％；第4、6數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)Andreasen直線呈正偏差，偏差度分別為4.3％和6.0％。偏差度的計(jì)算公式如下δi=(LogYi-(LogY)i*)LogYi×100%---2)]]>式2中δi數(shù)據(jù)點(diǎn)i的偏差度；LogYi數(shù)據(jù)點(diǎn)i對(duì)應(yīng)的篩網(wǎng)尺寸Xi的篩下料合量Yi的對(duì)數(shù)值；(LogYi)*前述LogXi-LogYi雙對(duì)數(shù)圖中的一元回歸方程關(guān)于LogYi的計(jì)算值。
澆注料的振動(dòng)成形性能良好，其他性能如下表3莫來(lái)石澆注料的物理性能

從表3可知莫來(lái)石澆注料的性能良好，特別是燒后線變化極小、燒后強(qiáng)度的增長(zhǎng)被成功抑止，和具有高達(dá)1600℃的荷重軟化溫度。
實(shí)施例2將實(shí)施例1的0.088mm以上部分的莫來(lái)石用等量礬土代替，其他不變。實(shí)施例2具有和例1相同的粒度分布。所制高鋁-莫來(lái)石材料的振動(dòng)成形性能良好，其他物理性能如下表4 高鋁-莫來(lái)石澆注料的物理性能

從表4可知超低水泥高鋁-莫來(lái)石澆注料同樣具有較滿意的強(qiáng)度，特別是具有優(yōu)異的高溫體積穩(wěn)定性。
綜上所述通過(guò)控制粒度組成，提高Andreasen公式的q值，使粒度分布適當(dāng)偏離理論上的直線，同時(shí)加入莫來(lái)石晶種，超低水泥澆注料可以具有良好的振動(dòng)成形性能、滿意的強(qiáng)度指標(biāo)、被控制的高溫?zé)Y(jié)行為、獲得優(yōu)異的體積穩(wěn)定性和荷重軟化溫度性能。本發(fā)明將超低水泥澆注料的性能提升到了一個(gè)新的水平，是現(xiàn)有低水泥和超低水泥耐火澆注料的換代產(chǎn)品，并適用于制備大型或特異形耐火制品。


附圖1為本發(fā)明所述耐火澆注料的粒度分布圖。
其中X-篩網(wǎng)尺寸；Y-小于某篩網(wǎng)尺寸的物料總量。
權(quán)利要求
1.一種高體積穩(wěn)定的鋁硅系超低水泥耐火澆注料，其特征在于按Andreasen公式計(jì)算粒度分布系數(shù)q值為0.300-0.335，第2分割粒度尺寸篩下料合量值對(duì)Andreasen公式呈-2～-6％的偏差度，0.7和0.088mm的篩下料合量度值對(duì)Andreasen公式呈2-8％的偏差度，0.088-0.044mm系以莫來(lái)石相為主的粉體，其中剛玉相不超過(guò)該段粒度的40％，所述偏差度的計(jì)算式為δi=(LogYi-(LogY)i*)LogYi×100%]]>上式中i-數(shù)據(jù)點(diǎn)編號(hào)；Yi-數(shù)據(jù)點(diǎn)i對(duì)應(yīng)的篩網(wǎng)尺寸Xi的篩下料合量；LogYi-的對(duì)數(shù)值；(LogYi)*-(LogXi-LogYi)雙對(duì)數(shù)圖中的一元回歸方程關(guān)于LogYi的計(jì)算值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種振動(dòng)成形的鋁硅系超低水泥耐火澆注料，其特征在于按Andreasen公式計(jì)算粒度分布系數(shù)q值為0.300－0.335，第2分割粒度尺寸篩下料合量值對(duì)Andreasen公式呈－2～－6％的偏差度，0.7和0.088mm的篩下料合量度值對(duì)Andreasen公式呈2－8％的偏差度，0.088－0.044mm系以莫來(lái)石相為主的粉體，其中剛玉相不超過(guò)該段粒度的40％，所述偏差度的計(jì)算式為。
文檔編號(hào)C04B35/66GK1590345SQ03156260
公開(kāi)日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2003年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月2日
發(fā)明者曾大凡, 王杰曾, 曾魯舉, 袁林, 曹變梅 申請(qǐng)人:北京瑞泰高溫材料科技股份有限公司